音樂盒的靈魂 - 音梳

音梳是聲音品質的關鍵

我們音梳的提供者,是位於台中的協櫻精密工業,有著40年生產音樂盒的悠久歷史。他們生產的音梳,有著日本設計的血統。除了音梳本身的材質是日本獨有的鋼材之外,另外一個系出日本的特色,就是防震片的使用。防震片一般位於音梳尖端,從背面比較容易辨認出來。各位可能不了解這片塑膠的功能,但它可是提升音樂盒聲音品質的關鍵。

Muro Box所使用的音梳,是以協櫻所生產的音梳為基礎,由我們自行改良升級過後的特製版本。我們在音梳的開發上面投注了巨大的心力。這篇文章,就是紀錄這片小小的音梳上,所發生的種種事情。

協櫻的作業員正在為音梳調音。
每一片音梳都經過極仔細的調音與處理。

音樂盒的特色與限制

音樂盒有一個缺點,或者可以說是特色,就是一般旋律都比較柔和/緩慢,各位有想過其中的原因嗎?是因為比較有情調所以旋律慢嗎?

我認為真正的原因,是因為音樂盒的音梳在機構先天上的缺陷,不適合快速的敲擊連續音,因為在敲擊連續音的時候會產生尖銳的金屬撞擊聲。所以當歌曲有連續音的旋律,又無法用編曲的方式避開的時候,就只能放慢歌曲速度,想辦法把旋律勉強塞進去音樂盒裡。

用一個生活中的例子解釋,把尺一端固定在桌子的邊緣,用手去撥動懸空的另一端。接下來用筆去接觸震動中的尺,尺會拍打筆頭並迅速停止,同時產生短暫尖銳的碰撞聲。音樂盒中的連續音噪音,就是因為下一個音的金屬點接觸震動中的音梳,產生了類似的金屬碰撞聲。

防震片的用途,就是再下一個音開始之前,用柔軟的塑膠片當作緩衝,讓音梳停止震動,消除尖銳的碰撞聲。其他的樂器,都各自有針對這種狀況的特殊設計。

例如鋼琴用延音踏板(Damper Pedal)控制音階敲擊後震盪時間(延音)長短,柔順的中止一個音符。音樂盒則是用音梳背後的”防震片”來中止前一個音符。

但音樂盒因為體積小構造單純,目前為止並沒有完美的對策。有興趣了解樂器內的延音控制裝置者,可以參考以下這個英文影片說明鋼琴內的damper設計如何控制音階彈奏後的餘韻長短。

防震片的限制

既然防震片可以解決這個問題,為何音樂盒的節奏還是有限制?原因是因為這種防震片效果仍然有限,比方說原本兩秒內連續音會有雜音,進步成一秒內連續音才有雜音。但以編曲的角度看,這樣還是遠遠的不夠。

此外防震片也有耗損問題。整個音樂鈴裡面,最脆弱的零組件就是防震片。一個有防震片的日本Sankyo紙帶式音樂盒,他的官方播放壽命其實只有約400小時,之後就會因為防震片磨損,品質開始下降。

以下照片為瑞士NICOLE FRÈRES品牌音梳的防震片特寫(尖端的金屬線)。此防震片是金屬材質,照片中可見許多音階的防震片已經變形,耐久度是一個嚴重的考驗。

瑞士NICOLE-FRERES品牌音樂盒的音梳防震片
瑞士NICOLE FRÈRES品牌音樂盒的音梳防震片

不用防震片的解法

那既然這樣,難道沒有其他不用防震片的解法嗎?我認為是有的。例如在不管成本的情況下,大型的音樂盒常常會有雙碟片/雙音梳的設計,我認為部分原因就是為了解決這個問題。有興趣觀看大型高級音樂盒用雙音梳演奏的效果者,可以看看這個以下這部影片。

