Краткое описание органа. Орган - музыкальный инструмент двадцати восьми веков

14.04.2019

Самый крупногабаритный вид музыкальных инструментов.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Орган – король музыкальных инструментов

✪ Музыкальные инструменты (орган). Иоганн Себастьян Бах | Музыка 2 класс #25 | Инфоурок

✪ "Орган??? Музыкальный инструмент!!!", Баранова Т.А. МБДОУ №44

✪ Орган - Карточки для детей - Музыкальные Инструменты - Карточки Домана

✪ Клавесин – музыкальный инструмент прошлого, настоящего или будущего?

Субтитры

Терминология

В самом деле, даже в неодушевленных предметах имеется такого рода способность (δύναμις), например, в [музыкальных] орудиях (ἐν τοῖς ὀργάνοις); про одну лиру говорят, что она способна [звучать], а про другую - что нет, если она неблагозвучна (μὴ εὔφωνος).

Тот род людей, который занимается инструментами, тратит на это весь свой труд, как, например, кифаред , или тот, кто демонстрирует своё ремесло на органе и других музыкальных инструментах (organo ceterisque musicae instrumentis).
Основы музыки, I.34

В русском языке слово «орга́н» по умолчанию обозначает духовой орган , но также используется по отношению к другим разновидностям, в том числе электронным аналоговым и цифровым, имитирующих звук органа. Органы различают:

по устройству - духовой, язычковый, электронный , аналоговый, цифровой;
по функциональной принадлежности - концертный, церковный, театральный , ярмарочный, салонный, учебный и др.;
по диспозиции - барочный, французский классический, романтический, симфонический, необарочный, современный;
по количеству мануалов - одномануальный, двух–, трёх– и т.д.

Слово «орган» также обычно уточняется ссылкой на органостроителя (например, «Орган Кавайе-Коля ») или торговую марку («Орган Хаммонда »). Некоторые разновидности органа имеют самостоятельные термины: античный гидравлос , портатив , позитив , регаль , фисгармония , шарманка и др.

История

Орган - один из древнейших музыкальных инструментов. Его история насчитывает несколько тысяч лет. Гуго Риман считал, что родоначальником органа является древняя вавилонская волынка (XIX век до н. э.): «Мех надувался через трубку, а с противоположного конца находился корпус с дудками, имеющими, без сомнения, язычки и по несколько отверстий» . Зародыш органа можно видеть также во флейте Пана , китайском шэне и других аналогичных инструментах. Считается, что орган (водяной орган, гидравлос) изобрёл грек Ктесибий , живший в Александрии Египетской в 296-228 гг. до н. э. Изображение похожего инструмента имеется на одной монете или жетоне времён Нерона . Органы больших размеров появились в IV веке , более или менее усовершенствованные органы - в VII и VIII веках . Папе Виталиану традиция приписывает введение органа в католическое богослужение . В VIII веке Византия славилась своими органами. Византийский император Константин V Копроним в 757 году подарил орган франкскому королю Пипину Короткому . Позже византийская императрица Ирина подарила его сыну - Карлу Великому орган, который звучал на коронации Карла. Орган считался в то время церемониальным атрибутом византийской, а затем и западноевропейской императорской власти .

Искусство строить органы развилось и в Италии , откуда в IX веке они выписывались во Францию . Позднее это искусство развилось в Германии . Повсеместное распространение в западной Европе орган получил начиная с XIV века . Средневековые органы, в сравнении с более поздними, были грубой работы; ручная клавиатура, например, состояла из клавиш шириной от 5 до 7 см, расстояние между клавишами достигало полутора см. Ударяли по клавишам не пальцами, как теперь, а кулаками. В XV веке были уменьшены клавиши и увеличено число труб.

Древнейшим образцом средневекового органа с относительно целостной механикой (трубы не сохранились) считается орган из Норрланды (церковный приход на острове Готланд в Швеции). Этот инструмент обычно датируется 1370-1400 гг., хотя у некоторых исследователей столь ранняя датировка вызывает сомнения . В настоящее время норрландский орган хранится в Национальном историческом музее в Стокгольме.

В XIX веке благодаря, прежде всего, деятельности французского органного мастера Аристида Кавайе-Колля , который задался целью конструировать органы именно таким образом, чтобы они своим мощным и богатым звучанием могли соперничать со звучанием целого симфонического оркестра, стали возникать инструменты ранее небывалого масштаба и мощности звучания, которые иногда называют симфоническими органами .

Устройство

Пульт

Пульт органа («шпильтиш» от нем. Spieltisch или органная кафедра ) - пульт со всеми необходимыми для органиста средствами, набор которых в каждом органе индивидуален, но у большинства есть общие: игровые - мануалы и педальная клавиатура (или просто «педаль» ) и тембровые - включатели регистров . Могут присутствовать также динамические - швеллеры , различные ножные рычаги или кнопки для включения копул и переключения комбинаций из банка памяти регистровых комбинаций и устройство для включения органа. За пультом, на скамье, органист сидит во время исполнения.

Копула - механизм, с помощью которого включенные регистры одного мануала могут звучать при игре на другом мануале или педали. В органах всегда есть копулы мануалов к педали и копулы к главному мануалу, также почти всегда есть копулы более слабых по звучанию мануалов к более сильным. Копула включается/выключается специальным ножным переключателем с фиксатором или кнопкой.
Швеллер - устройство, с помощью которого можно регулировать громкость данного мануала, открывая или закрывая створки жалюзи в ящике, в котором расположены трубы этого мануала.
Банк памяти регистровых комбинаций - устройство в виде кнопок, доступное только в органах с электрической регистровой трактурой, позволяющая запоминать регистровые комбинации, упрощая тем самым переключение регистров (смену общего тембра) во время исполнения.
Готовые регистровые комбинации - устройство в органах с пневматической регистровой трактурой, позволяющее включать готовый набор регистров (обычно p, mp, mf, f )
(от итал. Tutti - все) - кнопка включения всех регистров и копул органа.

Мануалы

Первые нотные памятники с органной педалью датированы серединой XV в. - это табулатура немецкого музыканта Адама из Илеборга (англ.) русск. (Adam Ileborgh, ок. 1448) и Буксхаймская органная книга (ок. 1470). Арнольт Шлик в «Spiegel der Orgelmacher» (1511) уже подробно пишет о педали и прилагает свои пьесы, где она весьма виртуозно применяется. Среди них особенно выделяется уникальная обработка антифона Ascendo ad Patrem meum для 10 голосов, из которых 4 поручено педали. Для исполнения этой пьесы требовалась, вероятно, какая-то специальная обувь, позволявшая нажимать одной ногой одновременно две клавиши, отстоящие на расстояние терции . В Италии ноты с использованием органной педали появляются намного позже - в токкатах Аннибале Падовано (1604) .

Регистры

Каждый ряд труб духового органа одинакового тембра составляет как бы отдельный инструмент и называется регистром . Каждая из выдвигаемых или вдвигаемых регистровых рукояток (или электронных выключателей), расположенных на пульте органа над клавиатурами или по бокам от пюпитра, включает или выключает соответствующий ряд органных труб. Если регистры выключены, при нажатии клавиши орган звучать не будет.

Каждая рукоятка соответствует регистру и имеет своё название с указанием высоты тона самой большой трубы этого регистра - футовость , традиционно обозначенную в футах в переводе на регистр Principal. Например, трубы регистра Gedackt - закрытые, и звучат октавой ниже, поэтому такая труба тона «до» субконтроктавы обозначается как 32", при фактической длине в 16". Язычковые регистры, высота звука которых зависит от массы самого язычка, а не от высоты раструба, также обозначаются в футах, по длине аналогичной по высоте звучания трубы регистра Principal .

Регистры по ряду объединяющих признаков группируются в семейства - принципалы , флейты, гамбы, аликвоты, микстуры и др. К основным относятся все 32-, 16-, 8-, 4-, 2-, 1-футовые регистры, к вспомогательным (или обертоновым) - аликвоты и микстуры. Каждая труба основного регистра воспроизводит только один звук неизменной высоты, силы и тембра. Аликвоты воспроизводят порядковый обертон к основному звуку, микстуры дают аккорд, который состоит из нескольких (обычно от 2 до дюжины, иногда до полусотни) обертонов к данному звуку.

Все регистры по устройству труб делятся на две группы:

Лабиальные - регистры с открытыми или закрытыми трубами без язычков. К этой группе принадлежат: флейты (широкомензурные регистры), принципалы и узкомензурные (нем. Streicher - «штрайхеры» или струнные), а также регистры призвуков - аликвоты и микстуры, в которых каждая нота имеет один или несколько (более слабых) обертоновых призвуков.
Язычковые - регистры, в трубах которых имеется язычок, при воздействии подаваемого воздуха на который возникает характерный звук, схожий по тембру, в зависимости от названия и особенности конструкции регистра, с некоторыми духовыми оркестровыми музыкальными инструментами: гобой , кларнет , фагот , труба , тромбон и др. Язычковые регистры могут располагаться не только вертикально, но и горизонтально - такие регистры составляют группу, которая от фр. chamade называется «шама́да».

