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2017-10-01從古籍中的材料知識探究琴中科學
574 期
Author 作者
戴桓青／國立臺灣大學化學系副教授、 加州理工學院化學博士。研究專長為化學生物學、神經化學與阿茲海默症。平時喜愛古典音樂與發燒音響。
西方有小提琴流傳，而中國則是有古琴的問世，兩者在設計與製作上有許多相似之處，這次將討論中國古籍自宋代以來所提到的製琴木材知識，如何以現代的科學角度來詮釋。
古琴的選材
關於古琴木材的自然老化與加工老化，南宋皇室成員的趙希鵠所著的《洞天清祿集》中有幾項非常有趣的敘述：
一、大抵桐材既堅而又歷千餘年，木液已盡。
二、樑柱恐為重物壓損紋理。
三、惟木魚鼔腔晨夕近鐘鼓，為金聲所入，最為良材。 然亦有敲損之患。
四、古人以桐梓久浸水中，又取以懸竈上，或吹曝以風
日。百種用意，終不如自然者。
從第一項來看，木液要千年才能去除，由現代觀點來看，第一個可能性是木材越來越乾燥，吸附的水分減少； 第二個可能性是木材細胞壁內的抽提物（extractives）與樹液（sap）內的有機小分子逐漸分解。在小提琴界， 製琴與製弓的師傅也經常認為木材老化會越來越乾燥。 木材細胞壁的主要纖維成分有3種：纖維素、半纖維 素與木質素，會從空氣中吸附水氣進而達到平衡，其中半纖維素的吸水能力最強。所以，充分乾燥的木材（風乾 3~10年）的含水量是由空氣濕度決定。以我們所發 表的研究為例，以固態核磁共振光譜來定量義大利名琴木材內的纖維成分（圖一）， 發現半纖維素隨著時間緩慢水解的半衰期大約400 多年，而提琴經過300 年後，半纖維素大約已經分解了1/3，所吸附的水分則減少了1/4，這相當符合《洞天清祿集》所說的千年之後木液已盡。
宋代的《太古遺音》也認為「琴不必桐梓，惟木液既竭，濁性去盡，皆可選用」。從實驗中發現，藉助熱重分析儀中精準度達到0.1微克的天平，只要將幾毫克的木材加熱至150℃，其重量的減少程度就等於逸失的水分， 用極少的歷史木材樣品就能測出其吸濕程度。木材所吸 附的水分，會造成振動時的內部摩擦力，因此含水量較少的木材，振動比較自由，發聲比較容易。許多小提琴家認為臺灣的氣候比歐美潮濕，不利於小提琴的發聲，當年留學時購買的提琴回到臺灣往往音色變差，這或許也是木材吸收較多水分的結果。
第二項敘述，如果木材的自然老化，需要1、200 年甚至上千年，那為何不拿既有的老木材來製琴？在古書中，用各種老木材來製古琴是被大力推崇的，包含挖掘出來的棺木、老建築的樑柱門板、自然界的枯木等都有人嘗試拿來製作古琴。……【更多內容請閱讀科學月刊第574期】