一般認知是用雙音梳來增加雙倍音量,但其實不只如此。我的了解,雙音梳的設計是為了兩個目的:連續音與裝飾音(sublime harmony )。

與連續音有關,是因為同一個音階,可以從分別從多個不同的位置發出聲音,也就是迴避了連續音時,必須快速敲擊同一個震動中金屬的問題,可以用不同位置輪流敲擊。

但Muro Box N20無法用這種設計,很簡單就是因為成本的問題。Muro Box的定位是”每個人的”專屬回憶,不是”有錢人的”專屬回憶。

備註:裝飾音(sublime harmony )

而裝飾音(sublime harmony )與本文的連續音無關,但是因為很有趣,所以我們在這裡跟您分享。

頂級音樂盒常會有一種莊嚴肅穆的 “嗡嗡” 聲,好似聲音來回震盪的聲音,其實不只是因為共鳴箱的體積大聲響效果好,其實最主要的原因,是因為有多個音梳,所以音樂盒可以同時發出相同但是頻率稍微錯開的兩個音。明確的說,是同時發出差距 14 cents (100 cents = 1 semitone) 的兩個音階。有興趣的人可以觀看以下的影片解釋,我們之後推出的N40將採用相同的設計。(感謝 Siegfried Pattyn提供的資訊) 

Muro Box的困境

我們詢問了編曲老師的意見,訂出高速連續音的標準為每秒鐘四拍,也就是每秒鐘,同一個音要可以連續敲四下。這種速度雖然不能用音樂盒撥放重金屬搖滾,但一般的流行歌曲是綽綽有餘的。

但以這種速度要沒有噪音依然是挑戰。但我們在當初並沒有意識到要達到這標準的難度。

而且我們也沒有退路,因為連續音所造成的噪音聲響影響重大,大大的降低了音樂盒的體驗。對聆聽者來說,甚至會以為這是音樂盒機械故障所造成的雜音。

以下這部影片紀錄了早期樣品機的演奏音質,當時尚未重新設計防震片來解決連續敲擊單音所產生的噪音問題。

我們曾經誤判這個噪音是因為其它的機構缺陷造成的,所以在開發初期沒有優先去處理,認為隨著開發的進程問題會自然消失。但不幸地,直到產品接近最後量產階段時,我們才驚覺大錯特錯。

當時的反應是接近崩潰。光是要讓可程式化音樂盒動起來就已經如此困難,竟然連音梳都需要重新設計?但不改善這個噪音,難道我們必須降低音樂的曲速,讓音樂盒回到一百年前的標準?

Muro Box解決問題的過程

我們一開始嘗試稍微改變原始防震片的形狀,希望能夠加強吸震的效果。很快我們就知道這不可行。如果行的通,原始的震動板早就這樣設計了。

那轉念一想,如果是舊的防震片PET材質吸震不足,那我就更改材料,加強吸震不就好了?可是材料一改變,所代表的就是我們必須獨自尋找供應商做樣品測試。

我們剛開始時透過一家模切廠的協助,開了模具後測試了各種塑膠材質。PVC,麥拉,PC,想盡辦法,將他們廠內所有可用的材料都用盡,卯起勁來做各種密集的測試。結果碰上各種問題,斷裂,磨損,變形,不能膠合。不要說解決雜音了,繞了一大圈比原來還差。不得不相信前人研究的成果,還是得用回原來的PET材料。

我們透過微信聯絡上了一家位於大陸的供應商,好不容易取得了更厚的PET的樣品,終於能開始做測試了。

第一次的小成功

“有用”

