本篇論文目錄導航：
【題目】自動鋼琴的發展與傳承探究
【緒論 第一章】自動鋼琴產生的歷史背景回溯
【2.1】鋼琴自動化意識萌芽時期
【2.2】柜式紙卷自動鋼琴的誕生與發展
【2.3】內置紙卷自動鋼琴的成型與原理
【2.4 2.5】紙卷自動鋼琴成熟期--復奏紙卷自動鋼琴
【第三章】電磁原理自動鋼琴四大制造商及其系統
【第四章】自動鋼琴在現代鋼琴文化發展中的現實意義
【結語/參考文獻】自動鋼琴的發展脈絡研究結語與參考文獻
第二章 紙卷自動鋼琴
關于紙卷自動鋼琴一詞，本文援引《新格羅夫美國音樂大辭典》中對于“自動鋼琴”一詞的解釋，是指一種依靠穿孔紙卷記錄音樂的音高、節奏、強弱以及踏板，并且能夠對其解碼，自動演奏音樂的鋼琴。紙卷自動鋼琴在不同發展時期呈現出不同的結構形態，但是它們都擁有一個共同的核心--特殊的“紙卷”,參見圖 1 所示。紙卷寬度大約為 25 厘米，紙面被打上了數量長短不一的小洞，這些不同位置的小洞代表五線譜上的不同音符，洞孔長短表明音符的演奏時值，不同的小孔組合成不同的樂曲。使用這種紙卷進行演奏的特點是不再受到手指數量的限制，音樂的和聲更加豐富立體。紙卷自動鋼琴正是運用這種特殊的紙卷來記錄音樂和表現音樂，這時紙卷變成了“演奏者”.早在十九世紀八十年代的美國，大批有關這種以氣流涌動作為動力的紙卷自動鋼琴的專利被不斷注冊，而紙卷自動鋼琴真正確立的標志是 1897 年美國人愛德文·沃提（EdwinVotey）為他所發明的“紙卷自動鋼琴”⑩提出專利申請。經過不斷的完善和型制上創新，最終可以記錄音樂家實況演奏并較為完美再現的“復奏紙卷自動鋼琴”,成為紙卷自動鋼琴的最完整形態。紙卷自動鋼琴出現初期被作為一種娛樂設備，在家庭和公共場所廣為流行，伴隨著紙卷自動鋼琴的逐漸成熟，特別是功能性的多樣化，越來越多的音樂愛好者和音樂家也開始在這一樂器上創作或者練習，自動鋼琴的實用性被更好的開發出來。
在二十世紀二十年代紙卷自動鋼琴進入了他的全盛時期，在短短兩年時間內便制造了近 50 萬架紙卷自動鋼琴，這一產量幾乎是那兩年傳統機械鋼琴生產量的一半，1923 年紙卷自動鋼琴的生產數量達到了頂峰。然而，經濟大蕭條卻使全球的鋼琴產量大幅度滑坡，全世界 1935 年的鋼琴總產量僅有 14.4 萬架,紙卷自動鋼琴的風靡程度隨之陡轉直下。此外，還受到微型小鋼琴、留聲機、無線電等新產品的沖擊，紙卷自動鋼琴的產量急速下滑，許多鋼琴制造商在這場血雨腥風的經濟混戰和隨之而來的第二次世界大戰中損失慘重，很多制造廠商紛紛倒閉，幸存下來的寥寥無幾。
第一節 鋼琴自動化意識萌芽時期
一、圓筒式鋼琴
（一）圓筒式鋼琴的歷史淵源
樂器的自動化創意可以追溯到公元前二世紀克特西比烏斯發明的“水鐘”,這一樂器通過活塞控制水流，完成小錘自動敲擊響鈴的過程。隨后各種各樣有關樂器自動化的創意開始涌現，其中以圓筒式自動樂器最具代表性，這種自動演奏原理被不斷延續，后來被應用于八音盒之中，沿用至今。
有關圓筒式自動樂器的最早記載出現在十五世紀左右，樂曲被編碼在一個安裝了幾百個鐵釘的圓筒上，當圓筒轉動時，鐵釘碰觸到對應小錘的末端，小錘便會敲響銅鈴，這種自動樂器被稱作“組鈴”,這些組鈴被安裝在歐洲的教堂塔樓之中，作為報時的工具。后來組鈴被不斷改進，有的組鈴規模很大，甚至可以演奏十幾首不同的樂曲，而有的則變成了精美袖珍的家庭收藏工藝品。
