世界上最早的鍵盤樂器

趙春婷

摘要：管風琴是世界上最早的鍵盤樂器，也是當今世界最龐大的樂器。最早出現的管風琴是由古希臘發明家克特西比烏斯（Ctesibius）于公元前250年左右發明的水壓管風琴（Hydraulis），它是現代管風琴的祖先。正如其名，這件樂器利用水來提供持續不斷地向管子輸送壓力。空氣由手動空氣泵提供，水被用在一個裝置中以穩定氣壓，以此向音管輸送氣體來吹響音管。每一個音管都由一個桿子（鍵盤）來控制。水管風琴（water organ）是一種沒有風箱的自動管風琴，是由自然力（例如瀑布的水流或者是太陽發出的熱量）激活的水直接壓縮空氣來吹管以發出樂音的，它是一種基于刻有音樂樣式的滾筒（其表面帶有凸點，可更換）來播放音樂的自動化樂器。

關鍵詞：最早的鍵盤樂器? 水壓管風琴? Hydraulis? Water organ

管風琴，英文全稱為Pipe Organ，法語Orgue，荷蘭語、德語為Orgel，意大利語、西班牙語為Organo，丹麥語為Orglet，希臘語為Organon，拉丁語為Organum。管風琴是一直沿用至今的古老樂器之一。其起源可以追至簡單的潘排簫（Panpipe），這種樂器在2000多年前就已經出現。潘排簫是由長到短的一組簫管連接成一束而構成的，吹奏時由左至右移動，氣流通過這束音管上端的吹孔而發聲。從依靠人嘴吹奏的潘排簫到機械化裝置供氣的管風琴的過程已經無從考證了。沒有任何文學的、圖像學的、考古學的，甚至是神話傳說的證據表明管風琴的出現早于希臘文明時期或源于希臘文明勢力范圍之外的文明時期。

古羅馬作家阿特納奧斯（Athenaeus）的《智者之宴》（Deipnosophistae）（成書于公元前200年左右）和公元前1世紀古羅馬建筑師、工程師馬爾庫斯·維特魯威·波利奧（Marcus Vitruvius Pollio）的《建筑十書》（De architectura）（成書約為公元前32年～公元前22年）中都將管風琴的發明歸功于一個人，那就是公元前3世紀居住在埃及的古希臘發明家克特西比烏斯（Ctesibius），他于公元前250年左右發明了水壓管風琴（Hydraulis）[1]。Hydraulis來源于希臘語的hydor，其在希臘語中的意思為“Water”，即“水”和“aulos”意思為“管子”（阿夫洛斯管）。這種水壓管風琴Hydraulis是現代管風琴的祖先。

這位亞歷山大港（Alexandria）的克特西比烏斯是當時非常有名的工程師及發明家。他是第一個使用氣壓操作機械設備的人，特別是栓塞和閥門的泵、水鐘、氣鳴投射器（石弩/投石機）和水壓管風琴。他最有名的發明是壓力泵，其屬于一種原始的活塞泵，用于生產水柱和從井口舉起水。水壓管風琴的原理亦然，這是壓力泵技術應用于樂器制造的一個例證。“與其說水壓管風琴是一種樂器，不如說它是水力學原理的演示”[2]。這一說法體現在《建筑十書》一書中，這本書除了是西方有史以來、中世紀之前的一部重要的建筑學著作，同時也是一本百科全書，其“第十書·機械”的第7、8章分別詳細地記述了“克特西比烏斯的水泵”和“克特西比烏斯的水壓（管）風琴”的制造原理及構造。書中是這樣描述其發音原理及結構[3]：

