[分享]弦的理论和小提琴的科学

 翻了一篇文章,与朋友们分享.它介绍一位芝加哥的琴师.原文在:

 

http://www.chicagomag.com/Chicago-Magazine/June-2011/String-Theory-and-the-Science-of-the-Violin/

弦的理论和小提琴的科学

 

By Jim Collins

 

 

1993年，加尔·梅那克，一个具有小提琴演奏才能的医生，来着手解决一个令人困惑的谜：为什么有些弦乐器能产生一个美丽的，令人心碎的声音，而其他几乎相同的琴却不能呢？经过近二十年的痴迷地制做小提琴，和严格的审视，他认为他有了答案了

 四十五年以前，大学一年级新生加尔·梅那克在音乐系的储藏室闲逛，见到了一把由德国马蒂亚斯·阿尔巴尼在17世纪制做的，难得一见的蒂罗尔的小提琴。

梅那克近来已对小提琴越来越投入了。他用弓在那把老琴的弦上拉了一下。小提琴的外观并不特殊，但它的声音与梅那克过去的琴发出的声音是完全不同的。

梅那克于1971年在芝加哥伊利诺伊大学于毕业，并获得化学学士学位，尔后当研究生，从事分子生物学研究。他在不到三年的时间完成了医学院的学习，再就是于橡树园忙着从医和养家。但那个问题依然存留于他的脑海里。

同时，梅那克进入了芝加哥古典音乐世界的圈子。他在橡树园的社区管弦乐团演奏第一小提琴，并认识了迈克尔·达恩顿，达恩顿曾在芝加哥市中心的一个经销商Bein & Fushi制做弦乐器。达恩顿偶尔让梅那克尝试了一把由意大利的一位传奇大师所做的古董小提琴，一把伟大的琴和一把普通琴在音色上的差别，不断地刺激着这位医生。

这种差异由何而来？

梅那克在40岁出头时，医术已精，孩子们也已长大了，于是他放纵了自己对琴的好奇心，并用他的科学头脑来对待此问题。在1993年秋天的几个星期内，他利用周末和晚上，用一本书当教材，用一位制琴师Günther Reuter给他的工具，做了一把小提琴。 “这真是刺激，”他说，记得他的第一把小提琴。 “只是一把可以拉奏的乐器，听起来有点像小提琴。”第二年，他做了三把小提琴，两把中提琴，和他的第一把大提琴。

他按保守的工艺方法来做：按照一个17或18世纪在意大利北部的克雷莫纳学校的大师，比如，阿玛蒂，或斯特拉迪瓦里，做的一把伟大的琴的尺度来。按照其精确的尺寸和拱形图，靠着日益提高的技艺，渐渐完成一个接近它的精确副本。但尽管梅那克提高了技能，他的第三，第四和第五把琴听起来并不比他的第一把琴更好些，一些听起来比别的还差些。

为找出原因，梅那克更深入地走进??了琴的历史。他读了所有他能找到的关于这个问题的文章，包括一个常年的主题，斯特拉迪瓦里小提琴的“神秘性”。一代又一代的音乐家曾推测为什么很少有现代小提琴，如果有的话，可以与数百把幸存的克雷莫纳的，卖上一百万美元或更多的，老琴相比美。是一些秘密清漆吗？是意大利的硬枫木做的小提琴的背板产生了无比的力量吗？或者是什么在克雷莫纳的制琴工艺中流传了下来的，直观的东西？

不久之后，梅那克就将过去他接受的关于小提琴制作和其质量的智慧作为神话来看待了。受过科学家的训练，他不相信神秘感，也不对直觉感兴趣。他说，“我想要我可以解释的知识。”

对他来说，许多克雷莫纳的琴确实有精湛的声音，但并不是所有的琴都有，尤其是斯琴，是出了名的挑剔，难以调音和演奏。梅那克想，一些较新的，由鲜为人知的琴师做的琴则可毫不费力地演奏，并对他的耳朵说来，其声音优于价格贵20倍以上的，旧的意大利小提琴。 （有时候，在过去的几十年里，著名的盲测让有见识的观众和小提琴家都不好意思，他们无法从精心制造的现代琴里挑出克雷莫纳的琴）。在琴的声音质量和成本之间，似乎有一个模糊的关系。经销商凭借着强大的财力的刺激来推高古典琴的价格，其价值被收藏家作为艺术品而驱动。经销商通常基于琴的三个因素：市场，琴的状况和出处而确定其价值。琴做为一种发声的工具被创造出来，而其价格，除了在市场的最高端外，与声音没有关系。梅那克到处都看到了皇帝的新衣。

