音乐盒的灵魂 - 振动板

振动板是声音质量的关键

我们振动板的提供者,是位于台中的协樱精密工业,有着40年生产 音乐盒的悠久历史。他们生产的振动板,有着日本设计的血统。除了振动板本身的材质是日本独有的钢材之外,另外一个系出日本的特色,就是防振片的使用。防震片一般位于振动板尖端,从背面比较容易辨认出来。各位可能不了解这片塑料的功能,但它可是提升 音乐盒声音质量的关键。

Muro Box所使用的振动板,是以协樱所生产的振动板为基础,由我们自行改良升级过后的特制版本。我们在振动板的开发上面投注了巨大的心力。这篇文章,就是纪录这片小小的振动板上,所发生的种种事情。

正在为智慧音乐盒(八音盒)Muro Box音梳调音
每一片音梳都经过极仔细的调音与处理。

音乐盒的特色与限制

音乐盒有一个缺点,或者可以说是特色,就是一般旋律都比较柔和/缓慢,各位有想过其中的原因吗?是因为比较有情调所以旋律慢吗?

我认为真正的原因,是因为 音乐盒机芯设计上的限制,无法快速的敲击连续音。因为音乐盒的振动板在机构先天上的缺陷,在敲击连续音的时候会产生尖锐的金属撞击声。所以当歌曲有连续音的旋律,又无法用编曲的方式避开的时候,就只能放慢歌曲速度,想办法把旋律勉强塞进去 音乐盒里。

用一个生活中的例子解释,把尺一端固定在桌子的边缘,用手去拨动悬空的另一端。接下来用笔去接触震动中的尺,尺会拍打笔头并迅速停止,同时产生短暂尖锐的碰撞声。音乐盒中的连续音噪音,就是因为下一个音的金属点接触震动中的音梳,产生了类似的金属碰撞声。

防震片的用途,就是再下一个音开始之前,用柔软的塑胶片当作缓冲,让音梳停止震动,消除尖锐的碰撞声。其他的乐器,都各自有针对这种状况的特殊设计。

例如钢琴用延音踏板(Damper Pedal)控制音阶敲击后震荡时间(延音)长短,柔顺的中止一个音符。音乐盒则是用音梳背后的”防震片”来中止前一个音符。

但音乐盒因为体积小构造单纯,目前为止并没有完美的对策。有兴趣了解乐器内的延音控制装置者,可以参考以下这个英文影片说明钢琴内的damper设计如何控制音阶弹奏后的余韵长短。

防震片的限制​

既然防震片可以解决这个问题,为何音乐盒的节奏还是有限制?原因是因为这种防震片效果仍然有限,比方说原本两秒内连续音会有杂音,进步成一秒内连续音才有杂音。但以编曲的角度看,这样还是远远的不够。

此外防震片也有耗损问题。整个音乐铃里面,最脆弱的零组件就是防震片。一个有防震片的日本Sankyo纸带式音乐盒,他的官方播放寿命其实只有约400小时,之后就会因为防震片磨损,品质开始下降。

以下照片为瑞士NICOLE FRÈRES品牌音梳的防震片特写(尖端的金属线)。此防震片是金属材质,照片中可见许多音阶的防震片已经变形,耐久度是一个严重的考验。

瑞士NICOLE-FRERES品牌八音盒的音梳防震片
瑞士NICOLE-FRERES品牌八音盒的音梳防震片

不用防震片的解法

那既然这样,难道没有其他不用防震片的解法吗?我认为是有的。例如在不管成本的情况下,大型的音乐盒常常会有双碟片/双音梳的设计,我认为部分原因就是为了解决这个问题。有兴趣观看大型高级音乐盒用双音梳演奏的效果者,可以看看这个以下这部影片。

一般认知是用双音梳来增加双倍音量,但其实不只如此。我的了解,双音梳的设计是为了两个目的:连续音与装饰音(sublime harmony )。

与连续音有关,是因为同一个音阶,可以从分别从多个不同的位置发出声音,也就是回避了连续音时,必须快速敲击同一个震动中金属的问题,可以用不同位置轮流敲击。

但Muro Box N20无法用这种设计,很简单就是因为成本的问题。 Muro Box的定位是”每个人的”专属回忆,不是”有钱人的”专属回忆。

备注:装饰音(sublime harmony )​

而装饰音(sublime harmony )与本文的连续音无关,但是因为很有趣,所以我们在这里跟您分享。

顶级音乐盒常会有一种庄严肃穆的”嗡嗡”声,好似声音来回震荡的声音,其实不只是因为共鸣箱的体积大声响效果好,其实最主要的原因,是因为有多个音梳,所以音乐盒可以同时发出相同但是频率稍微错开的两个音。明确的说,是同时发出差距 14 cents (100 cents = 1 semitone) 的两个音阶。有兴趣的人可以观看以下Youtube的影片解释,我们之后推出的N40将采用相同的设计。 (感谢 Siegfried Pattyn提供的资讯)

Muro Box的困境

我们询问了编曲老师的意见,订出高速连续音的标准为每秒钟四拍,也就是每秒钟,同一个音要可以连续敲四下。这种速度虽然不能用音乐盒拨放重金属摇滚,但一般的流行歌曲是绰绰有余的。

但以这种速度要没有噪音依然是挑战。但我们在当初并没有意识到要达到这标准的难度。

而且我们也没有退路,因为连续音所造成的噪音声响影响重大,大大的降低了音乐盒的体验。对聆听者来说,甚至会以为这是音乐盒机械故障所造成的杂音。

以下这部影片纪录了早期样品机的演奏音质,当时尚未重新设计防震片来解决连续敲击单音所产生的噪音问题。

我们曾经误判这个噪音是因为其它的机构缺陷造成的,所以在开发初期没有优先去处理,认为随着开发的进程问题会自然消失。但不幸地,直到产品接近最后量产阶段时,我们才惊觉大错特错。

当时的反应是接近崩溃。光是要让可程式化音乐盒动起来就已经如此困难,竟然连音梳都需要重新设计?但不改善这个噪音,难道我们必须降低音乐的曲速,让音乐盒回到一百年前的标准?

