風琴博物館遊記 (二)
雖然郭姊介紹的樁腳今天沒在博物館內, 但他幫我介紹了館內其它的工作人員, 讓我可以看到一般遊客看不到的東西.
在博物館的二樓, 靜靜躺著一台古老的琴, 和它的許多零件, 等待巧匠將它修復.
Casavant Frères
這台琴是加拿大 Casavant Frères 公司的作品, 建於 1917 年. 這台琴本來在美國 Boston 的 Emmanuel 聖公會教堂裡, 是 Casavant 公司的 Opus 700, 第 700 號作品.
根據 OHS Pipe Organ Database 的資料, 這台琴在 2004 年求售, 由風琴博物管的主人胡友義先生購得, 2007 年拆解後運離 Boston, 2008 年運底風琴博物館, 保存至今.
為什麼在風琴博物管一放就是六年, 直到今天都沒有動它呢 ? 鄉親啊, 這可是一台有四層鍵盤, 137 組音栓的大琴啊, 上千隻管子不說, 它還有四組 32’ 的音栓啊, 小小的八掛樓裡哪有地方安裝它呢 ?
為此, 鼓浪嶼上正在大興土木, 要在八卦樓附近建造一座新的建築, 用來安裝這台 Casavant Opus 700.
不過, 在安裝之前, 還有許多工作要做.
在二樓長廊的尾端, 靜靜座落著 Casavant 的 console. 說實話, 它的狀況不是很好. 1917 年建造的琴, 至今也近百年了, 破損是一定有的.
這個 console 的風格和現在常見到的管風琴 console 不太一樣, 它的音栓密密麻麻地排在兩側面板上, 並沒有明顯的分組. Pedal board 已經是近代設計的弧形排列, 而不是傳統巴洛克式的平行排列.
從 console 後面密密麻麻的電線看起來, 這台琴是電子傳動的. 也因為它是電子傳動的, 它的 console 才可以這樣單獨拆下來放在這裡. 更因為它是電子傳動的, 它才能控制多達 137 組管子.
1917 年還沒有半導體零件, 雖然 Lee De Forest 已經在 1904 年做出第一個三極真空管, 到要到真空管可以用在各式主動電路上還要許多年的時間, 因此這台琴雖然是電子傳動的, 它卻沒有任何主動元件, 很單純地就是乾接點和開關式的電路. 不過它的 manual keyboard 中間有許多 preset 用的小圓鍵, 所以我猜它有 combination 的功能, 但不知道是用什麼樣的電路做到的.
這個 console 需要大修, 除了鍵盤有破損外, 很多音栓拉桿和撥片也都不見了. 最重要的是, 當初拆除時應該是直接把連接 console 的線給剪了, 所以看不到線頭上有任何的標記. 光是查線, 找出哪一條線是哪個音栓的什麼音, 就是不得了的大工程.
不過, 我猜, 在修復與安裝的過程中, 應該可以為這個 console 設計新的控制器, 不要再用乾接點的控制方式, 應該比較實際吧 ?
除了 console 被放在長廊尾端, 這台 Casavant 有更多的零件被暫置在樓梯間.
為什麼要放在樓梯間呢 ? 客官您說說看, 除了樓梯間外, 哪有空間放得下這些龐然巨物啊 ?
管風琴的物理學
既然聊到這了, 就來說說管子的物理學吧.
上一篇說過, 笛管的音高是由管長決定的, 管子越長, 發出來的聲音就越低. 那到底每個音的管子是多長呢 ?這要先從波長說起.
我們知道, 音速, 也就是聲音在空氣中傳遞的速度, 差不多是一秒 300 公尺, 精確一點來說, 在氣溫 20度 C 的乾燥空氣中, 音速差不多是 343.21m/s. 因為管長的計算多用英制, 所以我們把它換算成英寸, 也就是差不多 13512 inch/s.
