聖路易斯— 唐納德·丹佛斯植物科學中心的丹·奇特伍德白天是一位植物形態學家，研究番茄的形態和結構如何在適應新環境時發生不同的進化。晚上，當他需要思考問題或休息一下時，他會演奏中提琴。
奇特伍德現在將他對植物和絃樂器的熱情結合起來，發表了一項研究，記錄了使用與他用於繪製葉片進化形態相同的方法來研究小提琴形狀的演變。這項研究於10月8日在《PLoS One》上發表，使用了這些方法來檢查400年間製造的9000件樂器的形狀。
奇特伍德使用的形態學分析使他能夠根據地區和小提琴製作師的譜系對小提琴進行分類。他確定了四個主要的絃樂器製造商或提琴製作師群體，他們每個人都製作了自己的標誌性形狀，這些形狀代代相傳，只有細微的變化——奇特伍德指出這是“帶有修改的傳承”，以致敬達爾文的進化論。
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奇特伍德收集了數千張小提琴樣本的影像，這些影像來自Cozio.com絃樂器檔案館。該檔案館包括在拍賣會上出售的珍貴小提琴正面和背面的詳細照片，奇特伍德使用開源統計計算軟體來分析琴身和f孔（音孔）的形狀。他使用線性判別分析（一種分離不同類別物體的統計技術）開發了散點圖，將單個樂器按提琴製作師分開。基於這些形狀差異，他將小提琴分為四個主要的提琴製作師群體，他們的設計仍然在大多數現代樂器中占主導地位。聚類圖類似於進化樹。
當他研究這些聚類時，他注意到來自提琴製作師家族的小提琴具有相似的品質——就像同一屬的植物一樣，他說。他說，許多小提琴製作家族包括幾代人，年輕的學徒可能會對樂器進行細微的改動，以區別於他的前輩。“不同的家族會走向不同的形狀軌跡，與其他家族不同。這就像物種形成，”奇特伍德說。“這是透過傳承進行的修改。你基本上再現了設計，但你加入了一點改變——一點你自己的印記——它就改變了，就像突變一樣。”
劍橋大學的結構動力學家吉姆·伍德豪斯為奇特伍德提供了關於小提琴聲學的資訊，他說這項研究證實了提琴製作師憑直覺所知曉的事情。“[這項研究]揭示了一些相當明顯的趨勢，以及相關形狀的清晰聚類，”伍德豪斯說。“這為製作者和專家經銷商的軼事證據提供了一些科學依據。”
根據奇特伍德的分析，歷史也在小提琴的塑造中發揮作用：小提琴隨著時間線性地變形，許多變化歸因於安東尼奧·斯特拉迪瓦里的崛起。這位小提琴大師在17世紀中期開始製作樂器，並且仍然是文藝復興時期最多產的提琴製作師。他在18世紀初左右引入了一項關鍵的改變，開發出比當時其他小提琴更大的輪廓形狀。“在那之前，沒有其他小提琴具有那種特殊的形狀，”奇特伍德說。“這種形狀真正預示了未來……因為眾所周知，每個人都在複製斯特拉迪瓦里。”
對形狀的痴迷真的重要嗎？巴黎大學的克勞迪婭·弗裡茨說，現代小提琴家無法區分斯特拉迪瓦里琴和全新樂器的聲音。在她2012年和2014年發表的研究中，她要求有成就的小提琴家盲奏“義大利老琴”和新琴，並比較它們的聲音。當演奏者在酒店房間裡，後來又在音樂廳裡演奏時，他們無法區分這些樂器。與樂器的拱形形狀、變化的厚度和木材相比，外形或f孔形狀的細微差異對音質的影響很小。
奇特伍德想知道是否有些提琴製作師只是抄襲者。斯特拉迪瓦里琴不一定是最好的；它只是被認為是最合適的，所以它才得以普及，他說。“還有很多其他的制琴大師——瓜奈裡家族，尼科洛·阿瑪蒂——為什麼我們不大量複製他們呢？”
“只是人們認為斯特拉迪瓦里琴更優越，”他繼續說道。“如果所有小提琴的屬性都被用來模仿斯特拉迪瓦里琴，那麼我們無法分辨出差異的原因之一可能是因為每個人都在複製他。”
這項研究擱置了聲音差異，這使其獨一無二。“就學科而言，這是一項值得尊敬的研究，介於科學和歷史之間，”伍德豪斯說，“它揭示了一些關於小提琴故事的事情，這些事情在閱讀之前並不明顯。”