（二）圓筒式鋼琴的結構性能與工作原理
圓筒式操作原理經過很長一段時間的發展，于十九世紀初首次應用于鋼琴中，這一創新性發明成為了鋼琴自動化意識開始出現的最好實物佐證。這種圓筒式鋼琴的外觀大多是箱式外殼，內部結構可以分成圓筒式自動演奏裝置和弦列兩大部分。圓筒式自動演奏裝置又可分為：驅動手柄，齒輪傳動裝置以及圓筒，其中圓筒的形態較為特殊，在圓筒的表面根據樂曲的需要會被安裝鋼釘。圓筒式鋼琴的弦列結構與傳統機械自動鋼琴中的弦列結構不同，圓筒式鋼琴的擊弦裝置十分簡陋，未見聯動器、制音器及調節器，弦槌不僅充當擊弦工具，而且也是制音裝置。
圓筒式鋼琴的工作原理：通過手搖驅動手柄，帶動齒輪傳動裝置運轉并推動中心軸，安裝于軸上的特制圓筒隨之轉動，當圓筒上的鋼釘觸碰到垂直于弦槌底部的操控桿，平時緊貼于琴弦上的弦錘便會離開琴弦，當鋼釘離開操控桿弦錘便敲擊琴弦，從而自動演奏音樂。
人們可以通過控制手搖驅動手柄的速度來控制音樂演奏的速度。
（三）圓筒式鋼琴實用范例
目前，展出于鼓浪嶼鋼琴藝術館中的馬車手搖式圓筒式自動鋼琴 J.KLEPETAR
這臺馬車手搖式圓筒自動鋼琴的音符排列十分特別，分別為 A、B、#C、D、#D、E、#F、G、#G 依次反復，到 D、#D、E 結束，共 4 個八度余 6 個音。一個八度只有 9 個音，缺少 C、F、#A 三個樂音。究其原因，是由于圓筒演奏的 8 首樂曲分別是降 D 大調、升 c 小調肖邦小夜曲的截取片段，發明人巧妙地將無需演奏的樂音在弦列中舍棄。這樣不僅減少了不必要的調音工作，而且也在盡可能小的音列中，創造出了較大的音域范圍，使得和聲效果更加飽滿多樣。圖 4 中的這臺圓筒式鋼琴收藏于廈門市鼓浪嶼鋼琴博物館中，由巴士克公司（PASQUALECO.）于 1899 年生產于英國倫敦，它的外觀與傳統機械鋼琴的立式鋼琴十分相似，在結構和自動演奏的工作原理上與圓筒式鋼琴幾乎相同。與上文介紹的馬車手搖式圓筒自動鋼琴不同的是這臺圓筒式鋼琴被放置在一架平板車上。
（四）圓筒式鋼琴的影響和缺陷
從這兩臺圓筒式自動鋼琴的外觀設計來看，都具有方便移動的特性，這種設計是為了方便街頭藝人在鬧市賣藝時吸引觀眾，適應隨時變化的演出場地需要，這也從側面反映出當時人們對于鋼琴音樂的需求量加大，這時自動化鋼琴的出現正好符合市場的需要。從這兩臺圓筒式鋼琴的出現我們看到，當時鋼琴的自動演奏的意識已經出現而且受到社會和市場的廣泛歡迎。
但是通過對上述所舉的兩臺鋼琴進行試音后，本人發現僅依靠圓筒的轉動來控制弦槌敲擊琴弦的力度或者演奏復雜的顫音都是比較困難的，因此相對而言，由于缺少傳統機械鋼琴擊弦機裝置中的許多結構，圓筒式鋼琴的音樂屬性是較為薄弱的，音色比較晦澀難聽，這就極大阻礙了圓筒式鋼琴的未來發展和流傳可能。
二、紙卷式記錄載體
（一）紙卷式記錄載體的出現
