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中世纪阿拉伯计时装置(三)——观赏计时装置和定时娱乐装置(上)

在之前的文章中,我们主要介绍的是专门供皇室和宗庙设计的计时专用装置,其大多数都具有十分明确的时间指示功能,并且在书中的分类与介绍都应用了“钟”的字眼,这样就明确了之前介绍并描述过的装置都是具有相对用于计时和报时的,即大象水钟,广口瓶水钟,水力天文钟(唤礼钟)在之前文中的描述和它们在艾尔·加扎利的《精巧机械的制造知识》一书中的定义与分类也都是  “钟”的层次来对其进行描述的。

但是,在接下来的两篇文章的介绍中,水力计时功能在接下来的篇章中会变得很淡化,即,在后面的几篇文章中,其中所介绍的各类装置的计时功能已经相对的消退,而更多的则是对于其娱乐功能的描述与介绍。在后期的篇幅中,以水力驱动的各种装置中都会相应的也有对计时的减弱,而更多的则是用于在哈里发(国王)的酒会中用以娱乐并且为哈里发(国王)服务的,只是在其中运作的过程中都有十分明显的定时性质,即,这样的机械在指定的时间当中会自动运行,虽然其并不像之前的水力钟一样可以指示时间,但是其也会在一段相对恒定的时间中有进行动作,活动和发出声音,这在娱乐人们的同时也吸引到了人们的关注,而在连续几次的表演过后,实际上人们已经对过去了多少时间有了一个相对的概念了,这就间接的把过去的时间的概念给人们做了提醒。因此,个人认为其在计时功能上还是有相对的体现,故将其引入文中与大家分享。

在本类形的介绍中,会出现有表演、侍者等装置向大家介绍。而在文中我会先介绍两种置于室外和公共场合中的用于观赏的大型表演类装置。

而第一类还相对具有比较强的计时功能,虽然不如前面介绍的各类水钟那么明确,但相对后面介绍的各类娱乐装置来看,这样的机械仍然可以被定义为计时装置,而孔雀蜡烛钟,则正是这种类型的代表。

孔雀水钟与之前所有介绍的水钟都不同,它并不是用来做精准计时的,而且其指示时间的部分已经被替换,并且具其娱乐性已经远远超过了计时性。整个水钟是放置在公共空间中的大型喷泉的水池中,并且在这类水池往往还带有一座持续运作的喷泉,这样的设置就解决了水钟的动力问题。整台钟的外形是一个阁间,阁间被分为4层,在阁间的底部是一支开屏伸展的铜质中空的雄孔雀,其站立在一支球上并且制作的非常精美;在雄孔雀的上方有一个小阁间,在那个小阁间中也有两只年轻的小孔雀,它们对面而立姿态看起来像在对鸣争吵;在两只小孔雀阁间上面还立有一只雌孔雀,它的颈做伸长状,并且整只孔雀的身体是整体指向右边,而当一个小时后,这只雌孔雀会转向左边,而在雌孔雀上面是一个向下的半圆,其在沿着圆周边缘的地方有15个等大的小圆,其表示昼夜的指示,每一个圆上都覆盖有一片红色的圆形的玻璃,而在白天时,阳光会穿过红色的玻璃使其发亮,以显示太阳的白昼运行,而在夜晚,因时间的长短来在红色的玻璃后方点亮,使其在夜晚指示时间(图1)。

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图 1 孔雀水钟

从这台孔雀水钟的外观来看,它已经相对脱离了或是与之前提及的各种类型的水钟的指示功能有一定的差别了,并且,计时的指示系统也将其从原先的精准指示机构变成了一只可以旋转的孔雀,这样的改装使得这台水钟在使用时更像一件精美的表演性的艺术品。当其开始旋转时,中层的雌孔雀从左向右转,当雌孔雀从右边转到左边时,其头指向左边的时候,正是一个小时,而在此时,下方的两只小孔雀开始左右摇摆,并且发出叫声,而且,最下层的开屏的雄孔雀开始转动,像是在展示自己,而在这时,上方的第一个红色圆玻璃有一半会被遮住,在运行了一段后,雌孔雀又转回右边,最下层的雄孔雀停止转动,中间的两只小孔雀停止争吵,这仅就表示一个小时的时间指示。