Соединение различных видов регистров:

итал. Organo pleno - лабиальные и язычковые регистры вместе с микстурой;
фр. Grand jeu - лабиальные и язычковые без микстур;
фр. Plein jeu - лабиальные с микстурой.

Название регистра и величину труб композитор может обозначить в нотах над тем местом, где данный регистр должен быть применён. Выбор регистров для исполнения музыкального произведения называется регистровкой , а включенные регистры - регистровой комбинацией .

Так как регистры в разных органах разных стран и эпох не одинаковы, то в органной партии они обычно не обозначаются подробно: выписывают над тем или другим местом органной партии только мануал, обозначение труб с язычками или без них и величину труб, а остальное предоставляется на усмотрение исполнителя. Бо́льшая часть нотного органного репертуара не имеет никаких авторских обозначений, касающихся регистровки произведения, так у композиторов и органистов предыдущих эпох существовали свои традиции и искусство сочетания различных тембров органа передавалась устно из поколения в поколение.

Трубы

Трубы регистров звучат по-разному:

8-футовые трубы звучат в соответствии с нотной записью;
4- и 2-футовые звучат на одну и две октавы выше соответственно;
16- и 32-футовые звучат на одну и две октавы ниже соответственно;
64-футовые лабиальные трубы, встречающиеся в наиболее крупных органах мира, звучат на три октавы ниже записи, следовательно, те, что приводятся в действие клавишами педали и мануала ниже контроктавы, издают уже инфразвук ;
закрытые сверху лабиальные трубы звучат октавой ниже открытых.

Для настройки малых открытых лабиальных металлических труб органа используется штимгорн . С помощью этого молоткообразного инструмента завальцовывается или развальцовывается открытый конец трубы. Более крупные открытые трубы настраивают путём вырезания вертикального лоскута металла вблизи или непосредственно из открытого края трубы, который отгибается под тем или иным углом. Открытые деревянные трубы обычно имеют настроечное приспособление из дерева или металла, регулировка которой, позволяет настраивать трубу. Закрытые деревянные или металлические трубы настраиваются при помощи регулировки затычки или колпачка на верхнем конце трубы.

Фасадные трубы органа могут играть и декоративную роль. Если трубы не звучат, то их называют «декоративными» или «слепыми» (англ. dummy pipes ).

Трактура

Органная трактура - это система передаточных устройств, функционально соединяющая элементы управления на пульте органа с воздухозапорными устройствами органа. Игровая трактура передаёт движение клавиш мануалов и педали на клапаны конкретной трубы или группы труб в микстуре. Регистровая трактура обеспечивает включение или выключение целого регистра или группы регистров в ответ на нажатие тумблера или движение регистровой рукоятки.

Посредством регистровой трактуры также действует память органа - комбинации регистров, заранее скомпонованные и заложенные в устройство органа - готовые, фиксированные комбинации. Они могут называться как по сочетанию регистров - Pleno, Plein Jeu, Gran Jeu, Tutti, так и по силе звучания - Piano, Mezzopiano, Mezzoforte, Forte. Помимо готовых комбинаций, есть свободные комбинации, которые позволяют органисту выбирать, запоминать и изменять в памяти органа набор регистров по своему усмотрению. Функция памяти имеется не во всех органах. В органах с механической регистровой трактурой она отсутствует.

Механическая

Механическая трактура - эталонная, аутентичная и наиболее часто встречающаяся на данный момент, позволяющая исполнять наиболее широкий спектр произведений всех эпох; механическая трактура не даёт феномена «запаздывания» звука и позволяет досконально ощущать положение и поведение воздушного клапана, что даёт возможность наилучшего контроля инструмента органистом и достижения высокой техники исполнения . Клавиша мануала или педали при использовании механической трактуры соединена с воздушным клапаном системой лёгких деревянных или полимерных тяг (абстрактов), валиков и рычагов; изредка в больших старых органах применялась канатно-блоковая передача. Так как движение всех перечисленных элементов осуществляется только усилием органиста, существуют ограничения в размере и характере расположения звучащих элементов органа. В органах-гигантах (более 100 регистров) механическая трактура либо не используется, либо дополняется машиной Баркера (пневматическим усилителем, помогающим нажимать на клавиши; таковы французские органы начала XX века, например, Большого зала Московской консерватории и церкви Сен-Сюльпис в Париже). Механическая игровая обычно сочетается с механической регистровой трактурой и виндладой системы шлейфладе.

Пневматическая

Пневматическая трактура - наиболее распространённая в романтических органах - с конца XIX века до 20-х годов XX века; нажатие клавиши открывает клапан в управляющем воздуховоде, подача воздуха в который открывает пневматический клапан конкретной трубы (при использовании виндлад шлейфладе, встречается исключительно редко) либо целого ряда труб одного тона (виндлады кегельладе, характерные для пневматической трактуры). Позволяет строить огромные по набору регистров инструменты, так как не имеет силовых ограничений механической трактуры, однако имеет феномен «запаздывания» звука. Это делает зачастую невозможным исполнение технически сложных произведений, особенно во «влажной» церковной акустике, учитывая то, что время задержки звучания регистра зависит не только от удалённости от пульта органа, но и от его размера труб, наличия в трактуре реле, ускоряющих срабатывание механики за счёт освежения импульса, конструктивных особенностей трубы и используемого типа виндлады (практически всегда это - кегельладе, иногда - мембраненладе: работает на выброс воздуха, исключительно быстрое срабатывание). Кроме того, пневматическая трактура разобщает клавиатуру с воздушными клапанами, лишая органиста ощущения «обратной связи» и ухудшая контроль над инструментом. Пневматическая трактура органа хороша для исполнения сольных произведений периода романтизма , сложна для игры в ансамбле , и далеко не всегда подходит для музыки барокко и современности.

Электрическая

Электрическая трактура - широко используемая в XX веке трактура, с прямой передачей сигнала от клавиши к электромеханическому реле открытия-закрытия клапана посредством импульса постоянного тока в электрической цепи. В настоящее время всё чаще вытесняется механической. Это единственная трактура, не ставящая никаких ограничений по количеству и расположению регистров, а также размещению пульта органа на сцене в зале. Позволяет располагать группы регистров в разных концах зала, управлять органом с неограниченного количества дополнительных пультов, исполнять музыку для двух и трех органов на одном органе, а также ставить пульт в удобное место в оркестре , с которого будет хорошо видно дирижёра . Позволяет соединять несколько органов в общую систему, а также даёт уникальную возможность записи исполнения с последующим воспроизведением без участия органиста. Недостаток электрической трактуры, как и пневматической, - разрыв «обратной связи» пальцев органиста и воздушных клапанов. Кроме того, электрическая трактура может давать задержку звука за счёт времени срабатывания электрических реле клапанов, а также коммутатора-распределителя (в современных органах это устройство электронное и задержки не даёт; в инструментах первой половины и середины 20 века оно нередко было электромеханическим). Электромеханические реле при срабатывании часто дают дополнительные «металлические» звуки - щелчки и стук, которые, в отличие от аналогичных «деревянных» призвуков механической трактуры, совсем не украшают звучание произведения. В некоторых случаях электрический клапан получают самые большие трубы в остальном полностью механического органа (например, в новом инструменте фирмы «Hermann Eule» в Белгороде), что обусловлено необходимостью при большом расходе воздуха трубой сохранять площадь механического вентиля, и как следствие игровые усилия, в басу в приемлемых рамках. Шум может издавать и регистровая электрическая трактура при смене регистровых комбинаций. Пример акустически превосходного органа с механической игровой трактурой и при этом достаточно шумной регистровой трактурой - швейцарский орган фирмы «Kuhn» в Католическом соборе в Москве .

Другие

Крупнейшие органы мира

Крупнейший орган Европы - Большой орган кафедрального собора Св. Стефана в Пассау (Германия), построенный немецкой фирмой «Stenmayer & Co». Имеет 5 мануалов, 229 регистров, 17 774 трубы. Считается четвёртым по величине действующим органом в мире .

До недавнего времени крупнейшим в мире органом с полностью механической игровой трактурой (без применения электронного и пневматического управления) был орган собора св. Троицы в Лиепае (4 мануала, 131 регистр, более 7 тысяч труб), однако, в 1979 году в большом концертном зале центра исполнительских искусств Сиднейского оперного театра был установлен орган, имеющий 5 мануалов, 125 регистров и около 10 тысяч труб. Ныне он считается крупнейшим (с механической трактурой).

Главный орган Кафедрального собора в Калининграде (4 мануала, 90 регистров, около 6,5 тысяч труб ) является самым большим органом в России.

