世界上最早的键盘乐器

赵春婷

摘要：管风琴是世界上最早的键盘乐器，也是当今世界最庞大的乐器。最早出现的管风琴是由古希腊发明家克特西比乌斯（Ctesibius）于公元前250年左右发明的水压管风琴（Hydraulis），它是现代管风琴的祖先。正如其名，这件乐器利用水来提供持续不断地向管子输送压力。空气由手动空气泵提供，水被用在一个装置中以稳定气压，以此向音管输送气体来吹响音管。每一个音管都由一个杆子（键盘）来控制。水管风琴（water organ）是一种没有风箱的自动管风琴，是由自然力（例如瀑布的水流或者是太阳发出的热量）激活的水直接压缩空气来吹管以发出乐音的，它是一种基于刻有音乐样式的滚筒（其表面带有凸点，可更换）来播放音乐的自动化乐器。

关键词：最早的键盘乐器  水压管风琴  Hydraulis  Water organ

管风琴，英文全称为Pipe Organ，法语Orgue，荷兰语、德语为Orgel，意大利语、西班牙语为Organo，丹麦语为Orglet，希腊语为Organon，拉丁语为Organum。管风琴是一直沿用至今的古老乐器之一。其起源可以追至简单的潘排箫（Panpipe），这种乐器在2000多年前就已经出现。潘排箫是由长到短的一组箫管连接成一束而构成的，吹奏时由左至右移动，气流通过这束音管上端的吹孔而发声。从依靠人嘴吹奏的潘排箫到机械化装置供气的管风琴的过程已经无从考证了。没有任何文学的、图像学的、考古学的，甚至是神话传说的证据表明管风琴的出现早于希腊文明时期或源于希腊文明势力范围之外的文明时期。

古罗马作家阿特纳奥斯（Athenaeus）的《智者之宴》（Deipnosophistae）（成书于公元前200年左右）和公元前1世纪古罗马建筑师、工程师马尔库斯·维特鲁威·波利奥（Marcus Vitruvius Pollio）的《建筑十书》（De architectura）（成书约为公元前32年～公元前22年）中都将管风琴的发明归功于一个人，那就是公元前3世纪居住在埃及的古希腊发明家克特西比乌斯（Ctesibius），他于公元前250年左右发明了水压管风琴（Hydraulis）[1]。Hydraulis来源于希腊语的hydor，其在希腊语中的意思为“Water”，即“水”和“aulos”意思为“管子”（阿夫洛斯管）。这种水压管风琴Hydraulis是现代管风琴的祖先。

这位亚历山大港（Alexandria）的克特西比乌斯是当时非常有名的工程师及发明家。他是第一个使用气压操作机械设备的人，特别是栓塞和阀门的泵、水钟、气鸣投射器（石弩/投石机）和水压管风琴。他最有名的发明是压力泵，其属于一种原始的活塞泵，用于生产水柱和从井口举起水。水压管风琴的原理亦然，这是压力泵技术应用于乐器制造的一个例证。“与其说水压管风琴是一种乐器，不如说它是水力学原理的演示”[2]。这一说法体现在《建筑十书》一书中，这本书除了是西方有史以来、中世纪之前的一部重要的建筑学著作，同时也是一本百科全书，其“第十书·机械”的第7、8章分别详细地记述了“克特西比乌斯的水泵”和“克特西比乌斯的水压（管）风琴”的制造原理及构造。书中是这样描述其发音原理及结构[3]：