他理解音质是主观的那种说法。一个伟大的演奏家可能会用一个雪茄盒产生出，比一个差劲的演奏者在一个精美的小提琴发出的，更动听的音色。优美的音乐，像任何艺术的吸引力一样，是一个美学问题。但梅那克听了很多人演奏的相同和不同的琴之后，他起了疑心。这不是演奏，使他自己的创作的琴的声音不动听，也没有任何意义上的美学，而是琴本身固有的甚么东西。

 

他认为，有可能用一个经验的方式来搞清楚琴的一些物理基础。于是他开始作为一个科学家，来解答艺术的问题。

梅那克在弦乐器声学的正统研究中没找到对他有多大用处的东西。一些在19世纪由德国科学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹的开创性工作，和以后弦线声学学会和它的创始人之一，东海岸的制琴师卡琳·哈钦斯的实验创新，让他感兴趣，并帮助他架构了早期的思想。至少这是他在慷慨大方的时候说的。其他时候，当他没有忍住他的强烈的意见，他可能会说类似的东西，“哈钦斯做了一些有趣的实验，但她错了。亥姆霍兹自己会告诉你，他不知道琴如何工作。他住在一个欧几里德的世界，在那里整个物理学都基本解决了。把科学应用到小提琴上一直是难题，因为这些问题是极其抽象和分离的，它除了要求洞察力，还需要一个在嘈杂，急躁的世界里不容易培养起来的处理技能。”

 

梅那克所知道的小提琴制作者没有花时间想想物理，而几乎他看到的所有现代物理学的研究是理论的。没有一个如何建造更好的琴的实际蓝图。

他持有开放的想法，他支付了5,000美元买了一块东欧的老枫木，试验清漆配方，并随着时间的推移，成为了一个胜任的小提琴制作者。但他不是对琴的外观特别感兴趣。他为了它的声音而来。他反复思考由已故的芝加哥交响乐团的大提琴手，菲利普·布鲁姆，长期为他阐述的基本认识。布鲁姆拉过梅那克的第一把大提琴。他说，“在一把好的琴里，你可以听到谐波。声音不衰减。它有基音和泛音共鸣。”梅那克听到了“共鸣”，是弦同时产生的清晰的音调，和这些音调的回声，仿佛通过每个音符有几种乐器的声音来。调整良好的小提琴的弦似乎是瞬间发声的，几乎不需任何演奏者的努力或压力。

 

梅那克把耳朵贴近他早期造的琴，他发现，他听到的音高几乎处处不同。他很纳闷：如果一个小提琴的音高，从琴的一端到另一端，或从面板到背板而发生变化，声音会是所有这些参与竞争的音高的一个组合吗？ “这不是主观的，”他说。 “与你的耳朵无关，A音是每秒440次，如果你听到了它拌随着每秒448次的音，这是不和谐的，它听起来不会悦耳。”

梅那克认识到，在一个美丽动听的小提琴上，弦以这样一种方式激励着琴木，声波同步地运动并彼此加强，产生和谐的基音和泛音，而给予音符以力度，色彩和纹理。这想法令他质疑公认的概念，即一个有一定的长度和质量的弦在一定的张力下，总是给出一定的音高。 “我相信这对理想的弦可能是正确的，”他说，“但对一个附在一个木箱的真正的弦，是不正确的。”

 

梅那克发现，面板和背板的厚度，即使是微小的变化，也极大改变了他能听到的音高。他开发出一种超薄，柔韧的工具，以通过面板狭窄的F-孔开口来沙磨掉琴内特定区域的少量的木料，他用长柄圆凿从背板凿取较大的份额。在他把几把小提琴弄得伤痕累累之后，他能娴熟地坼除和胶合面板以更容易到达琴的内部了。

 他从敲击的方法开始调谐面板和背板，刨或砂面板和背板，直到最后顺着和横着纹理上的某些方向它们敲击，能产生一个明确的音调。但敲击并不模拟弦对木材的影响。当他轻轻地拨动琴弦，把耳朵贴到背板，他能听到背板的音调。他响亮地拨，他可以在同一时间听到背板和面板的音调，通常是不和谐的。 “双歧！”他说，这是一个医学术语，意思是“裂分为两个部分。”他有了一个理论，就是改变琴板在特定区域的厚度将带来音高的一致，从而创造出清晰，强大的琴音。他做了一个类似维多利亚时代的耳机的粗略的工具。他的耳朵贴在一个粘在木钉上的，薄薄的纸圆锥，他可以把木钉触及琴板的精确的点上，而听到通过它们传来的拨弦的音调。