Экспериментальные органы

Органы оригинальной конструкции и настройки разрабатывались начиная со второй половины XVI века , как, например, архиорган итальянского теоретика музыки и композитора Н. Вичентино . Однако широкого распространения такие органы не получили. Ныне они выставляются как исторические артефакты в музеях музыкальных инструментов наряду с другими экспериментальными инструментами прошлого.

В латинском organum ударение падает на первый слог (как и в его греческом прототипе).
Частотный диапазон духовых органов с учетом обертонов включает в себя почти десять октав - от 16 Гц до 14000 Гц, чему нет аналогов среди каких-либо других музыкальных инструментов. Динамический диапазон духовых органов - порядка 85-90 дБ, максимальное значение уровней звукового давления достигает 110-115 дБ-С.
Douglas E. Bush, Richard Kassel. The organ: An encyclopedia. New York/London: 2006. ISBN 978-0-415-94174-7
«органный звук неподвижен, механичен и неизменен. Не поддаваясь никакой смягчающей отделке, он выдвигает на первый план реальность деления, придает решающее значение малейшим временным соотношениям. Но если время есть единственный пластический материал органного исполнения, то основное требование органной техники есть хронометрическая точность движений» (Браудо, И. А., Об органной и клавирной музыке - Л., 1976, с. 89)
Nicholas Thistlethwaite, Geoffrey Webber. The Cambridge companion to the organ. Cambridge University Press, 1998. ISBN 978-0-521-57584-3
Prаetoгius М. «Syntagma musicum», т. 2, Wolffenbuttel, 1919, с. 99.
Риман Г. Катехизис истории музыки. Ч. 1. М., 1896. С. 20.
Связь флейты Пана с идеей органа наиболее ясно прослеживается в антологической эпиграмме императора Флавия Клавдия Юлиана (331-363): «Я вижу тростники нового рода, растущие раздельно на одном металлическом поле. Они издают звук не от нашего дыхания, но от ветра, который выходит из кожаного резервуара, лежащего под их корнями, между тем как легкие пальцы сильного смертного пробегают по гармоническим отверстиям…» (Цит. по статье «О происхождении органа». - «Русский инвалид», 1848, 29 июля, № 165).
«У него 13 или 24 бамбуковых трубки, снабженных металлическими (бронзовыми) язычками. Каждая трубка на 1/3 меньше следующей. Этот набор называется пяо-сяо. Трубки вставляются в резервуар из выдолбленной тыквы (позже деревянный или металлический). Звук извлекается путем вдувания в резервуар и втягивания в себя воздуха.» (Модр А. Музыкальные инструменты. М., 1959, с. 148).
Bröcker 2005, c. 190: «Термин „органум“ обозначает как полифоническую музыкальную практику, так и орган, который в средние века имел дроновые трубы. Он мог бы служить в качестве модели, когда пришло время именовать hurdy-gurdy, так как его тип полифонии, вероятно, не очень отличается от hurdy-gurdy. „Органиструм“ тогда может быть понимаем, как инструмент идентичный или похожий на орган. Гуг Риман интерпретировал имя таким образом, когда он увидел его как уменьшительное от „органум“. Он думал, что, подобно тому, как „poetaster“ пришло от „poeta“, „organistrum“ пришло от „organum“ и первоначально означало „маленький орган“ (англ. The term "organum" denotes both a polyphonic musical practice as well as the organ, which in the Middle Ages had drone pipes. It could have served as a model when it came time to name the hurdy-gurdy, since its type of polyphony was probably not very different from that of the hurdy-gurdy. The "organistrum" then can be understood to be an instrument identical with or similar to the organ. Hug Riemann interpreted the name in this manner when he saw it as a diminutive of "organum". He thought that, similar to how "poetaster" came from "poeta", "organistrum" came from "organum" and meant originally "little organ" )»
Каждый инструмент имеет свое изображение, описание формы и внешнего вида и аллегорическое толкование, необходимое для своего рода «освящения» библейских инструментов, чтобы они вошли в христианский культ. Последнее упоминание Инструментов Иеронима - в трактате М.Преториуса Sintagma musicum-II; этот фрагмент взят им из трактата С.Вирдунга Musica getutscht 1511. В описании прежде всего подчеркивается необычно громкая звучность инструмента, из-за чего он уподобляется органу иудеев, который слышен от Иерусалима до Масличной горы (парафраз из Талмуда «Из Иерихона слышен…»). Описан как полость из двух шкур с двенадцатью мехами, накачивающими в нее воздух, и двенадцатью медными трубками, издающими «громоподобный вой» - своего рода волынка. Более поздние изображения сочетали в себе элементы волынки и органа. Меха очень часто не изображались, клавиши и трубы могли изображаться весьма условно. Вирдунг помимо всего прочего еще и переворачивает изображение, так как вероятно, оно было скопировано им из другого источника и он не имел представления, что это за инструмент.
Chris Riley. The Modern Organ Guide. Xulon Press, 2006. ISBN 978-1-59781-667-0
William Harrison Barnes. The Contemporary American Organ - Its Evolution, Design and Construction. 2007. ISBN 978-1-4067-6023-1
Apel 1969, c. 396: «описывается в трактате 10-го века, озаглавленном (GS i, 303, где он приписывается Oddo of Cluny) (англ. is described in 10th-century treatise entitled Quomodo Organistrum Construatur (GS i, 303 where it is attributed to Oddo of Cluny) )»
Orpha Caroline Ochse. The History of the Organ in the United States. Indiana University Press, 1988. ISBN 978-0-253-20495-0
Виртуальная MIDI-система «Hauptwerk»
Камнеедов 2012: «Каждая клавиша приводила в действие переключатели, соединенные с различными регистровыми движками, или ползунками (drawbars)»
? An Introduction to Drawbars: «Ползунки являются сердцем и душой звука вашего органа Hammond. Есть два набора из девяти ползунков, иногда упоминаемых как тонпланки, для верхнего и нижнего мануалов и два ползунка для педалей, расположенных между верхним мануалом и дисплеем информационного центра. (англ. The Drawbars are the heart and soul of the sound of your Hammond Organ. There are two sets of nine Drawbars, sometimes referred to as Tonebars, for the Upper and Lower Manuals and two Drawbars for the Pedals, located between the Upper Manual and the Information Center Display )»
HammondWiki 2011: "Орган Hammond был первоначально разработан в качестве конкурента трубным органам. Ползунки были уникальным новшеством клавишных музыкальных инструментов Hammond (для управления потоком воздуха в трубах духовых органов использовались регистровые кнопки или ярлыки)… The Hammond organ was originally developed to compete with the pipe organ. Much of the discussion that follows is easier to understand if you have a little knowledge of pipe organ terminology. Here’s a link to A Crash Course in Concepts and Terminology Concerning Organs. Drawbars were a unique Hammond innovation to keyboard musical instruments. Prior to the hammond organ, pipe organs most commonly used stop buttons or tabs to control the flow of air into a specific rank of pipes. Pipes can sound flutey with few harmonics or reedy with many harmonics and many different tonal qualities in between. The stops were two position controls; on or off. The organist blended the sound produced by the pipe ranks by opening or closing the stops. The Hammond organ blends the relatively pure sine wave tones generated by the ToneGenerator to make sounds that are harmonically imitative of the pipe organ (obviously Jazz, Blues and Rock organists aren’t always interested in imitating a pipe organ). The Hammond organist blends these harmonics by setting the position of the drawbars which increase or decrease the volume of the harmonic in the mix. .
К оркестрионам относятся разнообразные самоиграющие механические органы, известные в Германии под названиями: Spieluhr, Mechanische Orgel, ein mechanisches Musikwerk, ein Orgelwerk in eine Uhr, eine Walze in eine kleine Orgel, Flцtenuhr, Laufwerk и др. Специально для этих инструментов писали Гайдн, Моцарт, Бетховен. (Музыкальная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, Советский композитор. Под ред. Ю. В. Келдыша. 1973-1982.)
Spillane 1892, cc. 642-3: «Особенность американского кабинетного (салонного) органа заключена прежде всего в изобретённой в этой стране системе тростевого строения, с помощью которой изменялся тон звучания, что отличало этот орган от язычковых инструментов заграничного производства. Некоторые другие особенности в его внутреннем устройстве и внешней отделке, однако, отличают его и от язычковых инструментов, называемых фисгармониями. „Свободная трость“, как она было впервые применена в американских аккордеонах и серафинах, была отнюдь не внутренним изобретением, как опрометчиво утверждают писатели. Она была использована европейскими строителями трубных органов для регистровых эффектов, а также в отдельных клавишных инструментах до 1800 года. „Свободная трость“ названа так, чтобы отличить её от „бьющей трости“ кларнета и „двойной трости“ гобоя и фагота (англ. The individuality of the American parlor organ rests largely upon the system of reed structure invented in this country, upon which a tone has been evolved which is easily distinguished from that produced by the reed instruments made abroad. Several other features in its interior construction and exterior finish, however, distinguish it from the reed instruments called harmoniums. The "free reed," as it was first applied in American accordeons and seraphines, was not by any means a domestic invention, as writers recklessly assert. It was used by European pipe-organ builders for stop effects, and also in separate key-board instrument, prior to 1800. The "free reed" is so named to distinguish it from the "beating reed" of the clarionet and the "double reed" of the oboe and basson )»

Источник: « В мире науки» , №3, 1983. Авторы: Невиль Х. Флетчер и Сусанна Туэйтс

Величественное звучание органа создаётся благодаря взаимодействию строго синхронизированных по фазе воздушной струи, проходящей через разрез в трубе, и воздушного столба, резонирующего в её полости.

