基座是音樂盒最重要的三元素之一 (音梳，基座，木盒)，但卻很少被人提起，重要性被低估。本篇文章中，讓我們用實際設計 Muro Box 的經驗，告訴你一個好的音樂盒基座是如何被設計出來的。
音樂盒音質的幕後功臣 - 基座
震動的傳導決定聲音的特徵
音樂盒機芯底座的主要功能，是傳導音梳被敲擊後的震動至木盒，就像小提琴和吉他的「琴橋」傳導琴弦的震動至木製琴體。而「傳導」這個動作正是決定音質的重要因素。因此基座的材質、尺寸、形狀、厚度都必須經過多次測試來確保音樂盒聲音品質。接下來我們會討論這些特徵對於聲音的影響。
音樂盒基座一定要用金屬嗎?
有沒有好奇為何甚至連最便宜的音樂盒機芯都一定會使用金屬基座，塑膠不是更省錢嗎？塑膠3D 列印可以嗎？金屬3D列印可以嗎？只要是金屬都可以嗎？
看似簡單的問題，卻非常難回答。如果只是讓音樂盒有聲音，當然每種材料都可以。但如果目標是要讓音樂盒的聲音好聽，也就是我們常說”好聽的尾韻”，那限制可就多了。
"尾韻" 與基座重量的關聯性
我們指的”尾韻”，特指撥動音梳後，音梳持續震動的時間。一般來說，我們喜歡延長的尾韻，也就是持續較久的聲音。我們常常說是其音樂盒 “共鳴” 效果較好。
而尾韻的關鍵之一，在於音樂盒整體的質量。現代音樂盒因為體積縮小，加上機芯常常放在塑料盒中，造成整體質量較低。所以一般人對小音樂盒的印象，相對於古典大音樂盒，是音量很大但是尾韻較短，聲音急促一下就停止，音符延長的效果不明顯。
那我們如何解釋這種現象呢？質量與聲音的關聯，可以用水庫洩洪來解釋。
質量較高的基座，就像是容量較高的水庫，可以容納更多的水，也就是容納較多音梳震動的能量，然後再慢慢地洩出，也就是尾韻延長的效果。而質量較低的基座，當音梳震幅較高，也就是震動能量較多時，水庫容易存滿溢流，在聲音表現上就是震幅(音量)過大，產生我們稱為 “破音” 的破碎雜音。而且水庫容量低，洩洪較快結束，也就是尾韻時間較短。
尾韻與基座材質的選擇
因此基於我們對尾韻的了解，我們可以對基座的材質來進行評估了。
因為尾韻的延長需要增加質量，所以塑膠一定是不可以的，聲音會短暫且破碎。這與加工方式無關，所以不論是塑膠射出或是3D列印都不可以。
Muro Box 在最初開發的階段曾使用3D列印進行樣品製作，當時協櫻黃總經理在看過我們的樣品後，與我們分享了以下的故事。
過去工研院材料化學所曾有人與協櫻接洽，希望用最新的高分子材料取代金屬作為基座材料。雖然總經理告知基座設計的關鍵並嘗試勸阻，但基於鼓勵的態度最終還是協助進行開發。可惜最後結果是尾韻不佳且生產成本暴增一倍，所以後來高分子材料的計畫無疾而終。
雖然塑膠重量不足，但也不是所有的金屬都適合。例如鋁的重量仍太輕 (約 2.7 g/cm³)。黃總經理也與我們分享他們曾經嘗試用鑄鐵開發基座，但是最後失敗。原因是雖然重量足夠，但鑄鐵太硬，當作基座其硬度的聲音特徵不被認可。所以硬度也是考慮因素之一，不是單純越重越好。
因此古典音樂盒使用黃銅的理由就很明確：1) 比重高，黃銅是容易取得的金屬中比重較高的金屬 (約 8.5g/cm³)。 2) 硬度適中，做為發聲的材料令人感到舒適。但他的缺點也很明確：太貴了。
黃銅無論是材料單價與加工方式的價格都太高，加上表面容易生鏽有鏽斑，所以現在基本上看不到黃銅製作的音樂盒了。
另外補充，金屬3D列印可以用來製作音樂盒基座，但是其成本太高，不可以用來量產。實務上，還不如用CNC铣床加工來的實際，這也是 N40 穆風 黃銅基座的加工方式。
鋅合金的歷史
所以我們已經了解到近代音樂鈴經過了百年的演進，其實基座的材質並不是固定不變的。近年來其實不間斷的有人曾嘗試過各種材料，包含銅，鋁，鑄鐵，高分子塑膠等特殊材料。
但無論如何嘗試，都沒有鋅合金的綜合表現出色。現在鋅合金的選定，是經過前人大量測試後所得到的結果。
鋅合金質量高 (約 6.5g/cm³) ，軟硬適中，易加工等優良的特徵，讓它成音樂盒應用的首選。但鋅合金表面易銹產生灰色斑點，所以一般看到的都是電鍍成仿金或是仿銅的樣式。鋅合金的運用還包括了水龍頭，門鎖，把手，車子商標，紅酒開瓶器等等，產業鏈完整。所以雖然近年來鋅合金價格的劇烈波動已經嚴重影響到了音樂鈴產業的發展，但是大部分的生產商還是堅持使用鋅合金來製造音樂鈴。
模具師傅專訪
Muro Box N20 與 N40 標準版的黑色基座材質為鋅合金，為了確保品質，我們找上了開業30餘年，並和協櫻合作超過25年位在彰化的鋅合金加工廠。
我們特地專訪了 Muro Box 鋅合金基座的模具師郭先生，了解到 Muro Box 基座的模具是已經接近鋅合金加工的誤差極限，因此需要以拆建設計的方式，先利用銅模具組做出部分模板後再將所有部分拼裝起來，確認尺寸精準無誤才能進行開模具的動作（一個模具能夠產出至少50萬片基座）。