波長是波速除以頻率, 所以:
λ =13543/f (unit: inch)
至於管長跟波長的關係是這樣的: 如果是 open pipe, 像 Prinziple 這樣的音色, 需要的管長就是波長的一半. 如果是 closed pipe, 就是管頭有堵起來的音色, 像 Burdon, 它需要的管長就是波長的四分之一. 用圖片來說明好了:
管嘴就是 pipe mouth, 也就是吹氣的那一側. 如果管子的末端是開管的話, 空氣可以自由震動, 所以在那裡就為形成波腹, 也就是圖上寫的 antinode. 如果管子的末端是閉管的話, 那附近的空氣會靜止, 所以就會形成波節, 也就是圖上寫的 node. 至於管嘴的地方, 雖然看起來好像是閉管, 但事實上因為造成空氣擾動的管嘴並不是完全貼在管頭上, 起振的位置附近的空氣是可以自由震動的 (不然怎麼起震啊..):
因此管嘴側實際上是波腹.
以 open pipe 來說, 一側是波節, 一側是波腹, 所以管子裡面就會有二分之一的波長. 因此, open pipe 的管長與頻率的關係是:
L = λ/2 =13543/2f (unit: inch)
如果是 closed pipe 的話, 兩側都是波腹, 管子裡就只會有四分之一個波長, 因此 closed pipe
的管長與頻率的關係是:
L = λ/4 =13543/4f (unit: inch)
也就是說, 要發出一樣的頻率, closed pipe 只需要 open pipe 一半的管長. 這個特點對於製作低音的管子很重要.
我們來算算看實際的管長. 大家都知道中央 C 上面的那個 A 是最常用來做為調音參考的音, 它的頻率是 440Hz. 不過我們不是要算它, 而是要算管風琴手鍵盤最低的一個音.
如果你熟悉平均律的計算, 應該會知道中央 C 比標準 A 低了 9 個半音, 所以它的頻率會是 440Hz 除以九個平均律的半音系數.
平均律的魔術數字是 1.0594, 它的九次方差不多是 1.68, 所以中央 C 的頻率就是 440 / 1.68 = 261Hz.
標準管風琴的手鍵盤只有五個八度 (鋼琴有七個多), 手鍵盤的最低音是 C, 剛好比中央 C 低了兩個八度, 所以它的頻率就是中央 C 的四分之一, 算出來是 65Hz 左右. 現在我們知道頻率了, 可以來計算管長了.
根據前面的公式, 手鍵盤最低的一個音, 如果是 open pipe 的話, 需要的管長會是:
L = λ/2 =13543/(65 * 2) = 104 (unit: inch)
也就是 104 吋. 一英呎有 12 英吋, 所以 104 吋就是:
L = 104 (inch) / 12 = 8.6 (feet)
差不多是 8 呎.
8 呎 ? 好熟悉的數字啊, 彈管風琴的人對 8 呎這個長度一定很有感覺, 它代表標準音高的音栓標記. 雖然它只是個標記, 但為什麼標準音高是 8’, 而不是 16’? 為什麼音高的序列是 4’, 8’, 16’, 而不是 3’, 6’, 12’ 呢 ?
因為 8 呎真的就是 8 呎, 它的物理意義就是手鍵盤最低的一個音在 open pipe 的管長.
再往低音看下去. 標準的管風琴腳鍵盤有 32 個鍵:
它有三個八度, 中央 C 在最上面的那個八度, 最低的一個音也是 C. 也就是說, 事實上管風琴腳鍵盤低音的音域和手鍵盤根本是一樣的.
那為什麼腳鍵盤聽起來通常比較低呢 ? 這就是管風琴的音栓配置巧妙的地方. 除了標準的 8’ 音栓外, 我們還有 16’ 的音栓 (比標準音低八度) 及 32’ 的音栓 (比標準音低兩個八度). 而這些音比較低的音栓通常配置在腳鍵盤, 所以我們會覺得腳鍵盤的音聽起來比較低, 但事實上它的最低音域跟手鍵盤是一樣的, 都是比中央 C 低兩個八度的 C.