①打好一個木頭底座，在上面安裝一個青銅箱子。在底座的左右兩邊豎起立柱，安裝成階梯形式，在其中裝入帶活塞的青銅圓筒。活塞要在車床上進行精密加工，并包上羊皮，中央裝上鐵棒，用彎管接頭連接到杠桿。在圓筒的頂部表面鉆孔，直徑約三指。在孔附近的樞軸上，裝上青銅制作的海豚，它們口中銜著鏈子，鏈子上掛著的圓盤落入圓筒的孔中。②在盛水的青銅水箱中安裝節氣室（throttle），它就像一只反轉的漏斗。在它的下面嵌入一些約三指高的方塊，它們在節氣室的邊緣與青銅水箱底部之間保持著均等的空間。在節氣室頂部的上方，安裝著一個小氣室，它支撐著樂器的主體部分，希臘人稱這個部分為camon musicus（繆斯的法則），即‘音規板（musical measure）。如果樂器是四音列的，沿著它的長度便有四道槽……③在每道槽內裝上一個帶鐵把手的音栓，當旋轉把手時，便打開了氣體從小氣室進入槽中的出口。音規板也開有與氣槽相同的氣孔，橫向排列，與上板的排氣孔相對應。上板在希臘語中稱為pinax（木板、木案）。在音規板和上板之間安裝滑片，以相同方式打上孔。它們也應該涂上油，以便能輕易地插入與拉出。這樣它們便可以堵住這些孔。這些滑片被稱為plinthides（小石條）。它們前后移動，堵住一些孔，打開另一些孔。④滑片由鐵鉤固定并與琴鍵相連，而且只有觸動（管）風琴鍵才能使滑片不斷移動。在上板出氣孔的上方，即壓力通過氣槽逸出的地方，用膠粘上環，再將（管）風琴鍵的簧片固定在這些杯上。再者，從圓柱形氣筒到節氣室的頸部有一套管子相連，并通往小氣室的出氣孔。管子上裝有圓盤閥門，在車床上加工而成并安裝到位。當小氣室接納了壓縮空氣，閥門便堵塞了排氣孔，不允許氣體再返回去。⑤當活塞的杠桿被提起時，它便驅動活塞向下到達圓筒的底部，安裝在立柱上的海豚銜著的圓盤閥便落進了氣筒之中，這一過程往氣筒中填充了空氣。當活塞桿連續而有力地拉回氣筒中的活塞時，圓盤閥依然堵著氣筒的上孔，所產生的壓力推動聚積在那里的壓縮空氣進入管子。空氣順著管子沖進氣室，并通過節氣室的頸口進入小氣室，杠桿運動越有力，空氣便壓縮得越緊密，流入滑片開口，給氣槽內充滿氣體。⑥用手按動琴鍵便連續地驅動滑片前后運動，堵上一些氣孔，打開另一些氣孔，（管）風琴便發出了聲響，奏出符合音樂法則的各種不同的音調（圖1）。

從上面的記述與圖像中可以看出，克特西比烏斯發明的這件樂器上包括風箱和鍵盤（在這里可以稱為杠桿），這些都是管風琴必不可少的特征。維特魯威描述了水壓管風琴的進一步發展，例如使用兩個泵，而不是一個泵和一個風箱。兩個泵允許多列的音管獨立地演奏發出樂音。音樂學家庫爾特·薩克斯（Curt Sachs，1881～1959）對水壓管風琴的評價是，利用一個機械化提升和恒定風相結合供應到一組潘管上的設計原理是合理的。正如其名，這件樂器利用水來提供持續不斷地向管子輸送壓力。其原理是：進入音管產生聲音的空氣來自一個風箱，這個風箱被一個管子連接到一個氣室中，空氣被泵入以壓縮水，由此水在氣室中上升以壓縮空氣，從而向音管穩定供應空氣。這些水氣通入不同長度的音管（通常是蘆桿制）發出高低不同的音高，每一個音管都由一個桿子（鍵盤）來控制。正是由于它的這種發聲結構原理使得水氣供應缺乏穩定性，使其發聲較為渾濁，音響效果欠佳。