一起觀賞鋅合金製作的過程
首先要將鋅合金原材料放入435攝氏度的熔爐中溶解成液態，再利用壓鑄機將液態的金屬注入至模具中，鋅合金就成了 Muro Box 基座的形狀。
等待冷卻後將零件多餘的材料屑一片片拆除並重新放回熔爐，之後再以人力方式用砂紙仔細磨去毛邊。確定零件尺寸無誤後，先將零件進行洗油動作，以防止油脂等物染物讓上漆後顏料掉漆。在基座頂端貼上協櫻設計的貼片，目的是確保音梳與基座直接接觸，不讓烤漆材料影響音梳傳到鋅合金基座的傳導，來確保音色嘹亮。
基座機構對聲音的影響
Muro Box 基座的外觀是依照傳統音樂盒為參考進行設計，理念是「減少多餘的設計」，每一個設計細節都有實際的用途。
在這裡我希望與各位分享一些關於基座的設計不為人知的關鍵。
基座為何會有穿孔與凹洞？
有沒有仔細觀察過音樂盒機芯的設計，為何上面會有凹陷與開口？這是為了聲音更好的設計嗎？
其實背後的原因正好相反，此種設計單純是為了節省成本，因為基座越薄，使用的金屬越少，就越能降低生產成本。
但是基座如果太薄，就會造成重量不足，反而降低尾韻的效果。因此，真正的技術，就在於怎樣減少金屬的同時，還能維持相同的音樂品質。這正是台中協櫻的強項，也是台灣制與大陸製音樂盒本質上的區別。
至於 Muro Box 的基座，由於售價不同，我們沒有必要在這裡節省成本，所以不論是鋅合金基座或是穆風的黃銅基座，整個基座是全實心的，不需要開口與凹洞。
那基座越重是不是越好？
前面有提到基座作為水庫的概念，那應該有人就會提出無限重的基座不是更好？結論是沒有更好，因為音梳震動的力量如果不足以推動整台音樂盒，那結果聲音會變得很小聲。
因為聲音的大小聲，對應的是聲波的振幅。如果基座太重，有可能造成音樂盒震動的幅度太小，同樣聲波的振幅也會太小，聽起來就會相對小聲。例如N40穆風版本的黃銅基座如果不是使用雙倍的音梳，則相較正常的N40標準版，聲音聽起來其實是不足的。N20反而是我們所有機種中聲音最大的。
這也是高單價音樂盒聽起來都很小聲的原因。高單價音樂盒一般基座都較重，所以抑制了音量。小的音樂盒聲音反而相對更大聲，但是震幅大能量消耗得也快，所以尾韻就比較短了。
因此音樂盒基座的重量必須要匹配所使用的振動板，不是越重越好。這也是音梳上需要加裝重垂的一個重要因素。
音梳安裝的位置
有想過音樂盒的音梳與滾筒是怎樣接觸的嗎？直覺上，音梳是垂直，放在滾筒的中間的位置對吧？但其實音梳的最佳位置不是這裡。
在我們在 N40 穆風 的設計裡，音梳與滾筒的夾角為 85度。其實我們在一開始設計時並不知道這個角度的原因，只是為了模仿瑞士品牌音樂盒的夾角設計。但在完成穆風的設計後，我很明確的了解這個角度的優缺點。
此種設計主要原因是為了強化音梳防震片，因為這個角度會增加滾筒凸點與防震片的接觸時間，強化防震片的吸震能力。
此外這個角度也讓音梳更好組裝。因為相同的間距之下，有夾角的音梳被滾筒凸點抬高的高度較少，所以組裝時比較容易讓高音與低音維持平衡的聲音大小。
但這種設計的缺點也很明顯，因為音梳的螺絲孔與基座沒有垂直，非常不利於生產。如果以量產為考量，這個音梳與滾筒夾角的設計會第一個被捨棄。
那基座形狀對聲音的影響？
以我的觀察，基座的形狀對聲音是有影響的，但不是很直觀。例如圖中是 Muro Box 開發時的一個基座工程樣品，箭頭標示的是鋅合金開孔的位置。其中三角形的孔是仿照傳統音樂盒的開孔，當時並不懂聲音的原理，所以開口原因單純是裝飾用而已。另一個長方形的孔則是留給滾筒的控制訊號線路。
這個設計的問題，是如果聲音在鋅合金中繞著開口的周長走，正好是1/2波長(λ)的奇數倍，則聲音會互相抵消，聽起來會是某個音階被”吃掉”的感覺。這應該是設計樂器時一個很常碰到且需要迴避的問題。
在注意到這個問題後，我們最終設計的鋅合金基座就取消了三角形的開口，但很遺憾滾筒訊號線的開口是必要的不能移除。而黃銅基座則因為厚度變厚讓聲音在基座內的路徑更複雜，就沒有需要再迴避這個開口了。
結論：N40穆風版的黃銅基座為了預留黃銅重垂震動的空間，我們仍然維持這個三角形的開孔。針對N20與N40標準版的鋅合金基座，這個三角形的開孔已經被移除，以避免影響聲音傳導。
結語
基座因為開發成本高，確認之後就不會輕易地做設計更變，所以世界上真正設計過音樂盒基座的人其實少之又少，相關設計文件也極度缺乏。在此我們將實際設計 Muro Box 基座時所遇見的問題在這裡與各位分享，讓未來的人能更快做出更好的設計，也算是我們對音樂盒社群做出的一點點貢獻吧。