Muro Box解决问题的过程

我们一开始尝试稍微改变原始防震片的形状,希望能够加强吸震的效果。很快我们就知道这不可行。如果行的通,原始的震动板早就这样设计了。

那转念一想,如果是旧的防震片PET材质吸震不足,那我就更改材料,加强吸震不就好了?可是材料一改变,所代表的就是我们必须独自寻找供应商做样品测试。

我们刚开始时透过一家模切厂的协助,开了模具后测试了各种塑胶材质。 PVC,麦拉,PC,想尽办法,将他们厂内所有可用的材料都用尽,卯起劲来做各种密集的测试。结果碰上各种问题,断裂,磨损,变形,不能胶合。不要说解决杂音了,绕了一大圈比原来还差。不得不相信前人研究的成果,还是得用回原来的PET材料。

我们透过微信联络上了一家位于大陆的供应商,好不容易取得了更厚的PET的样品,终于能开始做测试了。

第一次的小成功

“有用”

终于,我们第一次将连续音的敲击声消除。高兴之余,我们赶紧将样品送给协樱组装。防震片是用胶黏的方式贴在音梳上,我们要用他们的标准制程去黏贴防震片。

但不幸的是我们马上接到通知,送去的样品无法承受住制程中的高温竟然变形了。我们将这个不幸的消息回报给大陆的供货商,没有想到,他们竟然推荐竞争公司的产品给我们。

Muro Box八音盒音梳一次的小成功
成功的过程是经历无数次的研发调整

下一个奇迹​

经由大陆供应商的指点,辗转的我们连络上了日本著名厂商,Kimoto。

交流时他们相当好奇,为何我们会找上Kimoto,因为传统上PET薄膜因为耐磨的特性,被大量地使用在液晶面板,触碰萤幕等工业领域。但我们是做音乐盒,对他们来说,完全是一个不能理解的应用。

但他们还是很慷慨的提供给我们充足的耐高温PET原料,让我们通过了这次生产的考验。

Kimoto官网首页的截图
图片来源:Kimoto官网首页

惨痛的教训

终于,数不尽的来回奔波,日夜煎熬,音乐盒终于迎来的第一次出货日子(注:故事发生在我们2018年的第一次啧啧群众募资,不是我们2020年的国际Indiegogo众筹)。不幸几天后,音梳的防震片就出了大纰漏。第一批收到的顾客开始有人回报,在使用仅几天后,防震片就从音梳上脱落。我们固定PET用的胶,仍然无法达到音乐播放器的长时间使用标准。

我们当下立即停止继续出货,让音乐盒重新接受压力测试并再次改善品质。我们的新标准是以连续16天,每天演奏24小时来当作验收门槛,这也协樱公司建议的实验天数。

我们开始无止尽的测试各种工业用胶,瞬间胶,AB胶,UV胶,所有可以取得的胶都被我们拿来做测试。但音乐盒的音梳条件太严苛了,接触面积小,长时间震动与摩擦,又必须承受撞击的力量,而且还是最难的塑胶与金属的异材质胶黏。所有的方法都失败了。

整个团队都很泄气。真的很难忍受,几年来无穷尽的困难与打击,连最后一刻都不放过我们。

绝地重生

到此为止我们已经花了数个月,以日本Sankyo的原始设计为基础,测试不同的防震片材质规格,但仍然无法达到我们要求的标准。因此我们已经了解到,只有跳脱出既有的框架之外,才有可能解决问题。所以我们决定完全舍弃既有的设计,重新想解决的方法。

于是我们舍弃了以塑胶的材质来吸震方法,改以不锈钢弹片增加耐久度。中间夹层使用复合材质来做吸震材料,消除杂音。

对于我们全新设计的音梳片,协樱进行了各种耐力测试与声音检测,确保在提升使用寿命的同时,仍然维持音梳的品质。同时协樱也配合新设计,重新开发全新的音梳调音流程。

智慧音乐盒(八音盒)Muro Box内的音梳片背面,在每个音阶的末端有贴着一层薄薄的防震片
Muro Box N20 音乐盒内的音梳片背面,在每个音阶的末端有贴着一层薄薄的不鏽钢防震片,并通过各种耐力测试与声音检测

结语

幸好受到很多人的鼓励和支持,与我们配合厂商无底限的协助。我们重新定义了制程与材料,让现在的防震片远远的超越原始设计,真正的达成了所有传统音乐盒所不能迄及的超高规格。此项独特音梳装置也已经获得中华民国专利(M594783)与中国专利(申请案号202020038579.1)。

其实这里记录的只是音梳防震片开发过程的一小部分。但相信大家可以感受到,只是因为一个连续音的敲击杂音,有不可思议的努力与资源被投入来解决问题。

但这就是为何Muro Box如此的特别,如此的得来不易。 Muro Box是太多人努力后的心血结晶,发生无数奇迹后才能诞生。

協櫻的張廠長與智慧音樂盒Muro Box創辦人一起觀察樣品機的壓力測試結果
很感谢协樱的张厂长每天都跟我们报告Muro Box的压力测试结果,我也亲自去台中协樱的厂房与他讨论可能的解决方式。