[学术研究] 小提琴背板能不能换别的木材制作?

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[学术研究 ] 小提琴背板能不能换别的木材制作？



资料来源: Vasile Ghiorghe Gliga,a Mariana Domnica Stanciu,b Silviu Marian Nastac,c,b and Mihaela Campean (2020),发表于《BioResources》(15(4))期刊。题为： Modal Analysis of Violin Bodies with Back Plates Made of Different Wood Species


因工作关系，笔者需要经常查找学术论文，机缘巧合，找到了一篇获多次引用，关于小提琴用木材替代可能的论文。在这里和业界先进，还有各位琴友分享。现试以新系列，并以笔者有限的转译能力总结点列，展示欧洲业界研究成果，希望增益华文提琴专业的文献参考。


小提琴的面板通常用云杉木(spruce, Picea abies)。背板(back plate)则通常用虎斑槭木(curly maple, Acer pseudoplatanus)。以云杉做面板，目前没有别的木材比得上。背板的选择就比较有弹性,可以考虑其他木材。国际提琴业界面对的问题是：虎斑槭的数量越来越少。加上家具业对虎斑槭有愈来愈高的需求。所以研究人员想尝试: 在欧洲的其他木材, 能不能取代虎斑槭来做背板?


实验方式
# 取样自七种木材，以每种木材两片制作面板。
# 14 片面板,大小一致。
# 把面板和背板配成对,组成 14 个琴体。琴体没有琴颈、琴桥和琴弦。


测试的七种背板木材
# x 虎斑槭(curly maple, Acer pseudoplatanus): 对照组 (Control Group),作比较标准。
# a 鹅耳枥(hornbeam, Carpinus betulus)
# b 核桃木(walnut, Juglans regia)
# c 白柳(willow, Salix alba)
# d 白蜡木(ash, Fraxinus excelsior)
# e 黑杨(poplar, Populus nigra)
# f 鸟眼枫(bird-eye maple, Acer saccharinum)


这些木材分两类。鹅耳枥、核桃木、白蜡木、鸟眼枫比较硬,密度跟枫木差不多。白柳和黑杨比较软,密度跟云杉差不多。
研究人员选木材时,最注重的是外观。研究人员没有特别挑选所谓音质好的木头。这一点必须注意。


测试方式
模态分析(modal analysis)。做法如下：
1.. 用小槌子敲一下木板或琴体。
2.. 用感测器记录木头怎么震动。
3.. 用电脑分析震动的频率,也就是声音的高低。
他们先测单片木板,再测组好的琴体。


量化指标如下
# 主频(dominant frequency):震动最强的那个音高。
# 最高频率(maximum frequency):琴体能发出的最高音高。
# 频谱成分数(number of spectral components):琴体能发出几种不同的震动。数量越多,音色越丰富。
# 品质因数(quality factor, Q):声音能延续多久。数值越高,余音越长。
四项指标各占 25%,每种木材打 5 到 10 分,再计算总分。



终极评分

木材	总分	名次
鹅耳枥(hornbeam)	9	第一
白柳(willow)	9	第一
虎斑槭(curly maple)	9	第一
白蜡木(ash)	8.75	第二
核桃木(walnut)	8	第三
鸟眼枫(bird-eye maple)	8	第三
黑杨(poplar)	6.25	第四

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结论

1.. 鹅耳枥(hornbeam)和白柳(willow)最有潜力。白蜡木(ash)也很接近。这三种有机会取代虎斑槭(curly maple)。

2.. 黑杨(poplar)完全不适合。

3.. 核桃木(walnut)和鸟眼枫(bird-eye maple)表现不稳定。可能是木头内部不够均匀。

4.. 木板组成琴体后,声音特性会改变。背板的 Q 值下降得特别明显。

研究限制

研究人员自己也提到的几点限制，方便参考:

# 琴板厚度都一样。 实验为了方便比较,所有板子的形状和厚度完全相同。但真正的制琴师会调整每片板的厚薄来调音。所以实际结果可能不同。

# 提琴未完成。 琴体没有琴颈、琴桥、音柱(soundpost)和琴弦。还需要再测完整的琴。

# 取样样本太少。 每种木材只有两片。结论不能说是决定性的。

# 外观先决。 部分木材是为了好看才挑的。这会让结果不够一致。

# 人耳测试没有。 研究只看数字,没有实际演奏或聆听。数字好,不一定代表听起来就好。

即使如此，这也是相当有意思的研究，以下附上论文全部内容，各位意下如何？

鱼儿

说实话，现在绝大部分制琴者都是走的逆向路线，别人说什么好我们就用什么，也根本没条件去走正向开发路线，因为需要海量时间和经费去试错且100%血本无归，大环境不允许我们试错。所以也就变成了做学问的人不做琴，做琴的人不做学问，大家各走各的路，相安无事。

自明大叔

这篇研究很有价值，尤其是对专业制琴师而言。不过，我认为需要把一个关键问题区分开来：实验室测得的振动特性接近枫木，不等于实际制作出来的小提琴在音色、投射力和演奏性能上就能取代枫木。

从制琴工艺和木材声学的角度，我对这篇研究有以下看法。

这篇研究最有价值的地方是什么？

传统小提琴背板主要使用槭木属（Maple）的木材，尤其是欧洲槭木（Acer pseudoplatanus）。

这种木材之所以长期成为主流，不仅因为漂亮的虎斑纹理，还因为它在以下几个方面具有较好的综合表现：

* 声学性能：密度、弹性模量和内部阻尼之间具有适合制琴的组合。
* 机械性能：能够承受琴体结构所需的应力，并适应制琴时的刨削和雕刻。
* 加工性能：适合制作拱形背板，也便于精细修整。
* 长期稳定性：经过适当干燥和处理后，能够满足乐器长期使用的要求。
* 传统工艺：制琴师积累了大量有关板厚、拱形和音质调整的经验。

这项研究的意义在于，它尝试把传统制琴师的经验问题转化为可以测量和比较的科学问题：

如果不使用传统槭木，其他木材能否在振动特性方面达到相近的水平？

这是一个值得继续研究的方向。

1. 鹅耳枥：不能只看硬度

鹅耳枥是一种硬度较高的木材。

2. 白柳：最值得深入研究的对象之一

白柳的特点是相对轻软。

3. 白蜡木：值得与传统槭木进行直接对照

白蜡木在家具、工具和其他木制品领域有广泛用途。

从制琴实践来看，我的最终判断

我认为，这篇研究提供了有价值的线索，但目前更适合用来指导下一阶段的实验，而不是直接改变传统制琴材料的选择。

具体而言：

* 鹅耳枥：值得进一步制作实验琴，研究其结构性能和振动特性。
* 白柳：值得重点研究，但需要特别关注刚度、厚度优化和长期稳定性。
* 白蜡木：值得进行对照试验，确认其在完整琴体中的表现。
* 传统欧洲槭木：仍然是具有成熟工艺基础的参考材料。

另外，关于黑杨，实验结果较弱，只能说明它在该研究的特定测试条件下表现不佳，不能据此断言所有黑杨木材都不适合任何提琴制作。

最后，我认为还有一个值得深入探讨的问题：

小提琴背板究竟需要追求与传统槭木相似的振动特性，还是应该允许不同木材形成不同的声音风格？

这两种研究思路并不相同。

如果目标是替代传统槭木，那么重点是尽可能复现其综合性能。

如果目标是探索新的音色，那么不同木材即使不能完全复现传统槭木，也可能具有研究价值。

Chiki

还是学生时期的我，真的好难换到一副新琴