打孔紙卷首次應用于機械自動化操作實踐中的時間可以追溯到 1725 年，法國紡織機機械師布喬大膽創新，發明出一種打孔紙板提花紡織機13,如圖 5 所示，這一設備的出現大大提高了提花紡織的工作效率。首先他將數十根控制經線的鉤針固定成一排，垂直于經線上方，然后將紙板依照圖案打出小孔，當紙板開始轉動時，鉤針便根據紙板轉動的速度有規律的接觸經線。當遇到孔洞，鉤針穿過鉤起經線，沒有孔洞鉤針就被紙板擋住，這些卡片就如同指揮官，指引這些紡線按照不同的路徑在布上創建復制出相同的圖案和花紋。雖然并沒有從實質性上實現機器取代人力，以大規模工廠化生產取代個體工場手工生產的想法，但是這個發明的出現的確大大降低了人們的勞動量，提高了勞動效率。紙板穿孔記錄圖案的原理與我們將要討論的紙卷自動鋼琴的卷軸原理是一致的，這種穿孔紙板就是自動鋼琴紙卷最早的范本，它的出現為樂器的自動演奏提供了新的記錄載體，為新的自動演奏手段出現提供了可能，扭轉了自動樂器的發展方向。
（二）紙卷式記錄載體與風琴結合
隨著打孔紙卷在紡織行業中日漸成熟，這一技術也開始被嘗試性的應用于樂器之中，法國的薩特（Seytre）在 1842 年，首次在樂器上應用了紙卷式記錄載體；1847 年蘇格蘭的貝恩（Bain）發明了一種類似于后期紙卷自動演奏原理的自動演奏裝置，使用打孔紙板作為移動閥門控制空氣吹動風琴的簧片。這些發明大部分針對于風琴，而且相當一部分處于實驗性階段，沒有被廣泛地應用，也沒有一套系統被完整的保存下來。但是這些打孔紙卷在風琴上的應用無疑對隨后出現的紙卷自動鋼琴作出了過渡性的鋪墊。
三、自動化鍵盤樂器雛形--氣動琴
（一）氣動琴誕生
有關自動化裝置應用于鍵盤樂器的最早記載，出現于《鋼琴及其制造者》書中，其中有這樣一句描述：1731 年英格蘭的查士丁尼·莫爾斯（Justinian Morse）發明了一套控制鍵盤的裝置并獲得了專利14.《自動鋼琴發展史》一書中對于這種裝置做出了權威的解釋：“這是一種前端由一組或幾組和諧音或者主音鍵盤組成的新風琴，風箱由雙手或者雙腳操控。即便是對音樂不是很精通普通人，只需要短暫的學習就能演奏出精準，美妙的旋律。這一樂器記載音樂的載體是半英寸寬的特殊木板，一個木板大約可以演奏八到十首圣歌曲子。
由于當時宗教音樂盛行，這種風琴的造價又相對較低，所以比較適用于小型教堂和貴族家庭使用?！?/p>
通過這段文字的描述，一架以氣流涌動作為動力、特殊木板作為樂曲載體并通過控制鍵盤完成自動演奏的風琴呈現在我們眼前，這是第一架氣動原理的自動化鍵盤樂器。遺憾的是，符合上面的描述的器械至今仍沒有實物考證，但毋庸置疑莫爾斯的創作發明標志著人類已經向通過氣動機械裝置演奏鍵盤樂器邁出了第一步。
（二）氣動琴發展時期
氣動琴出現后，很多發明家開始著手研究此類裝置，希望能將這種自動化操控技術應用于更多的鍵盤樂器中，其中最有代表性的是孚諾氣動鋼琴、麥克塔瑪尼氣動琴和斯克莫里氣動琴，這些氣動琴的出現為日后出現的紙卷自動鋼琴提供了方向。
1863 年法國人孚諾（Fourneaux）第一個繪制出了在氣動原理驅動下的鋼琴，被稱作“pianista”,這項發明被認為是第一個具有實際應用價值的鋼琴自動播放裝置，成為日后柜式紙卷自動鋼琴的原型。跟據阿爾弗雷德·道奇的著作《鋼琴及其制造者》中有關“pianista”的記載，它在發明初期使用的是圓筒作為演奏主體，1871 年進行改進使用穿孔紙板代替圓筒并投入成產，1876 年在美國的費城展覽館首次公開展出。