他开始有结果。并不是所有的他的琴能在所有的弦的音符范围鸣响，但偶尔有一把琴能行。伊利诺伊州爱乐乐团的成员，苏珊·罗斯，买了一把梅那克的琴，开始来他家拉他最新的实验琴。菲利普·布鲁姆，通常演奏一把300年老的意大利大提琴，拿了一把梅那克的琴旅行，并于一个夏天，在拉维尼亚用了它。泰迪·兰金·帕克，布鲁姆的妻子南希的一个高级的学生，他说，他的“卡尔·梅那克大提琴”是那么地容易拉，他拉上10分钟就可以有他在以前的琴上三节课的进步。在1998年，有一个特别好的大提琴的消息从南希传到她的妹妹，苏·安·尔勃那里，尔勃在新罕布什尔州教铃木小提琴方法，尔勃的女儿，阿利萨，为寻求一个新的大提琴已经气馁了很长的时候了。阿利萨飞抵芝加哥，并立刻就爱上了梅那克的琴。

苏·安为她所听到这些而好奇，也访问了这位小提琴医生，还带上了她的250年老的Leidolff小提琴。她下楼去了梅那克的车间，并在他的一把琴上拉了一些巴赫和科雷利，感觉自己像一个完全不同的演奏家。 “我一直在努力练习的东西突然很容易地来了，”她回忆说。 “我为那些琴的响应和清晰而吃惊。”由于她是个一个老师，这带来了深远的影响。

梅那克为尔勃造了一把小提琴，运到新罕布什尔州，她有一种异样的感觉，甚至在弓触及弦之前的瞬间，她就听到音符跳出来了。她把小提琴给了她最优秀的学生之一，勒克西·哈罗德，而哈罗德把它拿到一位名为肯·迈耶的鉴定人进行鉴定。迈耶，在马友友来到了波士顿时曾为马的大提琴作过调整，并曾在美国小提琴协会担任鉴定人，他给梅那克的小提琴清漆，细部的工作一个F评分，但说它的音响惊人的好。他鉴定琴值25000美元，几乎增加了梅那克为它所收的费用的一倍。

通过口口相传，一个小小的梅那克的粉丝会形成了。有更多的音乐家到他的客厅来尝试他的最新创作。 （至目前为止，梅那克已从头制作超过90把小提琴，以及一些中提琴和大提琴。）不过，这位医生仍然不知道如何复制他的间歇性的成功，也不愿意把他的实验宣传给更广泛的听众。他告诉人们，“当我知道我确实在做什么的时候，我才会觉得我可以告诉大家。”

不是每个人都是他的粉丝。有些人，那些在传统术语称为制造和修复弦乐器的人，有证书的制琴师，淡淡地简称梅那克为“那个医生”。一些高调的经销商拒绝谈论任何关于他的事。梅那克用两把他的琴参加了由美国小提琴协会赞助的比赛，其不够完美的外观导致了低分。又一年，几个波士顿交响乐团的小提琴手在音乐会的间歇来拉了梅那克的两把小提琴，并给了褒贬不一的评价。 “不知怎的，我希望它们能更有分量一些，希望它们能更承受我，”一个人说。 “当我想要得到更大的声音的时候，琴更多地把音还给了我。”一些观察者听不到梅那克所描述的，他在小提琴里所听到的那些音高。他们想知道，梅那克是否在对他自己搞“皇帝的新衣”。

“我不是一个专业的制琴师，”他告诉人们。 “我是一个研究者。一个尊重职业的传统的，按照被教的来做事的专业人员。一位调查员把这一切都拆开，讯问每一件事，问，“我们应该做什么？”这是一个完全不同的姿态。”

通过随意拆开和重装琴，通过积极再刮薄成品琴的内部，梅那克发现自己在切割着这门手艺的保守主义。他形成了一个理论，把他几乎完全置于这领域之外：他认为，一个良好的谐调的琴，必须分层构建的，像正在建造一条船，是从龙骨开始的。他理解小提琴，是一个封闭的盒子，要作为一个整体运作。但他推测，如果琴箱的两个主要部分的面板或背板之任一，本身不与弦谐调，怎样的调整都不能使整个箱体的声音清晰。他想知道是否有可能分离小提琴的各部分而听到它们的独立音调，互无干扰。