Ни один музыкальный инструмент не может сравниться с органом по силе, тембру, диапазону, тональности и величественности звучания. Подобно многим музыкальным инструментам, устройство органа постоянно совершенствовалось благодаря усилиям многих поколений искусных мастеров, медленно накапливавших опыт и знания. К концу XVII в. орган в основном приобрёл свою современную форму. Два наиболее выдающихся физика XIX в. Герман фон Гельмгольц и лорд Рэлей выдвинули противоположные теории, объясняющие основной механизм образования звуков в органных трубах , но из-за отсутствия необходимых приборов н инструментов их спор так и не был решён. С появлением осциллографов н других современных приборов стало возможным детальное изучение механизма действия органа. Оказалось, что как теория Гельмгольца, так и теория Рэлея справедливы для определённых величин давления, под которым воздух нагнетается в органную трубу. Далее в статье будут изложены результаты последних исследований, которые во многом не совпадают с объяснением механизма действия органа, приводимым в учебниках.

Трубки, вырезанные из камыша или других растений с полым стеблем, были, вероятно, первыми духовыми музыкальными инструментами. Они издают звуки, если дуть поперёк открытого конца трубки, или дуть в трубку, вибрируя губами, или, защемив конец трубки, вдувать воздух, заставляя вибрировать её стенки. Развитие этих трёх видов простейших духовых инструментов привело к созданию современной флейты, трубы и кларнета, из которых музыкант может извлекать звуки в довольно большом диапазоне частот.

Параллельно создавались и такие инструменты, в которых каждая трубка предназначалась для звучания на одной определённой ноте. Простейший из таких инструментов – это свирель (или «флейта Пана»), которая обычно имеет около 20 трубок различной длины, закрытых с одного конца и издающих звуки, если дуть поперёк другого, открытого конца. Самым большим и сложным инструментом этого типа является орган, содержащий до 10000 труб, которыми органист управляет при помощи сложной системы механических передач. Орган ведёт своё происхождение из глубокой древности. Глиняные фигурки, изображавшие музыкантов, играющих на инструменте из многих труб, снабжённых мехами, были изготовлены в Александрии ещё во II в. до н.э. К X в. орган начинает использоваться в христианских церквях, и в Европе появляются написанные монахами трактаты об устройстве органов. По преданию, большой орган , построенный в Xв. для Винчестерского собора в Англии, имел 400 металлических труб, 26 мехов и две клавиатуры с 40 клавишами, где каждая клавиша управляла десятью трубами. На протяжении последующих столетий устройство органа совершенствовалось в механическом и музыкальном отношении, и уже в 1429 г. в Амьенском соборе был построен орган, имевший 2500 труб. В Германии к концу XVII в. органы уже приобрели свою современную форму.

Орган, установленный в 1979 г. в концертном зале Сиднейского оперного театра в Австралии, является самым большим и технически совершенным органом в мире. Спроектирован и построен Р. Шарпом. В нем имеется около 10500 труб, управляемых с помощью механической передачи пятью ручными и одной ножной клавиатурами. Орган может управляться автоматически магнитной лентой, на которой в цифровой форме ранее было записано исполнение музыканта.

Термины, применяемые для описания устройства органа , отражают их происхождение от трубчатых духовых инструментов, в которые воздух вдувался ртом. Трубы органа сверху открыты, а снизу имеют суженную конусообразную форму. Поперёк сплющенной части, над конусом, проходит «ротик» трубы (разрез). Внутри трубы помешен «язычок» (горизонтальное ребро), так что между ним и нижней «губой» образуется «лабиальное отверстие» (узкая щель). Воздух нагнетается в трубу большими мехами и поступает в её конусообразное основание под давлением от 500 до 1000 паскалей (от 5 до 10 см вод. ст.). Когда при нажатии соответствующей педали и клавиши воздух входит в трубу, он устремляется вверх, образуя при выходе из лабиальной щели широкую плоскую струю. Струя воздуха проходит поперёк прорези «ротика» и, ударяясь о верхнюю губу, взаимодействует с воздушным столбом в самой трубе; в результате создаются устойчивые колебания, которые и заставляют трубу «говорить». Сам по себе вопрос, каким образом происходит в трубе этот внезапный переход от молчания к звучанию, очень сложен и интересен, но в данной статье он не рассматривается. Разговор в основном будет идти о процессах, которые обеспечивают непрерывное звучание органных труб и создают их характерную тональность.

Органная труба возбуждается воздухом, поступающим в её нижний конец и образующим струю при прохождении через щель между нижней губой и язычком. В разрезе струя взаимодействует с воздушным столбом в трубе у верхней губы и проходит то внутри трубы, то вне её. В воздушном столбе создаются установившиеся колебания, заставляющие трубу звучать. Давление воздуха, изменяющееся по закону стоячей волны, показано цветной штриховкой. На верхний конец трубы насаживается съемная муфта или заглушка, которые позволяют при настройке слегка изменять длину воздушного столба.

Может показаться, что задача описания воздушной струи, порождающей и сохраняющей звучание органа, полностью относится к теории потоков жидкостей и газов. Выяснилось, однако, что весьма трудно теоретически рассмотреть движение даже постоянного, плавного, ламинарного потока, что же касается полностью турбулентной струи воздуха, которая движется в органной трубе, то её анализ невероятно сложен. К счастью, турбулентность, представляющая собой сложный вид движения воздуха, в действительности упрощает характер воздушного потока. Если бы этот поток был ламинарным, то взаимодействие струи воздуха с окружающей средой зависело бы от их вязкости. В нашем случае турбулентность заменяет вязкость в качестве определяющего фактора взаимодействия в прямой зависимости от ширины воздушного потока. При строительстве органа особое внимание уделяется тому, чтобы воздушные потоки в трубах были полностью турбулентны, что достигается с помощью мелких нарезок по кромке язычка. Как ни удивительно, в отличие от ламинарного турбулентный поток устойчив и может быть воспроизведён.

Полностью турбулентный поток постепенно смешивается с окружающим воздухом. Процесс расширения и замедления при этом сравнительно несложен. Кривая, изображающая изменение скорости потока в зависимости от расстояния от центральной плоскости его сечения, имеет вид перевёрнутой параболы, вершина которой соответствует максимальному значению скорости. Ширина потока возрастает пропорционально расстоянию от лабиальной щели. Кинетическая энергия потока остаётся неизменной, поэтому уменьшение его скорости пропорционально корню квадратному из расстояния от щели. Эта зависимость подтверждается как расчётами, так и результатами эксперимента (при учёте небольшой области перехода вблизи лабиальной щели).

В уже возбуждённой и звучащей органной трубе воздушный поток попадает из лабиальной щели в интенсивное звуковое поле в прорези трубы. Движение воздуха, связанное с генерацией звуков, направлено через прорезь и, следовательно, перпендикулярно плоскости потока. Пятьдесят лет назад Б. Брауну из колледжа Лондонского университета удалось сфотографировать ламинарный поток задымлённого воздуха в звуковом поле. На снимках было отмечено образование извилистых волн, увеличивающихся по мере их продвижения вдоль потока, пока последний не распадался на два ряда вихревых колец, вращающихся в противоположных направлениях. Упрошенная интерпретация этих и подобных им наблюдений привела к неверному описанию физических процессов в органных трубах, которое можно найти во многих учебниках.

Более плодотворный метод изучения действительного поведения воздушной струи в звуковом поле заключается в экспериментировании с отдельно взятой трубой, в которой звуковое поле создаётся с помощью репродуктора. В результате таких исследований, проведённых Дж. Колтманом в лаборатории компании Westinghouse Electric Corporation и группой с моим участием в Университете Новой Англии в Австралии, были разработаны основы современной теории физических процессов, происходящих в органных трубах. Фактически ещё Рэлей дал тщательное и почти полное математическое описание ламинарных потоков невязких сред. Поскольку обнаружилось, что турбулентность не усложняет, а упрощает физическую картину воздушной струн, оказалось возможным использовать метод Рэлея с небольшими изменениями для описания воздушных потоков, экспериментально полученных и исследованных Колтманом и нашей группой.