①打好一个木头底座，在上面安装一个青铜箱子。在底座的左右两边竖起立柱，安装成阶梯形式，在其中装入带活塞的青铜圆筒。活塞要在车床上进行精密加工，并包上羊皮，中央装上铁棒，用弯管接头连接到杠杆。在圆筒的顶部表面钻孔，直径约三指。在孔附近的枢轴上，装上青铜制作的海豚，它们口中衔着链子，链子上挂着的圆盘落入圆筒的孔中。②在盛水的青铜水箱中安装节气室（throttle），它就像一只反转的漏斗。在它的下面嵌入一些约三指高的方块，它们在节气室的边缘与青铜水箱底部之间保持着均等的空间。在节气室顶部的上方，安裝着一个小气室，它支撑着乐器的主体部分，希腊人称这个部分为camon musicus（缪斯的法则），即‘音规板（musical measure）。如果乐器是四音列的，沿着它的长度便有四道槽……③在每道槽内装上一个带铁把手的音栓，当旋转把手时，便打开了气体从小气室进入槽中的出口。音规板也开有与气槽相同的气孔，横向排列，与上板的排气孔相对应。上板在希腊语中称为pinax（木板、木案）。在音规板和上板之间安装滑片，以相同方式打上孔。它们也应该涂上油，以便能轻易地插入与拉出。这样它们便可以堵住这些孔。这些滑片被称为plinthides（小石条）。它们前后移动，堵住一些孔，打开另一些孔。④滑片由铁钩固定并与琴键相连，而且只有触动（管）风琴键才能使滑片不断移动。在上板出气孔的上方，即压力通过气槽逸出的地方，用胶粘上环，再将（管）风琴键的簧片固定在这些杯上。再者，从圆柱形气筒到节气室的颈部有一套管子相连，并通往小气室的出气孔。管子上装有圆盘阀门，在车床上加工而成并安装到位。当小气室接纳了压缩空气，阀门便堵塞了排气孔，不允许气体再返回去。⑤当活塞的杠杆被提起时，它便驱动活塞向下到达圆筒的底部，安装在立柱上的海豚衔着的圆盘阀便落进了气筒之中，这一过程往气筒中填充了空气。当活塞杆连续而有力地拉回气筒中的活塞时，圆盘阀依然堵着气筒的上孔，所产生的压力推动聚积在那里的压缩空气进入管子。空气顺着管子冲进气室，并通过节气室的颈口进入小气室，杠杆运动越有力，空气便压缩得越紧密，流入滑片开口，给气槽内充满气体。⑥用手按动琴键便连续地驱动滑片前后运动，堵上一些气孔，打开另一些气孔，（管）风琴便发出了声响，奏出符合音乐法则的各种不同的音调（图1）。

从上面的记述与图像中可以看出，克特西比乌斯发明的这件乐器上包括风箱和键盘（在这里可以称为杠杆），这些都是管风琴必不可少的特征。维特鲁威描述了水压管风琴的进一步发展，例如使用两个泵，而不是一个泵和一个风箱。两个泵允许多列的音管独立地演奏发出乐音。音乐学家库尔特·萨克斯（Curt Sachs，1881～1959）对水压管风琴的评价是，利用一个机械化提升和恒定风相结合供应到一组潘管上的设计原理是合理的。正如其名，这件乐器利用水来提供持续不断地向管子输送压力。其原理是：进入音管产生声音的空气来自一个风箱，这个风箱被一个管子连接到一个气室中，空气被泵入以压缩水，由此水在气室中上升以压缩空气，从而向音管稳定供应空气。这些水气通入不同长度的音管（通常是芦杆制）发出高低不同的音高，每一个音管都由一个杆子（键盘）来控制。正是由于它的这种发声结构原理使得水气供应缺乏稳定性，使其发声较为浑浊，音响效果欠佳。