相对从这台孔雀水钟的结构来说,钟里推行,引入了一个新的机械传动机构——重力翻斗机构,其结构就是一个带有轴的翻斗,其轴并非在水斗的最末端,而是穿过水斗的壁,并且在水斗空着的时候,水斗后方因为重力而保持直立,而整个水斗则保持一个开口向上的持平状态,而当水开始灌入水斗时,水斗末端的重力可以使其保持持平,而在水斗中的量是经过准确的实验与计算后进行了校准;而在水的重力在不断的蓄水之后会超过水斗末端的重力,而在那时,水斗会向前倾倒,其中心会发生改变,将水从水斗中倒出;这样的样式,也是之前介绍过的水钟当中并没有出现过的,这种翻斗会在之后介绍的装置当中广泛使用,这也是水钟当中或者是在后面的将要介绍的装置当中都在使用的一个机构,这一机构的核心在于水流入水斗中时并不会马上倒出,而会留在水斗中,往往在水斗下会有一只水槽,用以承接从水斗中倒出的水,而在其下方的各种活动机构如果没有水的驱动都不会运作;而在水斗装满的这一段时间,就是其间隙中的时间间隔。(图2)这种水斗作为时间间隔的控制装置被广泛运用于各类装置或水钟当中,在我们的文章所介绍的装置当中,都装有与之类似的不同的容积与形状的水斗。

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图 2 水斗和水槽结构

因为在这样的孔雀水钟需要放在喷泉的旁边,故而其水量均来自喷泉,在水中上有一个小的蓄水球与喷泉相连,使得水钟得以有相对恒定的水量来运转。

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图 3 孔雀水钟内部结构

(图3)而在水球下方就有一只水斗,其用于承接从水球中流下的水,水斗从空到装满翻倒正好是一个小时,在水斗中有一个浮筒,其上有连接绳子,通过各系的滑轮连接到一个绕线轮上,在绕线轮的另一边,绳子延伸出去并在其末端悬有一只配重砝码,此处需要提示的是:浮筒的重量比后面悬挂的配重砝码的重量大,故在平放和没有水时,浮筒会将绕线轮向右边旋转,并拉起砝码,绕线轮的上端连接着雌孔雀,这样一来,在水没有流入水斗中时,浮筒会把从孔雀拉向右边,提起砝码;而在水流入水斗中后,浮筒会随着水位上升,砝码下降,拉动绳子,带动绕线轮,雌孔雀开始从右边向左边转动;当一个小时后,水斗的水量是达到预设的重量时,水斗会翻倒,将水倒入其下方的水槽当中,在水槽复位后,其中的水位回到一个小时之前的高度,浮筒会因为重力下降,将绕线轮拉回,并将其上方的雌孔雀从左边拉回到右边;水从水斗中倒出后,会流入其下方的水槽中,并从其相连的水管中流出,流到水槽下方,的连在一根长轴上的水轮上,并推动水轮转动,这样,轴也会随着水轮一同转动,而轴上的拨杆会拨动连接在两只中层的小孔雀上,在连杆被拨动时,两只小的孔雀会在其轴上摆动,做出争吵和争斗的样子(图4)。

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图 4 小孔雀构造

而在推动完水轮后,水还会通过水轮下方的水槽中连接的管子流到一个密封的装有U形虹吸管的密封舱内,在舱中,因为其是密封的,当水流入时,会把空气挤压到其上方,并且,在密封舱的上方装有一根管道用于把空气从中导出,而管子通到一个球形的口哨中,并且,哨子正好位于两只小孔雀的下方,这样一来,当水轮转动时,水轮会连同轴一同转动,并同时,水会流进密封舱内,空气进入气哨中发出声响,同时,轴上的拨杆会拨动孔雀使其摆动,在此时,看上去像是其在争吵,并且在转轴上还装有一个齿轮,并且它与 下方的开展的雄孔雀通过齿轮相连,即:在水轮转动,拨动两只小孔雀争吵的同时,最下方的雄孔雀也会联动,它们组成了整套水钟的报时机构,并且在水斗下翻的同时,水斗最前方有一根拨杆向下拨动放置在水斗前方的一个棘轮,这种棘轮只可以单向转动,并且,棘轮相连的绕线轮中连有一根向上延伸的绳,其连接到最上一层的一个半圆的盘上,而每过一小时,棘轮都会向前转动一格,从而带动半圆盘运动,而从前方的视角来看,15个红色的玻璃圆片会在每一个小时中被逐个的遮住半个,以此来显示时间,而当圆片被完全遮住时,就说明白天已经过去,需要用专人来把半圆盘归位,并且根据时长来点亮相应的红玻璃片来指示时间(图5)。

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图 5 棘轮机构

从其相应的外观和对应的功能运作来看,这一台孔雀水钟的计时性质已经开始逐渐减弱,并且已经有大量的活动装置被在这一台孔雀水钟上用于娱乐,而整台水钟的设计理念在做工和用料,以及所涉及的工艺上已经是十分考究的,而其精准计时的出发点已经变成了置于公共场合的娱乐装置,而在这以后要介绍的机械装置中,除了蜡烛钟之外,都将娱乐与服务置于第一位,计时的功用又相对有所减弱了。比如,下面要介绍的一台机械装置已经无法再用“钟”来定义了,因为它已经在设计中完全去除了时间指示装置,而只保留了定时表演装置的功能,但仅为一个带有定时性质的机械,其相对恒定的时间限定也可以作为一种定时的计时器来进行描述,因此我将其置于文中进行描述。