Если бы в трубе не было лабиальной щели, то можно было бы ожидать, что воздушная струя в виде полосы движущегося воздуха просто смещалась бы назад и вперёд вместе со всем остальным воздухом в прорези трубы под воздействием акустических колебаний. В действительности же при выходе струи из щели она эффективно стабилизируется самой щелью. Этот эффект можно сравнить с результатом наложения на общее колебательное движение воздуха в звуковом поле строго сбалансированного смешения, локализованного в плоскости горизонтального ребра. Это локализованное смешение, которое имеет ту же частоту и амплитуду, что и звуковое поле, и в результате создаёт у горизонтального ребра нулевое смешение струи, сохраняется в движущемся потоке воздуха и создаёт извилистую волну.

Пять труб разной конструкции производят звуки одинаковой высоты, но разного тембра. Вторая труба слева – это дульсиана, обладающая нежным, тонким звучанием, напоминающим звучание струнного инструмента. Третья труба – открытый диапазон, дающий светлый, звонкий звук, который наиболее характерен для органа. У четвертой трубы звук сильно приглушённой флейты. Пятая труба – Waldflote (« лесная флейта») с мягким звучанием. Деревянная труба слева закрыта заглушкой. Она имеет ту же основную частоту колебаний, что и другие трубы, но резонирует на нечётных обертонах, частоты которых в нечётное число раз больше основной частоты. Длина остальных труб не совсем одинакова, так как для получения одинаковой высоты тона производится «коррекция конца».

Как показал Рэлей для исследованного им типа струи и как мы всесторонне подтвердили для случая с расходящейся турбулентной струёй, волна распространяется вдоль потока со скоростью несколько меньшей половины скорости движения воздуха в центральной плоскости струи. При этом по мере движения вдоль потока амплитуда волны возрастает почти по экспоненте. Как правило, она увеличивается вдвое при перемещении волны на один миллиметр и её воздействие быстро становится преобладающим по отношению к простому возвратно-поступательному боковому перемещению, вызываемому звуковыми колебаниями.

Было установлено, что наибольшая скорость увеличения волны достигается в том случае, когда её длина вдоль потока в шесть раз превышает ширину потока в данной точке. С другой стороны, если длина волны оказывается меньше ширины потока, то амплитуда не увеличивается и волна может вообще исчезнуть. Поскольку воздушная струя расширяется и замедляет движение по мере удаления от щели, распространяться по длинным потокам с большой амплитудой могут только длинные волны, то есть низкочастотные колебания. Это обстоятельство окажется немаловажным при последующем рассмотрении создания гармонического звучания органных труб.

Рассмотрим теперь воздействие на воздушную струю звукового поля органной трубы. Нетрудно представить, что акустические волны звукового поля в прорези трубы заставляют кончик воздушной струи перемешаться поперёк верхней губы прорези, так что струя оказывается то внутри трубы, то вне её. Это напоминает картину, когда толкают уже раскачивающиеся качели. Воздушный столб в трубе уже колеблется, и, когда порывы воздуха входят в трубу синхронно с колебанием, они сохраняют силу колебаний, несмотря на различные потери энергии, связанные с распространением звука и трением воздуха о стенки трубы. Если же порывы воздуха не совпадают с колебаниями воздушного столба в трубе, они будут подавлять эти колебания и звук будет затухать.

Форма воздушной струи показана на рисунке в виде ряда последовательных кадров при выходе из лабиальной щели в движущееся акустическое поле, создаваемое в «ротике» трубы воздушным столбом, который резонирует внутри трубы. Периодическое смещение воздуха в разрезе ротика создаёт извилистую волну, движущуюся со скоростью вдвое меньшей скорости движения воздуха в центральной плоскости струи и увеличивающейся по экспоненте, пока её амплитуда не превысит ширину самой струи. Горизонтальные сечения показывают отрезки пути, которые волна в струе проходит за последовательные четверти периода колебаний Т . Секущие линии сближаются с уменьшением скорости струи. В органной трубе верхняя губа расположена в месте, указанном стрелкой. Воздушная струя попеременно выходит из трубы и входит в неё.

Измерение звукопроизводящих свойств воздушной струи можно осуществить, помещая в открытый конец трубы фетровые или пенопластовые клинья, препятствующие звучанию, и создавая звуковую волну небольшой амплитуды с помощью громкоговорителя. Отражаясь от противоположного конца трубы, звуковая волна взаимодействует у разреза «ротика» с воздушной струёй. Взаимодействие струи со стоячей волной внутри трубы измеряется с помощью переносного микрофона-тестера. Таким способом удается обнаружить, увеличивает или уменьшает воздушная струя энергию отраженной волны в нижней части трубы. Для того чтобы труба звучала, струя должна увеличивать энергию. Результаты измерения выражаются в величине акустической «проводимости», определяемой как отношение акустического потока на выходе из разреза « ротика» к звуковому давлению непосредственно за резрезом. Кривая значений проводимости при различных сочетаниях давления нагнетания воздуха и частоты колебаний имеет форму спирали, как показано на следующем рисунке.

Связь между возникновением акустических колебаний в прорези трубы и моментом поступления очередной порции воздушной струи на верхнюю губу прорези определяется отрезком времени, за который волна в воздушном потоке проходит расстояние от лабиальной щели до верхней губы. Мастера по изготовлению органов называют это расстояние «подрезом». Если «подрез» велик или давление (а следовательно, и скорость движения) воздуха низкое, то время движения будет большим. И наоборот, если «подрез» мал или давление воздуха высокое, то время движения будет небольшим.

Для того чтобы точно определить фазовое соотношение между колебаниями воздушного столба в трубе и поступлениями порций воздушной струи на внутреннюю кромку верхней губы, необходимо более подробно изучить характер воздействия этих пропорций на воздушный столб. Гельмгольц считал, что главным фактором здесь является объем воздушного потока, доставляемого струёй. Поэтому для того, чтобы порции струи сообщали как можно больше энергии колеблющемуся воздушному столбу, они должны поступать в тот момент, когда давление у внутренней части верхней губы достигает максимума.

Рэлей выдвигал другое положение. Он доказывал, что, поскольку прорезь находится сравнительно недалеко от открытого конца трубы, акустические волны у прорези, на которые воздействует воздушная струя, не могут создавать большое давление. Рэлей считал, что воздушный поток, поступая в трубу, фактически наталкивается на преграду и почти останавливается, что быстро создаёт в нём высокое давление, которое и оказывает воздействие на его движение в трубе. Поэтому, по мнению Рэлея, воздушная струя будет передавать максимальное количество энергии в том случае, если она будет поступать в трубу в момент, когда максимальным будет не давление, а сам поток акустических волн. Сдвиг между этими двумя максимумами составляет одну четверть периода колебаний воздушного столба в трубе. Если провести аналогию с качелями, то это различие выражается в толкании качелей, когда они находятся в верхней точке и обладают максимальной потенциальной энергией (по Гельмгольцу), и в момент, когда они находятся в самой нижней точке и обладают максимальной скоростью (по Рэлею).

Кривая акустической проводимости струи имеет форму спирали. Расстояние от начальной точки указывает величину проводимости, а угловое положение – сдвиг фаз между акустическим потоком на выходе из прорези и звуковым давлением за прорезью. Когда поток совпадает по фазе с давлением, значения проводимости лежат в правой половине спирали и происходит рассеяние энергии струи. Для того чтобы струя генерировала звук, значения проводимости должны находиться в левой половине спирали, что имеет место при компенсации или задержке по фазе движения струи по отношению к давлению за разрезом трубы. В этом случае длина отраженной волны выше длины падающей волны. Величина опорного угла зависитот того, какой из двух механизмов доминирует в возбуждении трубы: механизм Гельмгольца или механизм Рэлея. При проводимости, соответствующей верхней половине спирали, струя понижает собственную резонансную частоту трубы, а когда значение проводимости находится в нижней части спирали, повышает собственную резонансную частоту трубы.

График движения воздушного потока в трубе (пунктирная кривая) при данном отклонении струи несимметричен по отношению к нулевой величине отклонения, поскольку губа трубы устроена так, чтобы разрезать струю не по её центральной плоскости. Когда отклонение струи происходит по простой синусоиде с большой амплитудой (сплошная кривая черного цвета), воздушный поток, поступающий в трубу (цветная кривая), «насыщается» сначала у одной крайней точки отклонения струи, когда она полностью выходит из трубы. При ещё большей амплитуде происходит насыщение воздушного потока и у другой крайней точки отклонения, когда струя полностью входит в трубу. Смещение губы придает потоку асимметричную волновую форму, обертоны которой имеют частоты, кратные частоте отклоняющей волны.