如果我們在腳鍵盤上用了一個 32’ 的 open pipe 音栓, 比如說 Contra Principle, 它的最低音就會比 8’ 的 C 要低兩個八度, 管子長度就會比剛剛算的 8 呎要長四倍. 8 呎 的四倍是多少呢 ? 剛好就是 32 呎!
所以, 如果一架管風琴有 32’ 的 open pipe 音栓, 那麼這組管子最長的一隻就會是貨真價實的 32 呎長.
32 呎是多高 ? 差不多是 10 公尺 ,或是三層樓! 現在你知道為什麼 Casavant 這台琴的管子會被放在八卦樓的樓梯間了吧 ? 只有這裡才放得下這麼長的管子.
而 32’ 的最低音 C, 究竟有多低呢 ? 前面算過 8’ 的最低音頻率是 65Hz, 所以 32’ 的最低音會比它低兩個八度, 頻率則是四分之一, 差不多是 16Hz.
人的耳朵聽得到 16Hz 嗎? 一般來說是聽不到的. 就連書上寫的人耳低頻極限 20Hz, 能聽到的人也不多. 但我們拉起 32’ 的音栓, 踩下 pedal 的最低音, 明明就有聽到聲音啊, 而且音量還不小呢! 這是怎麼一回事呢 ?
這也是管風琴的管子美妙之處. 空氣在管子裡震動的時候, 除了基頻外, 還會有非常豐富的高次泛音, 我們雖然聽不到 16Hz 的基頻, 但 32Hz 的二次泛音就聽得到了, 64Hz 的四次泛音聽得更清楚, 而且中間還會有三倍頻, 五倍頻等其它的泛音存在. 不同的泛音組合, 就形成了所謂的 “音色”, 這也是為什麼不同形狀的管子聽起來音色會不一樣的原因.
不過實務上 32’ 的笛管, 又是像 Contra Principle 這種 open pipe, 在真實的管風琴上也不多見, 因為它實在太巨大了, 32’ 的音栓多半會用簧管配置, 如很常見的 Contra Trumpet 或 Contra Trombone, 就是聽起來非常 powerful 的簧管. 前面提過, 簧管的音高是由簧片的有效震動長度來決定, 而跟管子的長短沒有直接的關係. 簧管的管子是用來當做簧片的共震器, 因此只要設計得好, 簧管可以用比較短的長度發出跟笛管一樣低的聲音.
傳說中的64呎
有 32’ 的音栓, 那有沒有 64’ 的呢 ? 有, 不過非常罕見. 雖然蠻多琴上都有標示 64’ 的音栓, 但這世界上真正擁有完整 64’ 管子的琴只有兩架, 一架在澳洲, 一架在美國.
在澳洲的這架琴位於雪梨市政廳, 它是一架有五層手鍵盤, 150 組音栓, 將近九千隻管子的大怪物. 在眾多音栓中, 有一組 Contra Trombone 64’, 是這世上僅有的兩組 64’ 管子之一. 更驚人的是, 這台琴是 tubular pneumatic action 的 (忘了什麼是 tubular pneumatic action 嗎 ? 請看上一篇). 在沒有電子傳動的那個年代, 這其實是一個合理的設計, 否則要用 tracker action 去驅動多達 150 組的音栓, 可能會讓琴變得非常難彈而不實用. 另外一個驚奇是, 這台琴是 William Hill and Sons 建造的 (忘了什麼是 William Hill & Sons 嗎 ? 請看上一篇…) 也就是說, 雪梨市政廳這台琴跟現在風琴博物館那台 Norman & Beard 算得上是系出同門.
另一架有 64’ 音栓的琴在美國紐澤西州大西洋城 (Atlantic City, 不是亞特蘭大 Atlanta 哦) 的 Boardwalk Hall 裡. 這個場地在 1997 年 Atlantic Convention Center 落成之前, 實際上就是 Atlantic 的 Convention Hall. 館內的面積有 13000 平方公尺, 比足球場還大, 因此這架管風琴的風壓也比世界上其它的管風琴大得多, 才能發出足以讓這個場地每個角落都聽得到的音量. 這架琴是個真正的大怪物, 它有三萬多隻管子, 七層手鍵盤, 1235 組音栓, 和 15 個 swell box.