在2001年，他在他的地下室建立了一个气候控制车间。他时常花一整天在西北纪念医院的医疗实践或内科教学，然后回家，与家人共进晚餐，然后在他的地下的实验室工作五六小时。当他要琢磨出什么东西的时猴，他疯狂地在周末工作，每天12小时。他不去看电影，停止了休假。他不再仅仅是好奇，而是从事一种狭隘的，极其复杂的探求，那种有时导致重大进展的探求，或由外人来看，像妄想。

他设计了两个自用的方式以隔离其元件：一个是固定的指板，以接受下面的面板，另一个是一个横条，横跨琴的背板，支持无须面板存在的琴码和弦。他用耳朵数小时的聆听和训练，他发现，不同的木材（历史上用做面板的云杉，和用做背板的枫树）本身就对相同的弦产生不同的音高。如果仅仅是复制早期的琴上的厚度，只有当使用与原来相同的木材，才能发出美丽的声音。除非你使用的斯特拉迪瓦里的木材，复制斯特拉迪瓦里的琴不会让你成功。梅那克确信，要希望不断创造精美的谐波，琴师必须对弦调整每块板，然后对弦调整在一起的两块板，然后对弦调整作为一个整体的琴。他现在认为，唯一能做到这一点的方法是：做琴的时候要听，而且要知道听什么，斯特拉迪瓦里大概也是这样的。

梅那克的技能随着他的不断增长的理解而提高。他的儿子，格雷格，就读于备受推崇的芝加哥提琴制作学院，是一个具有好耳朵的熟练的雕刻师。他把一些他所受的正规训练，带回到他父亲的车间里来。其结果跃级了。

梅那克开始要求拿回他早期的琴，这样他就可以使其达到他提高了的标准。他坚持要，苏·安·尔勃在通过中途机场临时滞留时把她的小提琴带给他。他重新削薄了一小部分，在这里有几分之一毫米，那里有刮两下，并在她通过芝加哥的回归之旅，交还给她。这成了它们之间是一个常规。他们会在电话中交谈，并且梅那克会说，“什么音符你不喜欢吗？是否有任何部分弦太难拉？”尔勃可能会回答说：“也许D弦上第五把位的降B可以更轻松一点。”梅那克会说，“你啥时再飞这条航线呢？我会在西南航空站见你。”

很好的文章，楼主辛苦了，谢谢！

 他偶尔不到一个星期就做成一把小提琴，快得离谱，匆匆完成工作，但他却无法让它们足够地快，以能跟上他想尝试的实验。 2007年，他开始购买从德国和中国来的琴，这样他就可以加速他的调查。他买了每把几百块钱的成品小提琴，把他们拆开，做他的科学研究，然后无奈地以上千元的价格转售给学生们，以资助他的嗜好。他在一个地下室储藏室的货架上存有两打之多的小提琴，并像疯了一样地试验。有些周末，他曾试上五六把琴。他独自一人几个小时地呆在凌乱的车间里，他银色的头发蓬乱，赤脚在水??泥地上，即使在冬天也穿着T恤衫和短裤，整整一天都不知道他的T恤衫内外穿反了，无视任何分心。一个印有一幅古老的意大利小提琴照片的，过期的日历挂在他的主轴砂光机之上的墙上（“我的招贴画，” 梅那克这样叫它）。他的工作台上的时钟常年停留在夏令时。他可能会在下午3时喝一杯咖啡来就一片花生酱饼干，就算是午餐了，或者他可能忘记吃午餐。他拨，他听，他磨，他刮，反复不断，他的耳朵凑在琴上，他的耳朵凑在纸杯上，移动销子一英寸，半英寸，并再次拔，再次听，犹如他在用听诊器听心脏跳动。

当他很接近了，也许已经做好的时候，他就组装琴，并拿它去楼上的饭厅，那有一个堆满小提琴的卷曲的桦木桌，那儿音响效果好。他会深情地拉一音阶或巴赫组曲，他的嘴巴微微张开，双眼紧闭。这时，他似乎充满了艺术，音乐，好像有别的东西驱动着他，即使他看起来像一个疯狂的科学家，他的衬衫充满??了锯末，一块乱弃的胶带粘到他的脚底。这并不重要。他会从桌上抓起一把不同的小提琴作比较，在高音区演奏一些更生动的东西，然后拉一首贝多芬的奏鸣曲的一个片段，再换回那把他一直在努力工作的小提琴，然后再次跑下地下室。