На протяжении 80 лет задача оставалась нерешённой. Более того, новые исследования фактически не проводились. И лишь теперь она нашла удовлетворительное решение благодаря работам Л. Кремера и X. Лизинга из Института им. Генриха Герца в Зап. Берлине, С. Эллера из Военно-морской академии США, Колтмана и нашей группы. Коротко говоря, и Гельмгольц, и Рэлей оба были отчасти правы. Соотношение между двумя механизмами воздействия определяется давлением нагнетаемого воздуха и частотой звука, причём механизм Гельмгольца оказывается основным при низких давлениях и высоких частотах, а механизм Рэлея – при высоких давлениях и низких частотах. Для органных труб стандартной конструкции механизм Гельмгольца играет обычно более важную роль.

Колтман разработал простой и эффективный способ изучения свойств воздушной струи, который был несколько модифицирован и усовершенствован в нашей лаборатории. В основе этого метода лежит изучение воздушной струи у прорези органной трубы, когда дальний конец её закрыт фетровыми или пенопластовыми звукопоглощающими клиньями, не дающими трубе звучать. Затем из репродуктора, помещённого у дальнего конца, вниз по трубе подаётся звуковая волна, которая отражается от края прорези сначала при наличии нагнетаемой струи, а потом без неё. В обоих случаях падающая и отражённая волны взаимодействуют внутри трубы, создавая стоячую волну. Измеряя с помощью небольшого микрофона-зонда изменения в конфигурации волны при подаче воздушной струи, можно определить, увеличивает или уменьшает струя энергию отражённой волны.

В наших экспериментах фактически измерялась «акустическая проводимость» воздушной струи, которая определяется отношением акустического потока на выходе из прорези, создаваемого присутствием струи, к акустическому давлению непосредственно внутри прорези. Акустическая проводимость характеризуется величиной и фазовым углом, которые можно представить графически в виде функции частоты или давления нагнетания. Если представить график проводимости при независимом изменении частоты и давления, то кривая будет иметь форму спирали (см. рисунок). Расстояние от начальной точки спирали указывает величину проводимости, а угловое положение точки на спирали соответствует запаздыванию фазы извилистой волны, возникающему в струе под воздействием акустических колебаний в трубе. Запаздывание на одну длину волны соответствует 360° по окружности спирали. Вследствие особых свойств турбулентной струи оказалось, что при умножении величины проводимости на квадратный корень из величины давления все величины, измеренные для данной органной трубы, укладываются на одной и той же спирали.

Если давление остаётся постоянным, а частота поступающих звуковых волн растёт, то точки, указывающие величину проводимости, приближаются по спирали к её середине по часовой стрелке. При постоянной частоте и увеличении давления эти точки удаляются от середины в противоположном направлении.

Внутренний вид органа Сиднейского оперного театра. Видны некоторые трубы его 26 регистров. Большая часть труб сделана из металла, некоторые изготовлены из дерева. Длина звучащей части трубы удваивается через каждые 12 труб, а диаметр трубы удваивается примерно через каждые 16 труб. Многолетний опыт мастеров – создателей органов позволил им найти наилучшие пропорции, обеспечивающие устойчивый тембр звучания.

Когда точка величины проводимости находится в правой половине спирали, струя отбирает энергию у потока в трубе, и поэтому происходит потеря энергии. При положении точки в левой половине струя передаст энергию потоку и тем самым действует как генератор звуковых колебаний. При положении значения проводимости в верхней половине спирали струя понижает собственную резонансную частоту трубы, а когда эта точка находится в нижней половине, струя повышает собственную резонансную частоту трубы. Величина угла, характеризующего отставание по фазе, зависит от того, по какой схеме – Гельмгольца или Рэлея – осуществляется основное возбуждение трубы, а это, как было показано, определяется величинами давления и частоты. Однако этот угол, отсчитываемый от правой части горизонтальной оси (правая четверть), никогда не бывает значительно больше нуля.

Поскольку 360° по окружности спирали соответствует отставанию по фазе, равному длине и извилистой волны, распространяющейся вдоль воздушной струи, величины такого отставания от значительно меньших четверти длины волны до почти трёх четвёртых её длины будут лежать на спирали от центральной линии, то есть в той части, где струя действует как генератор звуковых колебаний. Мы также видели, что при постоянной частоте отставание по фазе является функцией давления нагнетаемого воздуха, от которой зависят как скорость самой струи, так и скорость распространения извилистой волны вдоль струи. Поскольку скорость такой волны составляет половину скорости струи, которая в свою очередь прямо пропорциональна корню квадратному из величины давления, изменение фазы струи на половину длины волны возможно лишь при значительном изменении давления. Теоретически давление может меняться в девятикратном размере, прежде чем труба перестаёт производить звучание на своей основной частоте, если другие условия не нарушаются. На практике, однако, труба начинает звучать на более высокой частоте до достижения указанного высшего предела изменения давления.

Следует отметить, что для восполнения потерь энергии в трубе и обеспечения устойчивости звука, несколько витков спирали может уйти далеко влево. Заставить трубу звучать может только ещё один такой виток, местоположение которого соответствует примерно трём полуволнам в струе. Так как проводимость струн в этой точке низка, продуцируемый звук слабее любого звука, соответствующего точке на внешнем витке спирали.

Форма спирали проводимости может ещё больше усложниться, если величина отклонения у верхней губы превышает ширину самой струи. При этом струя почти полностью выдувается из трубы и вдувается в неё обратно на каждом цикле перемещения, и количество энергии, которую она сообщает отражённой волне в трубе, перестаёт зависеть от дальнейшего увеличения амплитуды. Соответственно снижается и эффективность воздушной струн в режиме генерации акустических колебаний. В этом случае увеличение амплитуды отклонения струи приводит лишь к уменьшению спирали проводимости.

Снижение эффективности струи мри увеличении амплитуды отклонения сопровождается возрастанием потерь энергии в органной трубе. Колебания в трубе быстро устанавливаются на более низком уровне, при котором энергия струи точно компенсирует потери энергии в трубе. Интересно отметить, что в большинстве случаев потери энергии вследствие турбулентности и вязкости значительно превышают потери, связанные с рассеянием звуковых волн через прорезь и открытый коней трубы.

Разрез органной трубы диапазонного типа, на котором видно, что язычок имеет насечку для соэданияоднородного турбулентного движения струи воздуха. Труба изготовлена из «краплёного металла» – сплава с большим содержанием олова и добавкой свинца. При изготовлении листового материала из этого сплава на нём закрепляется характерный рисунок, который хорошо виден на фотографии.

Разумеется, действительное звучание трубы в органе не ограничено одной определённой частотой, но содержит и звуки более высокой частоты. Можно доказать, что эти обертоны являются точными гармониками основной частоты и отличаются от неё в целое число раз. При постоянных условиях воздухонагнетания форма звуковой волны на осциллографе остаётся совершенно одинаковой. Малейшее отклонение частоты гармоник от величины, строго кратной основной частоте, приводит к постепенному, но чётко видимому изменению формы волны.

Это явление представляет интерес, потому что резонансные колебания воздушного столба в органной трубе, как и в любой открытой трубе, устанавливаются на частотах, которые несколько отличаются от частот гармоник. Дело в том, что при увеличении частоты рабочая длина трубы становится немного меньше из-за изменения акустического потока у открытых концов трубы. Как будет показано, обертоны в органной трубе создаются за счёт взаимодействия воздушной струи и губы прорези, а сама труба служит для обертонов более высокой частоты главным образом пассивным резонатором.

Резонансные колебания в трубе создаются при наибольшем движении воздуха у её отверстий. Другими словами, проводимость в органной трубе должна достигать своего максимума у прорези. Отсюда следует, что резонансные колебания и трубе с открытым длинным концом возникают на частотах, при которых в длине трубы укладывается целое число полуволн звуковых колебаний. Если обозначить основную частоту как f 1 , то более высокие резонансные частоты будут 2f 1 , 3f 1 и т.д. (В действительности, как уже было указано, высшие резонансные частоты всегда немного превышают эти значения.)

В трубе с закрытым или заглушенным дальним конном резонансные колебания возникают на частотах, при которых в длине трубы укладывается нечётное число четвертей длины волны. Поэтому для звучания на той же самой ноте закрытая труба может быть вдвое короче открытой, и её резонансные частоты будут f 1 , 3f 1 , 5f 1 и т.д.

Результаты влияния изменения давления нагнетаеого воздуха на звук в обычной органной трубе. Римскими цифрами обозначены первые несколько обертонов. Главный режим трубы (в цвете) охватывает диапазон хорошо сбалансированного нормального звучания при нормальном давлении. При увеличении давления звучание трубы переходит на второй обертон; при понижении давления создается ослабленный второй обертон.

Теперь вернёмся к воздушной струе в органной трубе. Мы видим, что волновые возмущения высокой частоты постепенно затухают по мере увеличения ширины струи. Вследствие этого конец струи у верхней губы колеблется почти по синусоиде на основной частоте звучания трубы и почти независимо от более высоких гармоник колебаний акустического поля у прорези трубы. Однако синусоидальное движение струи не создаст такого же движения воздушного потока в трубе, поскольку поток «насыщается» за счёт того, что при крайнем отклонении в любую сторону он полностью течёт либо с внутренней, либо с внешней стороны верхней губы. Кроме того, губа обычно несколько смещена и разрезает поток не точно по его центральной плоскости, так что насыщение оказывается несимметричным. Поэтому колебание потока в трубе имеет полный набор гармоник основной частоты со строго определённым соотношением частот и фаз, а относительные амплитуды этих высокочастотных гармоник быстро возрастают с увеличением амплитуды отклонения воздушной струи.

