BRIGITTE OSTERATH / PSI

根據發表在《科學報告》雜志上的一項新研究，研究人員建議，千萬不要讓小提琴不涂清漆。科學家們利用中子成像技術研究了不同涂層對儀器木材的影響。事實上，上漆確實能有效地防止潮濕，但它也會影響木材的聲音特性。所以不要過量使用：“盡可能根據需要上清漆，盡可能少涂”，研究人員總結道。他們的研究結果已經出來了。

小提琴制造者給小提琴的外部涂上清漆，使木頭更耐磨損、污垢和環境空氣。這種上光漆由各種預處理和實際上光漆組成，它們被一個接一個地涂上。清漆的面漆通常由溶于油或醇的天然樹脂組成。

來自Empa、保羅舍爾研究所PSI和蘇黎世ETH的研究人員現在已經研究了不同的小提琴上光系統是如何影響木材吸收水分的。他們使用PSI的中子源SINQ來捕捉在上漆和未上漆的木材樣品中發生的事情的圖像。Empa的研究人員莎拉Lämmlein總結了這一發現：“只有一個完整的預處理劑和清漆涂層才是真正有效的。”木材從空氣中吸收的水分只有未經處理的樣品的一半。

吸收和釋放水分會嚴重損壞小提琴：木材的膨脹和收縮會導致變形或開裂。木材中的水分也會改變樂器的聲音特性。

看得見的水

測量用木材樣品：完全未處理（左）、各種預處理劑（中）、醇基清漆（右二）和油基清漆（右遠）。資料圖：（Image: Paul Scherrer Institute/Mahir Dzambegovic）

為了進行這項研究，研究人員用7種不同的預處理劑和清漆面漆組合處理了5厘米長的小提琴木片。大多數的小提琴漆都是秘方，所以莎拉•Lämmlein向蘇黎世的小提琴大師Ulrike Dederer尋求建議。預處理劑滲入木材，而含有油或酒精的清漆則位于木材表面，厚度可達70微米，約為人發寬度。

干燥后，研究人員將木材樣本暴露在新界的氣候室中，濕度在95%到35%之間。當室內的樣品吸收水分，然后再次釋放水分時，研究人員用中子對其進行探測。這些不帶電的基本粒子在飛行中會被氫原子（如水中的氫原子）偏離其直線路徑。

“因為中子對氫非常敏感，我們能夠在十分之一毫米的尺度上看到木頭吸收或釋放水分的速度和程度，”來自PSI的David Mannes解釋道。中子成像的特殊之處在于它的功能是無破壞性的；這使得在不損壞物體的情況下檢查整個物體成為可能。因此，可以觀察和量化樣本中發生的動態過程。這種方法只在世界上其他幾個研究機構中進行；在瑞士，PSI是唯一可以進行的地方。

只給了預處理劑而沒有上一層清漆的木材樣本被用來模擬一把磨損嚴重的小提琴，上面的清漆層已經被擦掉了。隨著時間的推移，這種情況會發生在壓力特別大的地方，比如小提琴的背部，它被壓在演奏者的肩膀上。相應的樣品很快吸收了大量的水，因為它們或多或少直接暴露在空氣中。”因此，在這些地方補漆是值得的，因為這些地方的清漆已經磨損了。如果木材在不同的地方吸收了不同數量的水分，這種破壞尤其嚴重，因為這會導致木材的張力，從而強烈地促進裂縫的形成或生長。

每當小提琴被運送到音樂廳或從音樂廳運送出去時，樂器都會暴露在不斷變化的濕度中。而且濕氣不僅從空氣中進入小提琴的木料。清漆還可以保護樂器不受小提琴手的汗水侵蝕。油基和醇基清漆提供了相當好的防潮保護。

阻尼振動

不同的上漆木材樣品在氣候室前，他們稍后將在其中進行檢查。資料圖：（Image: Paul Scherrer Institute/Mahir Dzambegovic）

不過，在上漆方面，你不應該過分。經過振動模態分析，研究人員得出了這個結論。測量結果表明，越來越厚的清漆層改變了木材樣品的振動特性。”“每種材料的振動都不同，清漆對振動有特別強的抑制作用，”莎拉·Lämmlein解釋道。木片的固有頻率發生了整體位移，并受到了強烈的阻尼。因此，漆過的小提琴和未漆過的小提琴聽起來是不同的。

“你必須找到一個快樂的媒介，并保持上光到最低限度，”Lämmlein說。傳統上，只有小提琴的外表面涂有多層，音箱的內表面卻沒有。研究人員的分析證實，這種方法仍然是一種選擇。畢竟，內表面很少直接暴露在空氣中，尤其是小提琴手的汗水中。

上漆可以改變小提琴的聲音，這一事實也意味著，制琴師在制作小提琴時應該考慮到這些變化，這樣樂器最終的聲音才是原來的樣子。

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