拜占庭的斐洛（Philo，公元前280年～前220年）雖不是克特西比烏斯的學生，卻深受他的影響。他將水壓管風琴形容為“用雙手演奏的蘆笛”。亞歷山大港的希羅（Hero of Alexandria，公元10年～70年）在其《氣體力學》（Pneumatics）中則描述了水壓管風琴原始且更簡單的設計。其論及這種樂器是產生風力的機械裝置與鍵盤、風箱的合成。也正是由于擁有產生風力的機械裝置才使這種樂器被命名為“Hydraulis”。粗略地統計大約有40多個具有代表性的“Hydraulis”的圖像出現在馬賽克、花瓶、硬幣以及雕像上，流傳下來。最著名的圖像當屬1913年意大利考古學家薩爾瓦托·奧里格瑪（Salvatore Aurigemma）在利比亞Zliten發現的公元前2世紀的鑲嵌在地板上的羅馬馬賽克鑲嵌畫，其描述的是斗獸比賽場上奏樂的場景，其中即有Hydraulis（水壓管風琴）與古羅馬時期的布奇納/科爾納（buccina/comu，歷史性小號的一種，多用于軍樂隊持奏）和別辛（buisine/buysine，一種儀仗小號）合奏的圖像（圖2）。古羅馬人在觀看角斗時常常使用水壓管風琴進行場景伴奏，目的是增加角斗的氣氛，它是古羅馬帝國時期最流行的樂器之一。

還有一種被稱為Water organ[4]（直譯為“水管風琴”）的樂器，它也是依靠水壓原理進行發音的氣鳴類樂器。古今一些研究者常常把這種樂器與Hydraulis水壓管風琴相混淆。這種管風琴是一種沒有風箱的自動管風琴，它是由自然力（例如瀑布的水流或者是太陽發出的熱量）激活的水直接壓縮空氣來吹管以發出樂音的。這種樂器一旦被設置好，就無需人工干預即可進行演奏。這種樂器曾出現在克特西比烏斯、拜占庭的斐洛和亞歷山大港的希羅的文字中。這種樂器的吹管被用來模仿鳥鳴，也可以模擬底比斯門農雕像發出的令人敬畏的聲音。這種樂器的原理是，太陽發出的熱能被用來虹吸水使其從一個封閉的水箱到另一個水箱，由此產生出壓縮的空氣使管子發出樂音。阿拉伯人和拜占庭人（東羅馬人）開發出一種自動的water organ。這一成果見于班努·穆薩（Banu Musa）兄弟于9世紀（一說為公元850年）合著的《奇器之書》中，書中描繪了兩種自動化的樂器，其中一件即為water organ，它是一種基于刻有音樂樣式的滾筒（其表面帶有凸點，可更換）來播放音樂的樂器。這種水管風琴被裝進華麗的盒子里，放置在皇家的花園、石窟和溫室里以及富人的豪宅中，在這些地方，水管風琴（water organ）不僅用音樂來取悅觀眾，而且還展示跳舞的小雕像、扇動翅膀的小鳥或者錘擊的旋風，這些都由裝在音樂圓筒上的機械裝置來操縱。到13世紀末，自動水管風琴已經傳到了意大利，工匠們很快掌握了制造技術。很快，這種制造技術也被傳播到了西歐的其他地方。16世紀最著名的自動水管風琴放置在意大利蒂沃特（Tivoli）的埃斯特莊園（Villa dEste）內。這座莊園建造于1550～1569年，當時的主人是紅衣主教波多利托二·德·埃斯特（IppolitoII dEste，1509～1572）。在意大利，埃斯特家族與美第奇家族是可以相媲美的。而其主持建造的埃斯特莊園被稱為“千泉宮”，是文藝復興時期三大園林之一，這座莊園中安放著一架水管風琴（The Fountain of the organ）（圖3）。其正下方原本是一個巖石瀑布，由巴洛克藝術風格雕塑巨匠吉安·洛倫索·貝爾尼尼（Gian Lorenzo Bernini，1598～1680）所建造。20世紀重新依據的巴洛克風格繪畫和雕塑復制出了一座帶有海神雕像的噴泉——海神噴泉（The Fountain of Neptune），噴泉的兩邊各有一個水柱，最大可以噴射到水管風琴的位置，四周還配有一些小噴泉。水管風琴矗立在一座約6米高的拱門下，其水源即來源于下面的瀑布，在這座拱門里則隱藏了水管風琴的蓄水裝置和水壓動力裝置。著名的意大利美第奇家族位于佛羅倫薩的普拉托利諾莊園（Villa di Pratolino）也曾建造過水管風琴（water organ）。此外，羅馬教皇格里高利十三世（pope gregory xiii，1502～1585）所建造的奎里納爾宮（Quirinale）花園中也曾建造過一座水管風琴。17世紀初，水管風琴在英國被建造出來。荷蘭發明家科尼利厄斯·德雷貝爾（Cornelius Drebbel）曾為英國詹姆斯一世建造過一架水管風琴。所羅門·德·考斯（Salomon de Caus）在為詹姆斯一世的兒子亨利王子服務期間在里士滿宮（Richmond）也曾建造過幾架水管風琴。在詹姆斯一世的女兒伊麗莎白公主嫁給普法爾茨選帝侯腓特烈五世后，德·考斯還為他們設計了海德堡宮殿的花園，這座花園曾因其美麗而復雜的噴泉和水管風琴而聞名。法國弗蘭奇尼兄弟（the brothers of Francini）曾在圣日耳曼昂萊城堡（Saint-Germain-en-laye）和凡爾賽宮（Versaille）建造過大型噴泉和水管風琴，達到了輝煌奢華的新高度。