В обычной органной трубе величина отклонения струи в прорези соизмерима с шириной струи у верхней губы. В результате в воздушном потоке создаётся большое число обертонов. Если бы губа разделяла струю строго симметрично, чётные обертоны в звучании отсутствовали бы. Поэтому обычно губе придаётся некоторое смешение, чтобы сохранить все обертоны.

Как и следовало ожидать, открытая и закрытая трубы создают звук разного качества. Частоты обертонов, создаваемых струёй, кратны основной частоте колебаний струи. Столб воздуха в трубе будет сильно резонировать на определённый обертон только при большой акустической проводимости трубы. При этом будет отмечаться резкое увеличение амплитуды на частоте, близкой к частоте обертона. Поэтому в закрытой трубе, где создаются лишь обертоны с нечётными номерами резонансной частоты, происходит подавление всех других обертонов. В результате получается характерный «глухой» звук, в котором чётные обертоны слабы, хотя и не отсутствуют полностью. Напротив, а открытой трубе получается более «светлый» звук, поскольку он сохраняет все обертоны, производные от основной частоты.

Резонансные свойства трубы в большой степени зависят от потерь энергии. Эти потери бывают двух типов: потери на внутреннее трение и теплоотдачу и потери на излучение через прорезь и открытый конец трубы. Потери первого типа более значительны в узких трубах и при низкой частоте колебаний. Для широких труб и при высокой частоте колебаний существенными являются потери второго типа.

Влияние места расположения губы на создание обертонов свидетельствует о целесообразности смещения губы. Если бы губа разделяла струю строго по центральной плоскости, в трубе создавался бы только звук основной частоты (I) и третий обертон (III). При смещении губы, как показано пунктирной линией, возникают второй и четвёртый обертоны, значительно обогащающие качество звука.

Отсюда следует, что при данной длине трубы, а следовательно, и определённой основной частоте широкие трубы могут служить хорошими резонаторами только для основного тона и ближайших нескольких обертонов, образующих приглушенный «флейтоподобный» звук. Узкие трубы служат хорошими резонаторами для широкого диапазона обертонов, и поскольку излучение на высоких частотах происходит более интенсивно, чем на низких, то образуется высокий «струнный» звук. Между этими двумя звучаниями находится звонкий сочный звук, стать характерный для хорошего органа, который создаётся так называемыми принципалами или диапазонами.

Кроме того, в большом органе могут быть ряды труб с коническим корпусом, перфорированной заглушкой или иными разновидностями геометрической формы. Такие конструкции предназначены для модификации резонансных частот трубы, а иногда для увеличения диапазона высокочастотных обертонов с целью получения тембра особой звуковой окраски. Выбор материала, из которого изготавливается труба, не имеет большого значения.

Существует большое число возможных видов колебаний воздуха в трубе, и это в ещё большей степени усложняет акустические свойства трубы. Например, при увеличении давления воздуха в открытой трубе до такой степени, что в струе будет как раз создаваться первый обертон f 1 одной четверти длины основной волны, точка на спирали проводимости, соответствующая этому обертону, перейдёт на её правую половину и струя перестанет создавать обертон данной частоты. В то же время частота второго обертона 2f 1 соответствует полуволне в струе, и он может быть устойчивым. Поэтому звучание трубы перейдёт на этот второй обертон, почти на целую октаву выше первого, причём точная частота колебаний будет зависеть от резонансной частоты трубы и давления нагнетания воздуха.

Дальнейшее увеличение давления нагнетания может привести к образованию следующего обертона 3f 1 при условии, что «подрез» губы не слишком велик. С другой стороны, часто бывает, что низкое давление, недостаточное для образования основного тона, постепенно создаёт один из обертонов на втором витке спирали проводимости. Подобные звуки, создаваемые при излишке или недостатке давления, представляют интерес для лабораторных исследований, но в самих органах применяются крайне редко, лишь для достижения какого-то особого эффекта.

Вид стоячей волны при резонансе в трубах с открытым и закрытым верхним концом. Ширина каждой цветной линии соответствует амплитуде колебаний в различных частях трубы. Стрелками указано направление движения воздуха во время одной половины колебательного цикла; во второй половине цикла направление движения меняется на обратное. Римскими цифрами обозначены номера гармоник. Для открытой трубы резонансными являются все гармоники основной частоты. Закрытая труба должна быть вдвое короче для создании той же ноты, но для нее резонансными являются только нечетные гармоники. Сложная геометрия «ротика» трубы несколько искажает конфигурацию волн ближе к нижнему концу трубы, не меняя их « основного» характера.

После того как мастер при изготовлении органа сделал одну трубу, обладающую необходимым звучанием, основная и наиболее трудная его задача – создать весь ряд труб соответствующей громкости и гармоничности звучании по всему музыкальному диапазону клавиатуры. Этого нельзя достичь простым набором труб одинаковой геометрии, различающихся только своими размерами, поскольку у таких труб потери энергии от трения и излучения будут по-разному влиять на колебания различной частоты. Чтобы обеспечить постоянство акустических свойств по всему диапазону, необходимо варьировать целым рядом параметров. Диаметр трубы меняется при изменении её длины и зависит от неё как степень с показателем k, где k меньше 1. Поэтому длинные басовые трубы делают более узкими. Расчётная величина k составляет 5/6, или 0,83, но с учётом психофизических особенностей человеческого слуха она должна быть уменьшена до 0,75. Это значение kочень близко к тому, которое эмпирически определили великие мастера органов XVII и XVIII вв.

В заключение рассмотрим вопрос, важный с точки зрения игры на органе: каким образом осуществляется управление звучанием множества труб в большом органе. Основной механизм этого управления прост и напоминает ряды и колонки матрицы. Трубы, располагаемые по регистрам, соответствуют рядам матрицы. Все трубы одного регистра обладают одним тембром, и каждая труба соответствует одной ноте на ручной или ножной клавиатуре. Подача воздуха к трубам каждого регистра регулируется специальным рычагом, на котором указано название регистра, а подача воздуха непосредственно к трубам, связанным с данной нотой н составляющим колонку матрицы, регулируется соответствующей клавишей на клавиатуре. Труба будет звучать лишь в том случае, если передвинут рычажок регистра, в котором она находится, и нажата нужная клавиша.

Размещение органных труб напоминает ряды и колонки матрицы. На этой упрощённой схеме каждый ряд, именуемый регистром, состоит из однотипных труб, каждая из которых производит одну ноту (верхняя часть схемы). Каждая колонка, связанная с одной нотой на клавиатуре (нижняя часть схемы), включает трубы разных типов (левая часть схемы). Рычажком на консоли (правая часть схемы) обеспечивается доступ воздуха ко всем трубам регистра, а нажатием клавиши на клавиатуре воздух нагнетается во все трубы данной ноты. Доступ воздуха в трубу возможен только при одновременном включении ряда и колонки.

В наше время можно применять самые различные способы осуществления подобной схемы с использованием цифровых логических устройств и электрически управляемых клапанов на каждой трубе. На старых органах использовались простые механические рычажки и пластинчатые клапаны для подачи воздуха в клавишные каналы и механические ползуны с отверстиями для управления поступлением воздуха к целому регистру. Эта простая и надёжная механическая система, помимо своих конструктивных достоинств, позволяла органисту самому регулировать скорость открытия всех клапанов и как бы делала ему более близким этот уж слишком механический музыкальный инструмент.

В XIX в начале XX в. строились большие органы со всевозможными электромеханическими и электропневматическим устройствами, но в последнее время предпочтение опять отдаётся механическим передачам от клавиш и педалей, а сложные электронные устройства используются для одновременного включения сочетаний регистров во время игры на органе. Например, самый большой орган в мире с механической передачей был установлен в концертном зале Сиднейского оперного театра в 1979 г. В нем 10500 труб в 205 регистрах, распределённых между пятью ручными и одной ножной клавиатурами. Клавишное управление осуществляется механическим способом, но оно дублируется электрической передачей, к которой можно подключаться. Благодаря этому исполнение органиста может быть записано в кодированной цифровой форме, которую затем можно использовать для автоматического воспроизведения на органе первоначального исполнения. Управление регистрами и их сочетаниями осуществляется с помощью электрических или электропневматических устройств и микропроцессоров с памятью, что позволяет широко варьировать управляющую программу. Таким образом, великолепное богатое звучание величественного органа создаётся сочетанием самых передовых достижений современной техники и традиционных приёмов и принципов, которые на протяжении многих столетий использовались мастерами прошлого.