至於它的 Diaphone-Dulzian 64’ 音栓, 也有一個建造時的小故事. 這座琴在設計時本來打算裝上兩組 64’ 音栓的, 一組笛管的 Diaphone Profundo 64’, 以及一組簧管的 Dulzian 64’ 但琴裝到一半時, 發現原來打算容納這兩組 64’ 管子的空間不夠用, 所以他們決定砍掉 Diaphone Profundo 64’, 只留下 Dulzian 64’. 但後來又發現 Dulzoan 64’ 在低音的表現不夠好, 於是只好把最低的 22 個音又改回 Diaphone Profundo 64’, 最後這組音栓就變成了笛管跟簧管綜合的設計. 而且這 22 隻 Diaphone Produndo 64’ 的管子在開聲 (voicing, 管風琴的笛管做好時, 藉由微調管口來調整音色的一個動作) 時還特別讓它模仿 Dulzian 64’ 的音色, 因此兩種不同的管子可以巧妙地共存在一組音栓中.
事實上這麼低的頻率, 要聽出是哪種管子已經很不容易, 更不用說音色並沒有顯著差異的兩組管子了. 64’ 管子的最低音有多低呢 ? 就是 32’ 的最低音再低八度, 頻率再除以二. 32’ 最低的 C 頻率是 16Hz, 所以 64’ 的這個音就只有 8Hz. 不要說用耳朵聽了, 就算用眼睛看大概都看得到簧片在那邊每秒震動八下. 低頻到這個程度, 其實已經沒有什麼音色可言, 再加上驅動這麼巨大的管子需要非常大的風壓, 產生的音量也很驚人, 這組音栓並不容易跟其它的音栓一起搭配使用.
簡單來說, 擁有 64’ 音栓是一件很爽的事, 但真正對琴的音樂性有沒有幫助, 還是個值得懷疑的問題.
溫度和濕度的影響
另外前面有提到, 特定音高所需要的管長, 是由聲音的頻率和波長計算出來的. 但你有沒有注意到, 我們在提到音速 (343.21m/s) 時, 有強調環境的溫度 (20 度 C) 和濕度 (乾燥空氣)? 對, 溫度確實會影響音速.
當氣溫升高到 35 度 C 時, 音速會變成 351.88m/s, 也就是聲音傳遞的速度會變快. 如果管長不變的話, 溫度升高時, 管子所發出來的音會跟著變高. 差多少呢 ? 從 20 度 C 變到 35 度 C, 音速會增加差不多 2.5%, 所以笛管的頻率也會跟著增加 2.5%.
2.5% 是多少? 非常多! 平均律一個半音的頻率比是 1.0594, 也就是 6% 左右. 差 2.5% 已經差了快半個半音, 任何有絕對音感的人應該都可以輕易聽出這麼大的差異.
不過, 當溫度升高時, 管子的金屬也會一起膨脹, 而金屬膨脹時, 會讓管子稍微變長. 管子變長, 音就會變低, 所以某些程度來說可以抵銷一點點因空氣溫度增加所帶來的音高改變. 但因為錫鉛合金的膨脹系數並不大, 大概在 25E-6m/mK, 所以 15 度的溫差造成的長度改變大概只有 0.03% 左右, 其實於事無補.
雖然音速會影響波長, 進而決定特定管長所發出來的音, 但不是所有的管子都依賴管長決定音高, 事實上只有笛管是靠管長來決定音高的. 簧管的音高是由簧片的震動長度決定的, 因此當波長改變時, 簧管的音高並不會被顯著的影響. 當然簧管的管子作為共震器, 它所共震的頻率會受到一定程度的影響, 但卻不會像笛管那樣改變音高.