它可以適用于任何一架鋼琴，如圖 6 中所示，它依靠手搖曲柄轉動拉動風箱，制造真空，為演奏儲備能量，當被激活時，一系列對應于鋼琴琴鍵的鍵槌工作起來，進行自動演奏。但這項發明最終因為它的制作成本過高和靈活性較低，在很短的時間內便被市場淘汰。另一種類型的氣動琴，是 1868 年約翰·麥克塔瑪尼（John McTammany）構建的一個全新的風琴自動演奏裝置，不再使用孚諾的曲柄裝置，取而代之的是腳踏踏板。而且約翰·麥克塔瑪尼的發明裝置是在風琴內部工作，不像孚諾的自動演奏系統是鋼琴的一個附件。麥克塔瑪尼于 1876 年 9 月 7 日提交這項發明的專利申請17,將這一發明于費城展出，并附有以下這段介紹：“本發明涉及一種改進樂器自動演奏性能的附件，可以在任何風琴鍵盤上，用這款自動演奏系統演奏任何音樂片段。本發明包括風箱鼓風和由穿孔表達音符的紙板，同時它還可以作為一個移調機構，在任何需要的調式上演奏音樂?！?/p>
從廣義上講雖然他的這一發明是應用于風琴之中，但是其腳踏踏板和內置的設計都為日后出現的內置紙卷自動鋼琴提供了參考。
有一種說法認為，約翰·麥克塔瑪尼是“自動鋼琴”的發明人，但本文不盡認同。約翰·麥克塔瑪尼一生為自動演奏樂器做了大量的工作，但他發明的自動演奏裝置主要是應用于風琴中，風琴雖然與鋼琴同屬于鍵盤類樂器，但若按照樂器的聲學振動體進行劃分，風琴屬于氣鳴樂器而鋼琴屬于弦鳴樂器，兩者樂器屬性不同。約翰·麥克塔瑪尼自動演奏裝置的工作原理是通過阻斷和暢通空氣與風琴中簧片的接觸完成自動演奏，這與“自動鋼琴”定義中需要傳統機械鋼琴擊弦機做機械運動敲擊琴弦的自動演奏基礎原理并不相同。但不可否認的是約翰·麥克塔瑪尼發明的自動演奏裝置使用了穿孔紙帶和風箱進行鼓風，這與后來逐漸成熟的紙卷自動鋼琴有相似之處。因此更為準確的說法是約翰·麥克塔瑪尼發明的自動演奏裝置為內置紙卷自動鋼琴的成熟奠定了基礎，而不能認為他是“自動鋼琴”的發明人。
另一個值得關注的飛躍是 1873 年斯克莫里（schmoele）兄弟申請的專利。他們發明了一種“雙閥系統”的氣動演奏裝置19,應用電機鼓風轉動穿孔紙板并且以電磁作為動能操作氣動演奏。隨著一些改進和調整，這種電磁原理的自動演奏系統成為了現代電磁原理自動鋼琴的原型。
縱觀這三種處于發展時期的氣動琴，都是以風箱鼓風作為自動演奏的能量來源，但是三者的工作原理卻不盡相同。不能將氣動琴歸為紙卷自動鋼琴，是因為這些氣動琴大多是被用來操控風琴的自動演奏裝置，而且沒有使用柔軟的紙卷作為自動演奏的載體。但是氣動琴所包含的某些結構組件卻成為了 20 年后自動鋼琴繼續沿用的部分。隨著氣動琴的逐漸成熟，將氣動原理應用于鋼琴是“自動鋼琴”發展初期的必經階段。
四、小結
在自動鋼琴出現的萌芽時期，圓筒式鋼琴的出現標志著人們的鋼琴自動化的意識開始出現并被付諸實踐，紙卷的出現與應用為自動演奏提供了新的載體并為探索新的演奏方式提供了可能，氣動鋼琴的鍵盤樂器自動化是人們對機械裝置演奏樂器的全新嘗試，這些創新結構組件的出現為日后自動鋼琴的多種形制奠定了扎實的基礎。下面就將鋼琴自動化萌芽時期的不同代表性發明以圖表的形式進行歸納總結，按照不同的結構特征為劃分標準，總結其出現的時間、功能的優缺點以及其與自動鋼琴的傳承關系。