Орган – уникальный музыкальный инструмент, имеющий давнюю историю. Про орган можно говорить только в превосходных степенях: самый большой по размеру, самый мощный по силе звука, с самым широким диапазоном звучания и огромным богатством тембров. Именно поэтому его называют «королем музыкальных инструментов».

Прародителем современного органа считают флейту Пана, которая впервые появилась в Древней Греции. Существует сказание, что бог дикой природы, пастушества и скотоводства Пан придумал себе новый музыкальный инструмент, соединив несколько тростниковых трубочек разного размера, чтобы извлекать чудесную музыку, развлекаясь с веселыми нимфами в роскошных долинах и рощах. Чтобы успешно играть на таком инструменте, требовались большие физические усилия и хорошая дыхательная система. Поэтому для облегчения работы музыкантам во ІІ веке до нашей эры, грек Ктесибий, изобрел водяной орган или гидравлос, который считается прототипом современного органа.

Развитие органа

Орган постоянно усовершенствовался и в ХІ веке его стали строить по всей Европе. Наибольшего расцвета органостроение достигло в XVII-XVIII веках в Германии, где музыкальные произведения для органа создавали, такие великие композиторы как Иоганн Себастьян Бах и Дитрих Букстехуде, непревзойденные мастера органной музыки.

Органы отличались не только по красоте и разнообразию звучания, но и по архитектуре и декору — каждый из музыкальных инструментов обладал индивидуальностью, создавался под конкретные задачи, гармонично вписывался во внутреннюю среду помещения.
Для органа подходит только такое помещение, которое обладает отменной акустикой. В отличие от других музыкальных инструментов особенность звучания органа зависит не от корпуса, а от пространства, в котором он находится.

Звуки органа никого не могут оставить равнодушным, они проникают глубоко в сердце, вызывают самые разнообразные чувства, заставляют задумываться о бренности бытия и устремлять свои помыслы к Богу. Поэтому в католических церквях и соборах повсеместно стояли органы, лучшие композиторы писали духовную музыку и собственноручно играли на органе, например, Иоганн Себастьян Бах.

В России орган относился к светским инструментам, так как традиционно в православных храмах было запрещено звучание музыки во время богослужения.

Сегодняшний орган представляет собой сложную систему. Это одновременно духовой и клавишный музыкальный инструмент, имеющий педальную клавиатуру, несколько ручных клавиатур, сотни регистров и от сотен до более чем тридцати тысяч труб. Трубы бывают разнообразными по длине, диаметру, типу строения и материалу изготовления. Они могут быть медными, свинцовыми, жестяными или из разных сплавов, например, свинцово-оловянными. Сложное строение позволяет органу иметь огромный диапазон звучания по высоте и тембру и обладать богатством звуковых эффектов. Орган может имитировать игру других инструментов, поэтому его нередко приравнивают к симфоническому оркестру. Самый большой орган находится в США в концертном зале Бордуок города Атлантик-Сити. У него 7 ручных клавиатур, 33112 труб и 455 регистров.

Звучание органа нельзя сравнить ни с каким другим музыкальным инструментом и даже симфоническим оркестром. Его мощные, торжественные, неземные звуки действуют на душу человека мгновенно, глубоко и ошеломляющее, кажется, что сердце вот-вот разорвется от божественной красоты музыки, небо разверзнется и откроются, до этого момента непостижимые, тайны бытия.

Алексей Надёжин: «Орга́н - самый большой и сложный музыкальный инструмент. Фактически, орган это целый духовой оркестр, а каждый из его регистров - отдельный музыкальный инструмент со своим звучанием.

В Светлановском зале Московского Международного Дома Музыки установлен самый большой орган в России. Мне посчастливилось увидеть его с той стороны, с которой его очень мало, кто видел.
Этот орган изготовлен в 2004 году в Германии консорциумом фирм Glatter Gotz и Klais, считающимися флагманами органостроения. Орган разрабатывался специально для Московского Международного Дома Музыки. У органа 84 регистра (в обычном органе количество регистров редко превышает 60) и более шести тысяч труб. Каждый регистр - отдельный музыкальный инструмент со своим звучанием.
Высота органа - 15 метров, вес - 30 тонн, стоимость - два с половиной миллиона евро.

О том, как устроен орган, мне рассказал доцент кафедры акустики МГУ Павел Николаевич Кравчун, являющийся главным смотрителем органов Московского международного Дома музыки и принимавший участие в разработке этого инструмента.

У органа пять клавиатур - четыре ручные и одна ножная. Удивительно, но ножная клавиатура вполне полноценна и некоторые простые произведения можно исполнять одними ногами. На каждом мануале (ручной клавиатуре) по 61 клавише. Справа и слева - ручки включения регистров.

Хоть орган и выглядит совершенно традиционным и аналоговым, на самом деле он частично управляется компьютером, который прежде всего запоминает пресеты - наборы регистров. Переключаются они кнопками на торцах мануалов.

Пресеты сохраняются на обычной 1.44″ дискете. Конечно, в компьютерной технике дисководы уже почти не используются, но тут он исправно работает.

Для меня было открытием узнать, что каждый органист является импровизатором, ведь в нотах или совсем не указывается набор регистров или указываются общие пожелания. Во всех органах общий только базовый набор регистров, а их количество и тональность могут сильно отличаться. Только лучшие исполнители могут быстро адаптироваться к огромному набору регистров органа Светлановского зала и использовать его возможности в полной мере.
Помимо ручек, у органа есть рычаги, переключаемые ногами и педали. Рычаги включают и отключают различные функции, управляемые компьютером. Например, объединение клавиатур и эффект нарастания, управляемый вращающейся педалью-роликом, по мере вращения которого подключаются дополнительные регистры и звук становится насыщенней и мощнее.
Для улучшения звучания органа (а заодно и других инструментов) в зале смонтирована электронная система Constellation, включающая множество микрофонов и миниколонок-мониторов на сцене, опускающихся с потолка на тросах с помощью моторов и множества микрофонов и колонок в зале. Это не система звукоусиления, при её включении звук в зале не становится громче, он становится равномернее (зрители на боковых и дальних местах начинают слышать музыку так же хорошо, как зрители в партере), кроме того может добавляться реверберация, улучшающая восприятие музыки.

Воздух, с помощью которого звучит орган, подаётся тремя мощными, но очень тихими вентиляторами.

Для равномерной его подачи используются… обычные кирпичи. Они прижимают меха. Когда вентиляторы включены, меха раздуваются, а вес кирпичей обеспечивает необходимое давление воздуха.

Воздух подаётся в орган по деревянным трубам. Удивительно, но большинство заслонок, заставляющих трубы звучать, управляются чисто механически - тягами, длина некоторых из которых превышает десять метров. Когда к клавиатуре подключено много регистров, органисту бывает очень нелегко продавить клавиши. Конечно же, в органе есть система электрического усиления, при включении которой клавиши нажимаются легко, но высококлассные органисты старой школы всегда играют без усиления - ведь только так можно менять интонации, изменяя скорость и силу нажатия клавиш. Без усиления орган - чисто аналоговый инструмент, с усилением - цифровой: каждая труба может только звучать или молчать.
Так выглядят тяги, идущие от клавиатур к трубам. Они деревянные, так как дерево наименее подвержено температурному расширению.

Внутрь органа можно зайти и даже пролезть по маленькой «пожарной» лестнице по его этажам. Внутри очень мало места, поэтому по фотографиям сложно ощутить масштабы конструкции, но всё же я попробую показать вам, то что увидел.

Трубы отличаются по высоте, толщине и форме.

Некоторые трубы деревянные, некоторые металлические из оловянно-свинцового сплава.

Перед каждым большим концертом орган настраивается заново. Процесс настройки занимает несколько часов. Для настройки концы самых маленьких труб немного развальцовываются или завальцовываются специальным инструментом, у труб побольше есть регулировочный стержень.

У больших труб есть вырезанный лепесток, который может немного откручиваться и закручиваться для настройки тона.

Самые большие трубы издают инфразвук от 8 Гц, самые маленькие - ультразвук.

Уникальной особенностью органа ММДМ является наличие горизонтальных труб, обращённых в зал.

Предыдущий кадр я сделал с маленького балкончика, на который можно выйти изнутри органа. Он служит для настройки горизонтальных труб. Вид зрительного зала с этого балкончика.

Небольшое количество труб имеет только электропривод.

А ещё у органа есть два звукоизобразительных регистра или «спецэффекта». Это «колокольчики» - звон семи колокольчиков подряд и «птички» - чириканье птичек, происходящее благодаря воздуху и дистиллированной воде. Павел Николаевич демонстрирует, как работают «колокольчики».

Удивительный и очень сложный инструмент! Система Constellation отправляется в режим парковки, а я на этом заканчиваю рассказ о самом большом музыкальном инструменте нашей страны.