另外, 濕度除了影響音速, 也會影響木管. 雖然用來製作木管的木材, 在使用之前一定經過長時間的 stablization, 但木頭究境是木頭, 吸了濕氣仍然會膨脹, 因此濕度的變化主要會影響木管笛管的音高.
最糟糕的一件事來了: 如果一台琴在 20 度 C 的時候把音調準了, 到了 35 度 C 時, 所有的笛管音都會變高, 而簧管的音則不太會偏移. 如果兩種管子在 35 度 C 時一起演奏, 一定是一場災難!
所以, 溫度和濕度的控制對管風琴來講是非常重要的一件事. 這對管風琴博物館裡的這台 Norman & Beard 是個非常大的挑戰.
Casavant Op. 700 的音栓配置
回到風琴博物館的這台 Casavant.
放在樓梯間的這些管子, 大部份都是因為長度太長, 收不進庫房裡, 才會被放在這. 從外型來看, 它們都是金屬笛管, 不過看不到管子的尾端, 無從得知它是哪一種管子.
根據 OHS organ database 的資料, 這台琴的音栓配置是這樣的:
Stoplist copied from the factory specificaitons
Boston, Massachusetts
Emmanuel Episcopal Church
Casavant Op. 700 1917 4/120
Courtesy of the Casavant Frères Archives
St. Hyacinthe, Québec, Canada
_______________________________________________
* retained from Geo. S. Hutchings Op. 216 (1890)
and Op. 444 (1899)
GALLERY ORGAN
GREAT CHOIR (encl with Solo)
16' Contra Gamba 61 8' Stentorphone 73
16' Bourdon 61 8' Gross Flute 73
8' Open Diapason 1 61 8' Viole d'Orchestre 73
8' Open Diapason 2 61 8' Viole Celeste 73
8' Stopped Flute 61 8' Gemshorn 73
8' Harmonic Flute 61 8' Quintadena 73 *
5 1/3' Quint 61 4' Harmonic Flute 73
4' Octave 61 2' Harmonic Piccolo 61
4' Harmonic Flute 61 8' Orchestral Oboe 61
3 1/5' Tierce 61 Tremulant (CH/SO)
2 2/3' Twelfth 61 Sub
2' Fifteenth 61 Super
1 3/5' Tierce 61
1 1/7' Septième 61 SOLO
IV Mixture 244 8' Tuba Mirabilis 73
16' Trombone 61 8' Cor Anglais 61
8' Tromba 61 Sub
4' Clarion 61 Super
Celesta 61
SWELL Celesta Sub
16' Bourdon 73
8' Open Diapason 73 PEDAL
8' Viole di Gamba 73 32' Bourdon 7 *
8' Voix Céleste 63 16' Open Flute 32
8' Stopped Flute 73 16' Open Metal 32
8' Dolce 73 16' Gamba GT
4' Gemshorn 73 16' Bourdon GT
4' Traverse Flute 73 16' Echo Bourdon SW
2' Flautino 61 8' Open Flute 12
III Sesquialtera 183 8' Octave Metal 12
16' Double Trumpet 73 8' Bourdon GT
8' Trumpet 73 8' Echo Bourdon SW
8' Oboe 73 4' Open Flute 12
8' Vox Humana 61 * 32' Contra Trombone 12 GT
4' Clarion 73 16' Trombone 32
Tremulant 16' Small Trombone GT
Sub 16' Echo Trombone SW
Super 8' Tromba 12
4' Clarion 12
CHANCEL ORGAN
* new pipework; all other is retained Hutchings pipework
** partly new
GREAT SWELL
16' Dbl Open Diap 61 16' Bourdon 73
8' Open Diapason 1 61 * 8' Violin Diapason 73