他的研究结果，多久以来一直是令人沮丧的出击和错失，渐渐地，他有了越来越多的中靶和越来越少的错失了。尔勃再次拿起一把被他加工过的中国琴，并承认这听起来优于几年前他自己从头制作的琴。每有一个新的见解，梅那克总是兴奋地电话告诉尔勃，或南希·布鲁姆，或其他粉丝之一。它成为了一个不断的笑话，有很多次了，他说他终于想通了。每当他有了一个突破，一个新的问题，又出现在他面前。到2010年，他埋头苦干的问题，已经变得如此抽象，他无法在工作台上解决了，他需要长时间的散步，需要让他的心灵徜徉的空间。

他的研究结果，多久以来一直是令人沮丧的出击和错失，渐渐地，他有了越来越多的中靶和越来越少的错失了。尔勃再次拿起一把被他加工过的中国琴，并承认这听起来优于几年前他自己从头制作的琴。每有一个新的见解，梅那克总是兴奋地电话告诉尔勃，或南希·布鲁姆，或其他粉丝之一。它成为了一个不断的笑话，有很多次了，他说他终于想通了。每当他有了一个突破，一个新的问题，又出现在他面前。到2010年，他埋头苦干的问题，已经变得如此抽象，他无法在工作台上解决了，他需要长时间的&散&步&，需要让他的心灵徜徉的空间。

他怎么能描述最终发现的那一时刻呢，他认识到了每根弦都与琴独立交互运动，力的矢量在弦的运动的每个相位都改变着。 “如果在G弦按一个方向拉了，产生了一个音调，”他试图解释，“再换另一方向，产生了几个周期(赫兹)的差异，你有着不和谐。因为这种交互运动的性质既不是完全弹性的，也不是完全无弹性的，几乎不可能写一个方程来描述它。”

不可能写一个方程来描述它。他沿着科学的路径来到了终点，结果发现自己站在了十字路口，遇到了别的东西。他没有确切的语言。但他突然明白了问题的心脏。他在处理动量:质量×速度。要创造美丽的声音，他需要创建一个平衡的动量反作用。当木材质量与每一根弦恰当地平衡时，木材和弦就可以无阻尼地自由振动。这个理解是一种灵感。

他专注于改变在琴的弯曲的板上的，只有毫米间隔的精确位置的厚度，右侧相对于左边的弦，左侧相对于右边的弦，它们平衡着对应的弦的运动。 “当我意识到小提琴背板的形状和厚度是由保守每一根弦的动量而确定，因而需要细腻的调整的时候，”他说，“我意识到了，我既有了解释，又有了方法。” 这是科学。他可以测试这灵感。

如果他错了，他的努力将有助贡献一些东西给整个知识，也许能让一些未来的制琴师进一步推向前进。如果他是正确的，他认为它们可以转移提琴制做的范式。在令人眼花缭乱的时刻，他推测，演奏艺术的本身可能转变，像巴洛克时代后期和古典时期，当克雷莫纳的琴时横扫欧洲的时候，音乐家们看到他们过去从来没有想象过的可能性，导致了音乐壮观地繁盛。

如果他是正确的。如果人们听他的。

他带着他的新的理解来到了他的工作台。当他在音乐系的储藏室听到阿尔巴尼的小提琴的四十五年后，当他第一次开始来回答这个问题的18年后，他发现了木材和弦如何相互地回应对方。他能够把他的成功复制到另一把琴上，再到另一把琴上。

他把那些新琴送给了在波士顿音乐学院学习小提琴的勒克思·哈罗德。 “我马上就可以辩别出来它们是卡尔·梅那克的琴，”哈罗德说。 “辉煌的高音，漂亮地一路融合到最低的音符。不只是华丽，明亮，它们具有真正的内核。他们比我目前的小提琴更容易拉奏，我简直不敢相信。”

 

泰迪·兰 金·帕克在梅那克的客厅中试了新的卡尔·梅那克的大提琴。兰金·帕克毕业于奥伯林，在芝加哥前卫音乐界享有盛名。他几乎刚用弓触及到弦，低沉的琴声就回荡在整个房间里。他停了下来，笑了笑，看着梅那克。 “卡尔，”他说。 “这是一个全新的世界。我脸红了吗？这琴听起来就像是插入了地板似的。”

布兰特·泰勒，一个芝加哥交响乐团的大提琴家，也是DePaul音乐学院的成员，他演奏了卡尔·梅那克的大提琴，说他能想到很少有其他任何价格的新的琴，可以比得上它的声音。