拜占庭的斐洛（Philo，公元前280年～前220年）虽不是克特西比乌斯的学生，却深受他的影响。他将水压管风琴形容为“用双手演奏的芦笛”。亚历山大港的希罗（Hero of Alexandria，公元10年～70年）在其《气体力学》（Pneumatics）中则描述了水压管风琴原始且更简单的设计。其论及这种乐器是产生风力的机械装置与键盘、风箱的合成。也正是由于拥有产生风力的机械装置才使这种乐器被命名为“Hydraulis”。粗略地统计大约有40多个具有代表性的“Hydraulis”的图像出现在马赛克、花瓶、硬币以及雕像上，流传下来。最著名的图像当属1913年意大利考古学家萨尔瓦托·奥里格玛（Salvatore Aurigemma）在利比亚Zliten发现的公元前2世纪的镶嵌在地板上的罗马马赛克镶嵌画，其描述的是斗兽比赛场上奏乐的场景，其中即有Hydraulis（水压管风琴）与古罗马时期的布奇纳/科尔纳（buccina/comu，历史性小号的一种，多用于军乐队持奏）和别辛（buisine/buysine，一种仪仗小号）合奏的图像（图2）。古罗马人在观看角斗时常常使用水压管风琴进行场景伴奏，目的是增加角斗的气氛，它是古罗马帝国时期最流行的乐器之一。

还有一种被称为Water organ[4]（直译为“水管风琴”）的乐器，它也是依靠水压原理进行发音的气鸣类乐器。古今一些研究者常常把这种乐器与Hydraulis水压管风琴相混淆。这种管风琴是一种没有风箱的自动管风琴，它是由自然力（例如瀑布的水流或者是太阳发出的热量）激活的水直接压缩空气来吹管以发出乐音的。这种乐器一旦被设置好，就无需人工干预即可进行演奏。这种乐器曾出现在克特西比乌斯、拜占庭的斐洛和亚历山大港的希罗的文字中。这种乐器的吹管被用来模仿鸟鸣，也可以模拟底比斯门农雕像发出的令人敬畏的声音。这种乐器的原理是，太阳发出的热能被用来虹吸水使其从一个封闭的水箱到另一个水箱，由此产生出压缩的空气使管子发出乐音。阿拉伯人和拜占庭人（东罗马人）开发出一种自动的water organ。这一成果见于班努·穆萨（Banu Musa）兄弟于9世纪（一说为公元850年）合著的《奇器之书》中，书中描绘了两种自动化的乐器，其中一件即为water organ，它是一种基于刻有音乐样式的滚筒（其表面带有凸点，可更换）来播放音乐的乐器。这种水管风琴被装进华丽的盒子里，放置在皇家的花园、石窟和温室里以及富人的豪宅中，在这些地方，水管风琴（water organ）不仅用音乐来取悦观众，而且还展示跳舞的小雕像、扇动翅膀的小鸟或者锤击的旋风，这些都由装在音乐圆筒上的机械装置来操纵。到13世纪末，自动水管风琴已经传到了意大利，工匠们很快掌握了制造技术。很快，这种制造技术也被传播到了西欧的其他地方。16世纪最著名的自动水管风琴放置在意大利蒂沃特（Tivoli）的埃斯特庄园（Villa dEste）内。这座庄园建造于1550～1569年，当时的主人是红衣主教波多利托二·德·埃斯特（IppolitoII dEste，1509～1572）。在意大利，埃斯特家族与美第奇家族是可以相媲美的。而其主持建造的埃斯特庄园被称为“千泉宫”，是文艺复兴时期三大园林之一，这座庄园中安放着一架水管风琴（The Fountain of the organ）（图3）。其正下方原本是一个岩石瀑布，由巴洛克艺术风格雕塑巨匠吉安·洛伦索·贝尔尼尼（Gian Lorenzo Bernini，1598～1680）所建造。20世纪重新依据的巴洛克风格绘画和雕塑复制出了一座带有海神雕像的喷泉——海神喷泉（The Fountain of Neptune），喷泉的两边各有一个水柱，最大可以喷射到水管风琴的位置，四周还配有一些小喷泉。水管风琴矗立在一座约6米高的拱门下，其水源即来源于下面的瀑布，在这座拱门里则隐藏了水管风琴的蓄水装置和水压动力装置。著名的意大利美第奇家族位于佛罗伦萨的普拉托利诺庄园（Villa di Pratolino）也曾建造过水管风琴（water organ）。此外，罗马教皇格里高利十三世（pope gregory xiii，1502～1585）所建造的奎里纳尔宫（Quirinale）花园中也曾建造过一座水管风琴。17世纪初，水管风琴在英国被建造出来。荷兰发明家科尼利厄斯·德雷贝尔（Cornelius Drebbel）曾为英国詹姆斯一世建造过一架水管风琴。所罗门·德·考斯（Salomon de Caus）在为詹姆斯一世的儿子亨利王子服务期间在里士满宫（Richmond）也曾建造过几架水管风琴。在詹姆斯一世的女儿伊丽莎白公主嫁给普法尔茨选帝侯腓特烈五世后，德·考斯还为他们设计了海德堡宫殿的花园，这座花园曾因其美丽而复杂的喷泉和水管风琴而闻名。法国弗兰奇尼兄弟（the brothers of Francini）曾在圣日耳曼昂莱城堡（Saint-Germain-en-laye）和凡尔赛宫（Versaille）建造过大型喷泉和水管风琴，达到了辉煌奢华的新高度。

