1977年，约瑟夫·纳吉瓦里（Joseph Nagyvary）对传奇的斯特拉迪瓦里小提琴的研究点燃了小提琴制作界。由安东尼奥·斯特拉迪瓦里在17和18世纪制作的乐器，以及在意大利北部城市克雷莫纳制作的其他乐器，被小提琴家广泛认为是优于之后制作的任何乐器。颇具争议的是，纳吉瓦里认为乐器的化学特性与它们的工艺一样重要，甚至更重要。
纳吉瓦里出生于匈牙利，1956年曾作为一名游击队员参加了一场反对共产党的学生运动，但以失败告终，之后他逃往苏黎世。在那里，他在诺贝尔奖得主保罗·卡勒（Paul Karrer）的指导下学习化学，并在一把曾经属于阿尔伯特·爱因斯坦的小提琴上接受了他的第一堂正式的小提琴课程，这激起了他对小提琴的痴迷，并将他的注意力转向了音乐背后的科学。“我记得把小提琴从玻璃柜里拿出来对我来说几乎是一种宗教体验，”纳吉瓦里说。“我经常想，他[爱因斯坦]是否考虑过是什么让它的声音如此悦耳和响亮，或者他是否在思考宇宙的波浪。”
自从68岁的纳吉瓦里向美国小提琴协会宣布他的理论以来已经过去了25年。《大众科学》最近采访了这位德克萨斯A&M大学的生物化学和生物物理学教授，他认为“小提琴制作的圣杯现在触手可及”。有关其他观点，请参阅卡琳·梅利·哈钦斯（Carleen Maley Hutchins）的《小提琴面板的声学特性》，《大众科学》，1981年10月；以及卡琳·梅利·哈钦斯的《小提琴的物理学》，《大众科学》，1962年11月。——查尔斯·崔
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《大众科学》：当一个人第一次听到斯特拉迪瓦里琴时，它的声音有什么特别之处，使其对训练有素或未经训练的耳朵来说都如此珍贵？
纳吉瓦里：斯特拉迪瓦里的声音非常生动。它闪烁、不断颤动，像烛光一样移动。大约有600把斯特拉迪瓦里琴，所以音色并不统一——有些琴的声音浑厚，带有一个大的呜咽音，而另一些则更清脆。但平均而言，斯特拉迪瓦里琴是黑暗和明亮、非常纯净音色的良好结合。
大多数音乐会观众真的无法区分斯特拉迪瓦里琴和另一把优秀的小提琴，许多评论家也无法区分。只有极少数真正受过训练并具有辨别声音的特殊才能的专家才能欣赏斯特拉迪瓦里音色的美妙。
《大众科学》：从科学角度来看，斯特拉迪瓦里琴有什么特别之处？如果您尝试找出其中一把琴的声音指纹，是否有什么独特之处？
纳吉瓦里：大多数实验都涉及将声音发生器连接到小提琴的琴桥，摇动乐器并测量小提琴不同部分的振动输出。这些被称为频率响应曲线，已经进行了50多年。它们提供了一些有价值的信息，但它们都可能受到批评，因为它们与小提琴演奏时的真实声音无关。
即使从这些测试中，也可以看出斯特拉迪瓦里小提琴和所有状况良好的克雷莫纳制造的小提琴在2000至4000赫兹的特定高频范围内都有非常强的声音发射。这是人类听觉最敏感的范围。房间越大，这些频率就越明显。这意味着斯特拉迪瓦里琴，即使在小房间里不太响亮，因为墙壁会迅速吸收[频率]，但在音乐厅里也能很好地投射出去。
现在任何人都可以通过直接分析小提琴演奏时的声音，因为您可以以非常低的成本购买高速声音分析仪，甚至可以从网络上获得免费分析。然后，您会发现伟大的小提琴也具有显着的低频成分，定义了声音的共鸣并增加了黑暗感。就像帕瓦罗蒂的声音一样，美妙的声音除了几个高频成分之外还需要一个低沉的黑暗成分，这些高频成分以其闪烁的瞬时变化来挑逗耳朵和大脑。
《大众科学》：您认为斯特拉迪瓦里乐器和意大利小提琴制作黄金时代的其他乐器的秘密是什么？
纳吉瓦里：我从1960年代初开始发展我的理论，当时我住在瑞士，每年都会去意大利度假。在这些旅行中，我反复观察到，在米兰等城市，木制文物（家具以及小提琴、中提琴和大提琴）都遭受了相当大的木虫破坏。一些木头上有像瑞士奶酪一样的洞。当我向小提琴店询问斯特拉迪瓦里小提琴的类似损坏情况时，他们告诉我，在克雷莫纳，几乎没有木虫损坏。
