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一般研發

關於色彩與形狀

振動分析有助於保護藝術品

為了籌辦巡迴展覽,像位於新墨西哥州聖塔菲的喬治亞·歐姬芙美術館這類博物館,會透過從其他博物館及私人收藏處借展作品,來補充自身的館藏。2017年,在布魯克林、倫敦、巴黎、維也納、多倫多、雪梨、墨爾本和布里斯本等城市,超過130萬名參觀者欣賞了喬治亞·歐姬芙美術館的畫作展覽。

這些借展過程意味著數百小時的陸路與空運,以及數千英里持續且低頻的振動。問題在於,這些振動能量將對無可取代的藝術品造成累積性損害。保護喬治亞·歐姬芙(1887–1986)的畫作免受振動造成的損害,是該博物館修復部主管戴爾·克朗克萊特(Dale Kronkright)工作的重要部分。

每一件藝術品「誕生」時,都具備有限數量的化學與機械鍵結,這些鍵結賦予作品機械與視覺上的特徵。一般而言,藝術品年代越久遠,殘存的鍵結就越少;當應力超過日益降低的應變疲勞極限時,作品就越容易受損。20世紀的畫布繪畫傳統,是將編織的亞麻畫布繃在可調節的木製畫框上。

由此形成的繪畫織物膜層猶如矩形鼓面,每幅畫作的自然共振頻率範圍取決於畫布的尺寸、重量與張力,以及顏料的塗佈方式與方向。16 至 50 赫茲的共振振動頻率範圍,對博物館畫作的保存構成重大挑戰,原因正是此範圍恰與藝術品運輸卡車行駛於高速公路時所產生的輸入振動頻率範圍重疊。

圖 1:對戴爾·克朗克萊特(右)而言,妥善保存藝術品意味著在運輸過程中保護藝術品免受振動應力的影響。圖中他正使用Polytec 的MPV-800Multipoint Vibrometer 系統,分析一幅油畫布的振動特性。

最初的測試數據中,缺少了畫布在主鼓模式與次鼓模式下移動的視覺化呈現,也未能釐清這些畫布位移是否與裂痕位置相關,以及博物館為畫作特製的運輸箱,是否確實能在關鍵共振頻率範圍內有效抑制振動。

憑藉其非接觸式結構以及具備高空間解析度的Full-field 測量能力,Polytec MPVMultipoint Vibrometer 與PSV-500 Scanning Vibrometer 顯然具備協助博物館測量並可視化畫布位移頻率、振幅、速度及分布所需的技術規格。

此外,透過測量固定於各種裱框與包裝結構內的畫布位移,Polytec 振動計將進一步協助修復師了解多種減震與振動阻尼措施所產生的阻尼效果。

Polytec的工程團隊將Polytec MPVMultipoint Vibrometer 及 PSV 掃描式振動計帶至喬治亞·歐姬芙博物館,進行為期一週的測試。除了克朗克萊特(Kronkright)之外,歐姬芙博物館還邀請了來自洛斯阿拉莫斯國家實驗室和密西根大學的振動工程師與數學家,共同合作分析頻譜功率分布的快速傅立葉變換(FFT)結果。

圖 2:利用雷射振動測量法測得的頻率譜,顯示了不同運輸方案對畫布畫作的阻尼行為。

修復師們首先對亞麻畫布複製品進行測試,發現精心設計的木製運輸箱內,泡沫緩衝墊的配置會產生加性干涉效應,實際上增加了畫布在 10 Hz 至 40 Hz 這個關鍵避震頻率範圍內的位移幅度。Polytec 的工程師們還成功將畫布從第一鼓振動模式轉換至第二鼓振動模式的過程可視化。

Polytec 的 MPVMultipoint Vibrometer 系統讓團隊得以測量喬治亞·歐姬芙(Georgia O’Keeffe)實際畫作的固有頻率與畫布位移行為。 畫作被固定在直立畫架上,24 個雷射振動計通道以網格模式對準,用以測量畫架以及畫布與畫框整體的模態運動。隨後,研究團隊使用一顆 100 克、經模態調諧且裝有感測器的錘子,輕敲畫架背面,對畫作施加經校準的激勵。

透過這24個測點所生成的視覺化圖像及各點的頻率響應數據,研究團隊發現第一與第二鼓模態振動發生在10至40 Hz的關鍵頻率範圍內,且畫布位移行為與顏料厚度及歷史裂痕的位置密切相關。

最後,與複製品畫作的測試結果相似,掃描式振動計在真實畫作上證實,採用輕量且剛性的蜂窩芯板,並在畫框前方加裝剛性壓克力玻璃的裝裱技術,確實具備卓越的阻尼效果。

圖片來源:除非另有說明,否則圖片均由作者提供

我们的作者

Dale Kronkright
美國聖塔菲喬治亞·歐基夫美術館 藏品保護部主管
www.okeeffemuseum.org

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