終於,我們更厚的材料,第一次將連續音的敲擊聲消除。高興之餘,我們趕緊將樣品送給協櫻組裝。防震片是用膠黏的方式貼在音梳上,我們用他們的標準製程去黏貼防震片。

但不幸的是我們馬上接到通知,送去的樣品無法承受住製程中的高溫竟然變形了。我們將這個不幸的消息回報給大陸的供應商,沒有想到,他們竟然推薦競爭公司的產品給我們。

Muro Box音梳一次的小成功
成功的過程是經歷無數次的研發調整

下一個奇蹟

經由大陸供應商的指點,輾轉的我們連絡上了日本著名廠商,Kimoto。

交流時他們相當好奇,為何我們會找上Kimoto,因為傳統上PET薄膜因為耐磨的特性,被大量地使用在液晶面板,觸碰螢幕等工業領域。但我們是做音樂盒,對他們來說,完全是一個不能理解的應用。

但他們還是很慷慨的提供給我們充足的耐高溫PET原料,讓我們通過了這次生產的考驗。

Kimoto官網首頁的截圖
日本著名70年的廠商Kimoto 圖片來源:Kimoto官網首頁

慘痛的教訓

終於,數不盡的來回奔波,日夜煎熬,音樂盒終於迎來的第一次出貨日子(註:故事發生在我們2018年的第一次嘖嘖群眾募資,不是我們2020年的國際Indiegogo群募)。不幸幾天後,音梳的防震片就出了大紕漏。第一批收到的顧客開始有人回報,在使用僅幾天後,防震片就從音梳上脫落。我們固定PET用的膠,仍然無法達到音樂播放器的長時間使用標準。

我們當下立即停止繼續出貨,讓音樂盒重新接受壓力測試並再次改善品質。我們的新標準是以連續16天,每天演奏24小時來當作驗收門檻,這也協櫻公司建議的實驗天數。

我們開始無止盡的測試各種工業用膠,瞬間膠,AB膠,UV膠,所有可以取得的膠都被我們拿來做測試。但音樂盒的音梳條件太嚴苛了,接觸面積小,長時間震動與摩擦,又必須承受撞擊的力量,而且還是最難的塑膠與金屬的異材質膠黏。所有的方法都失敗了。

整個團隊都很洩氣。真的很難忍受,幾年來無窮盡的困難與打擊,連最後一刻都不放過我們。

絕地重生

到此為止我們已經花了數個月,以日本Sankyo的原始設計為基礎,測試不同的防震片材質規格,但仍然無法達到我們要求的標準。因此我們已經了解到,只有跳脫出既有的框架之外,才有可能解決問題。所以我們決定完全捨棄既有的設計,重新想解決的方法。

於是我們捨棄了以塑膠的材質來吸震方法,改以不鏽鋼彈片增加耐久度。中間夾層使用複合材質來做吸震材料,消除雜音。

對於我們全新設計的音梳片,協櫻進行了各種耐力測試與聲音檢測,確保在提升使用壽命的同時,仍然維持音梳的品質。同時協櫻也配合新設計,重新開發全新的音梳調音流程。

智慧音樂盒Muro Box內的音梳片背面,在每個音階的末端有貼著一層薄薄的防震片
Muro Box N20 音樂盒內的音梳片背面,在每個音階的末端有貼著一層薄薄的不鏽鋼防震片,並通過各種耐力測試與聲音檢測

結語

幸好受到很多人的鼓勵和支持,與我們配合廠商無底限的協助。我們重新定義了製程與材料,讓現在的防震片遠遠的超越原始設計,真正的達成了所有傳統音樂盒所不能迄及的超高規格。此項獨特音梳裝置也已經獲得中華民國專利(M594783)與中國專利(申請案號202020038579.1)。

其實這裡記錄的只是音梳防震片開發過程的一小部分。但相信大家可以感受到,只是因為一個連續音的敲擊雜音,有不可思議的努力與資源被投入來解決問題。

但這就是為何Muro Box如此的特別,如此的得來不易。Muro Box是太多人努力後的心血結晶,發生無數奇蹟後才能誕生。

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
很感謝協櫻的張廠長每天都跟我們報告Muro Box的壓力測試結果,我也親自去台中協櫻的廠房與他討論可能的解決方式。