这台机械在设计时被做成了船型,(图6)并被在酒会中置于水池中,其被设计成长艇的形象,在艇的尾部置有一个高起的方台,其上有4根立柱,在立柱的顶端是一个圆顶,而这些组成了一个小亭子,在亭子中有一尊哈里发(国王)的坐像,在亭子的旁边则有一个站立的侍者,它们全部都是由轻质材料制成并且全部中空,在船首有一个长水箱,其宽与船相近,而在水箱上放有4位乐师,一个笛手,两个鼓手和一个竖琴师,她们排列在水箱的上方,而在水箱和亭子之间放置有3个表演者人像,其仅作为人像的样子,但并不会活动。每当半小时过后,整个系统就会开始运作,其水箱上的乐师会全部开始运转,笛手吹奏笛子发出声音,两个鼓手击鼓敲打出节奏,竖琴师拨动琴弦,在演奏了一段时间后,一切又会回归平静。

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图 6船型酒会装置

在船体中,其余部分都为空的,而在水箱下有一根管道用于将水导出,而在水管的下方有一个水斗和水槽,水斗大部分是安置在水槽中,而根据前面的介绍,水斗在蓄满水后才会倾倒,而在这一台机械装置中,水斗被设定并且校准,其蓄水的时间为半个小时,即,从其开始蓄水,到水斗蓄满水倾倒,其中间隔半小时,之后,水斗中的水倒入其下方的水槽中,沿水槽下方的管流向下一级,在水槽的下方设置有一根纵贯船身的长轴,长轴的两头分别在船首和船尾并且整个长轴可以自由转动,而在长轴上安装有一个水轮,水轮正好位于水槽下方,在水从上方的水槽中流下时,会推动水轮转动,并带动轴一起转动。

而在轴上位于乐师们的下方都装有销钉,这是用于拨动乐师们身上延伸出来的拨杆的,当轴转动时,轴上的销钉拨动拨杆,带动乐师的手臂运动,击打手鼓,拨动琴弦,发出声响;然后推动水轮的水会流到水轮下方的水槽中,并经过水槽上的管道流入水槽下的密封舱中,将空气向上推出,而在密封舱顶有一根导管,空气会进入导管进入在笛手下方的气哨中,气哨发出声响,伴随着其他乐师奏出乐曲,当水位到达装在密封舱下方的U形虹吸管的顶弯时,水会全部被抽出密封舱,被抽出到船底。

一次奏乐历时半小时。在这样的船型装置中,其结构与前面提及的几台水钟和前文当中的孔雀水钟的报时结构有相似之处,它们都是在用水推动水轮,拨动人偶的拨杆,使人偶活动并演奏乐器发出声音,而其都使用了密封舱来发出哨声,这在当代的物理基础上其实就是,这种技术的大规模运用并在欧洲的大规模推广已经在18世纪中后期工业革命之后才完成的。而在12—13世纪的阿拉伯,这种技术已经成熟地运用于计时装置和娱乐设备中,这一点已经早于欧洲几个世纪。

而类似的的水轮拨杆和液压气哨的技术不仅运用于前面提到过的水力天文钟(唤礼钟)和孔雀水钟和刚刚描述过的船型装置中出现,可以说,这样的驱动结构几乎贯穿了我们给大家介绍的大部分机械当中,并且在艾尔·加扎利的著作《精巧机械的制造知识》一书所记录的机械装置中,这样的推动水轮进行驱动,密封舱空气液压装置都被广泛运用,这样的成熟技术同样还运用于其他的装置当中。

在本文中,本次我们介绍了两种不同的水力装置,因为在其功能当中,都还具有定时和计时功能,所以,大可将其归类为水力计时装置,但仅从其结构与功能来看,已经开始向娱乐化的方向转化,这放在当时的历史大背景中其实是基于哈里发(国王)的喜好和对于娱乐的追求,推进了机械在其娱乐功能方面的推进,包括在下一篇文章中提及的两种水力机械,其虽有定时的作用,有定时的性质,但从另一方面而言,也发展了对于娱乐和哈里发(国王)服务的“玩具”,而对于喷泉而言,实际上其定时功能都相对有所减弱,而且,其也设有更多的机械技术参与其中,故不会在文章中有过多的描述。

在下一篇文章中,我们会继续为大家描述,介绍另外两种水力驱动的定时机械,敬请期待。

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