后來，這種水管風琴的機械原理曾被人們誤解，直到1954年一位名為范·戴克（Van Dijk）的荷蘭工程師指出：給水管風琴提供空氣的方法與16、17世紀鍛造和冶煉廠使用的供氣方法相同。這種樂器最重要的因素在于，水吸入空氣就像在一個簡單的實驗室過濾泵里一樣，空氣通過一根置于較粗大且垂直管中的小管吸入，而水源于池塘或小溪。接下來，水和空氣一起到達氣室（wind chamber），氣室位于地面較深的地下。在這里，水和空氣分離，被壓縮的空氣被送到頂部的風箱以吹響管風琴的音管。兩個帶有小孔的篩板或隔板是用來防止水霧進入管風琴音管的。

由于筒泵水壓管風琴（Hydraulis）存在諸多缺點，例如它需要精密的機械構造和優質的金屬材料，同時它的風箱在經過多年的使用后是很難維護、移動以及防止被水腐蝕的。因此，古羅馬古典時代晚期，可以方便攜帶的更實用的氣動管風琴取代了古羅馬時期盛行的水壓管風琴。與此同時，隨著公元5世紀和6世紀西方帝國的崩潰，水壓管風琴也在西方消失。氣動管風琴在東羅馬帝國拜占庭宮廷中占有十分重要的地位。公元757年，皇帝君士坦丁·孔普羅尼莫斯五世（Constantine Copronymus V）將一個小型金、銀制造的氣動管風琴贈送給了歐洲加洛林王朝第一任國王矮子丕平（Pepin the Short），由此氣動管風琴從東羅馬帝國傳到了西方世界，逐漸傳遍了羅馬、西班牙、德國和法國等地。從此，水壓管風琴逐漸被人們所遺忘，水壓機械裝置被以空氣壓縮原理的風箱所取代。

參考文獻：

[1]文中所述關于“Hydraulis”（“水壓管風琴”）文字的原文主要參考自【英】史丹利·塞迪：《新格羅夫樂器詞典》（第2冊），第266～269頁（The New GROVE Dictionary of Musical Instruments②，Edited by Stanley Sadie P.266～269）。

[2]原文見【英】史丹利·塞迪：《新格羅夫樂器詞典》（第2冊），第852頁（The New GROVE Dictionary of Musical Instruments②，Edited by Stanley Sadie P.852）。

[3]【古羅馬】維特魯威著，【美】I.D.羅蘭英譯、【美】Y.N.豪評注/插圖、陳平中譯：《建筑十書》，北京：北京大學出版社，2017年，第214～215頁。

[4]文中所述關于“Water organ”（“水管風琴”）文字的原文主要參考自【英】史丹利·塞迪：《新格羅夫樂器詞典》（第3冊），第841～843頁（The New GROVE Dictionary of Musical Instruments③，Edited by Stanley Sadie P.841～843）。