因此，在克雷莫纳，人们一定使用了防腐剂，一种杀虫剂。我查阅了威尼斯的档案数据，了解了历史上的杀虫剂使用情况。很快，我将化学物质与声学效应联系起来——其中最主要的是硼砂，它作为一种杀虫剂广为人知，并且在化学家中也以作为聚合物的强大交联剂而闻名。没有什么能使木材更紧密、更坚硬，声音也因此更加明亮。
我们也考虑了使用防霉材料，因为意大利北部的气候非常潮湿。他们[克雷莫纳的小提琴制作师]使用了各种由水果胶制成的糖。果树[在意大利]随处可见，在春天，它们会通过树皮渗出一种漂亮的、有色的液体，干燥后会变成一种玻璃状的物质，非常坚硬、非常脆。他们在1500年左右将其用于糖果制作——这就是糖果在意大利被发现的方式——并且还发现它非常适合预防霉菌。
我发现的最后一个非常有趣的元素是使用非常精细的晶体粉末来浸透木材。晶体粉末是抵抗木虫的终极武器，因为木虫无法咀嚼晶体。使用了许多种类，但山上的石英是主要成分，威尼斯玻璃（有色玻璃）也是如此。
现在，如果您将果胶与石英粉末混合，这将使外表面非常光亮、非常坚硬且非常脆。理论上，这将产生非常明亮的声音，但不仅如此。其他填料（如虫胶或动物胶）也可以产生明亮的声音，但它们的声音也会产生高频嘶嘶声。斯特拉迪瓦里小提琴非常明亮，而且也没有噪音，因为它们的涂层很脆，会破碎成数百万个碎片。理论上，这使得特定给定噪声频率下的振动被强烈抑制，从而产生更清晰的声音。
此外，斯特拉迪瓦里使用的木材不是天然风干的木材。它在水中储存了相当长的时间。一旦浸泡木材，木材的孔隙就会更开放，因此水溶液可以更深入地渗透。
《大众科学》：您一直在制作乐器的复制品。您能描述一下制作过程吗？
纳吉瓦里：根据我的理论，历史证据就在那里。我所要做的就是用不同的成分制作几百把小提琴，并探索各种化学物质对声音的影响。这就是我过去25年的时间，我们已经探索了许多不同的成分的用途。
我们探索了各种果胶和动物蛋白（蛋清等），以及十几种可溶性盐和不溶性晶体。我们也对那些使声音柔和而不明亮的材料进行了分类，例如亚麻籽油和核桃油，它们使木材看起来非常漂亮，但声音却非常沉闷。
《大众科学》：您的一个配方涉及用碱液煮虾——如果我必须想出一个神奇的配方，这绝对不是我首先想到的！
纳吉瓦里：我从1976年到1984年使用了虾壳几丁质。我最初使用几丁质是出于营养原因，为了降低动物的血清胆固醇。几丁质很好——它使声音变得明亮——但也使声音变得嘈杂。而且它不是传统的。斯特拉迪瓦里与此无关。这是我自己的发明，我自1984年以来就没再使用它了。
《大众科学》：您的研究有什么新进展？
纳吉瓦里：我们正在让陪审团评估我们乐器的声音。我们制作了一张CD唱片，其中小提琴家齐娜·希夫（Zina Schiff）交替使用她的斯特拉迪瓦里琴和我的小提琴，我们没有说明哪个音轨是在哪个小提琴上录制的。到目前为止，我问过的20个人左右都无法识别所有音轨。一般来说，错误率是50%或60%。在真/假测试中，50%的测试是随机噪声，所以基本上他们无法分辨。
最终，我们将在我们的网站上公布答案。让评论家先猜猜看。
点击这里，看看你是否能分辨出斯特拉迪瓦里琴的声音。 |
《大众科学》：您的复制品作为复制品或本身作为乐器，都获得了怎样的评价？
纳吉瓦里：当然，我在研究中制作了许多糟糕的小提琴，因为你必须探索各种极限。但我想说，在这一点上，我们可以复制斯特拉迪瓦里小提琴的明亮音色。而且，当然，通过我们新的声音分析仪，我们会不断分析许多优秀小提琴的声音，因此我们获得了更好的音库，更好地了解了什么是理想的复制声音。
我希望我能做到的就是获得更多真实的清漆样品进行分析，但我已经15年没有收到任何新样品了。经销商们发出了警告——任何拥有斯特拉迪瓦里小提琴的人都被警告不要让我靠近小提琴，因为我甚至可能会用指甲刮掉一些清漆！
《大众科学》：这是可以理解的。
查尔斯·崔是《大众科学》的撰稿人。