后来，这种水管风琴的机械原理曾被人们误解，直到1954年一位名为范·戴克（Van Dijk）的荷兰工程师指出：给水管风琴提供空气的方法与16、17世纪锻造和冶炼厂使用的供气方法相同。这种乐器最重要的因素在于，水吸入空气就像在一个简单的实验室过滤泵里一样，空气通过一根置于较粗大且垂直管中的小管吸入，而水源于池塘或小溪。接下来，水和空气一起到达气室（wind chamber），气室位于地面较深的地下。在这里，水和空气分离，被压缩的空气被送到顶部的风箱以吹响管风琴的音管。两个带有小孔的筛板或隔板是用来防止水雾进入管风琴音管的。

由于筒泵水压管风琴（Hydraulis）存在诸多缺点，例如它需要精密的机械构造和优质的金属材料，同时它的风箱在经过多年的使用后是很难维护、移动以及防止被水腐蚀的。因此，古罗马古典时代晚期，可以方便携带的更实用的气动管风琴取代了古罗马时期盛行的水压管风琴。与此同时，随着公元5世纪和6世纪西方帝国的崩溃，水压管风琴也在西方消失。气动管风琴在东罗马帝国拜占庭宫廷中占有十分重要的地位。公元757年，皇帝君士坦丁·孔普罗尼莫斯五世（Constantine Copronymus V）将一个小型金、银制造的气动管风琴赠送给了欧洲加洛林王朝第一任国王矮子丕平（Pepin the Short），由此气动管风琴从东罗马帝国传到了西方世界，逐渐传遍了罗马、西班牙、德国和法国等地。从此，水压管风琴逐渐被人们所遗忘，水压机械装置被以空气压缩原理的风箱所取代。

参考文献：

[1]文中所述关于“Hydraulis”（“水压管风琴”）文字的原文主要参考自【英】史丹利·塞迪：《新格罗夫乐器词典》（第2册），第266～269页（The New GROVE Dictionary of Musical Instruments②，Edited by Stanley Sadie P.266～269）。

[2]原文见【英】史丹利·塞迪：《新格罗夫乐器词典》（第2册），第852页（The New GROVE Dictionary of Musical Instruments②，Edited by Stanley Sadie P.852）。

[3]【古罗马】维特鲁威著，【美】I.D.罗兰英译、【美】Y.N.豪评注/插图、陈平中译：《建筑十书》，北京：北京大学出版社，2017年，第214～215页。

[4]文中所述關于“Water organ”（“水管风琴”）文字的原文主要参考自【英】史丹利·塞迪：《新格罗夫乐器词典》（第3册），第841～843页（The New GROVE Dictionary of Musical Instruments③，Edited by Stanley Sadie P.841～843）。