8' Open Diapason 2 61 8' Spitz Flute 73
8' Open Diapason 3 61 8' Salicional 73
8' Double Flute 61 8' Voix Céleste 61
8' Stopped Flute 61 * 8' Stopped Flute 73
4' Octave 61 8' Aeoline 73
4' Harmonic Flute 61 4' Octave 73
2 2/3' Twelfth 61 4' Violina 73
2' Fifteenth 61 4' Traverse Flute 73
III Mixture 183 2' Piccolo 61
IV Mixture 244 * IV Mixture 244 *
16' Trombone 61 ** 16' Contra Bassoon 73
8' Trumpet 61 * 8' Cornopean 73
4' Clarion 61 * 8' Oboe 73
8' Vox Humana 61 *
PEDAL 4' Clarion 73 *
32' Bourdon 5 ** Tremulant
16' Open Flute 32 Sub
16' Open Metal GT Super
16' Violone 32
16' Bourdon 32 CHOIR
16' Echo Bourdon SW 16' Dulciana 61 **
16' Dulciana CH 8' Open Diapason 61 *
8' Open Flute 12 8' Gemshorn 61
8' Violoncello 12 8' Viola di Gamba 61
8' Bourdon 12 ** 8' Melodia 61
8' Echo Bourdon SW 8' Lieblich Gedackt 61 *
8' Dulciana CH 8' Dulciana 61
4' Super Octave 32 8' Unda Maris 49 *
4' Bourdon 12 4' Gemshorn 61
32' Bombarde 5 GT ** 4' Violina 61 **
16' Bombarde 32 * 4' Wood Flute 61 **
16' Trombone GT 2 2/3' Twelfth 61 *
16' Bassoon SW 2' Piccolo 61 *
8' Tromba 12 * 1 3/5' Tierce 61 *
4' Clarion 12 * 8' Trumpet 61 *
8' Clarinet 61 *
CHAPEL (playable on SW) 8' Musette 61 *
8' Open Diapason 61 4' Clarion 61 *
8' Salicional 61 Tremulant
8' Melodia 61 Sub
4' Octave 61 Super
16' Pedal Bourdon 27
它分成 Gallery 跟 Chancel 兩座琴, 而且還有一組獨立的管子叫做 Chapel 可以透過 Swell keyboard 的 coupler 操作.
我特別標出三組紅色的音栓, 是這台琴的 32 呎音色. 其中 Bombarde 32’ 跟 Contra Trompobe 32’ 是簧管, 而 Bourdon 32’ 則是木頭笛管, 都不是我們在樓梯間看到的管子. Bourdon 32’ 雖然是笛管, 但它是 closed pipe, 所以所需的長度只有 open pipe 的一半.
至於樓梯間那些管子是什麼, 就只有等到這架琴要安裝時才能知道了.
風琴博物館正在鼓浪嶼上, 靠近三丘田碼頭的地方建造另一棟建築物, 為的就是要安裝這架 Casavant. 相當, 相當令人期待…
作者您好：
很不幸，台灣本土對於管風琴的認知相當貧乏。您這篇作品文筆生動、富有教育性，實在是不可多得的佳作，以後尚仰仗作者這樣的有志之士普及管風琴之美於大眾。本人對管風琴也有濃厚的興趣，只可惜鋼琴功夫不佳，還未能「指染」，只能去教堂聽演奏過過乾癮。
另外，大西洋城那座巨無霸也有十組卅二呎音栓，好像也是世界紀錄，可惜漏水蹧蹋了好多年，無奈沒錢復舊，目前大約有三成可供使用。敬請
台安
謝謝版主，要開班授課
您好：謝謝您的分享，從照片看起來，這台像是一台法式的琴。64呎的音管的確不多見，我也只認真聽過一次，坦白說，單獨使用時確實幾乎聽不到，但跟其他音管搭配，能讓低音更顯柔和。我是彈管風琴的人，在我彈得到的幾台管風琴來說，只有一台把swellbox裝在比較高、比較後面、也接近天花板的位置，其他幾台都在很外面，幾乎就在彈奏者頭部上方而已。據我粗淺的認知，會把principaler裝在最外側的原因大抵兩個，一是principaler提供管風琴最主要且穩定的聲音，二就是為了美觀，因為從古至今都是金屬材質，看起來亮亮的很有質感。