風琴博物館遊記 (一)

在廈門的第一天, 我跑去鼓浪嶼閒晃時, 在那邊打了卡, 郭姊在美國看到了, 馬上捎來訊息, 告訴我鼓浪嶼的風琴博物館裡有位技師, 是個該認識的人物.

隨即透過郭姊的牽線, 我很快地聯絡上了這位在風琴博物館服務的技師, 並約了他今天碰面聊聊. 本來應該直接到博物館找他的, 不巧他這幾天都有事請假, 但我真的非常想要跟他見面聊聊. 這世界上熱愛管風琴的人本來就不多了, 懂得維修管風琴的人, 又是在中國, 更是少之又少. 再怎麼樣我一定要跟他見面聊聊.

所以我們就約了早上七點半在我住的飯店碰面, 一起吃早餐.

我研究管風琴這麼多年, 認識的大部份都是演奏者, 除了上次經由郭姊介紹認識了 Schantz 管風琴公司的老總外, 這是第一次認識可以跟我聊管風琴構造和原理的人. 而且, 還是講中文.

聊得很愉快就不用說了, 聽到他去澳洲學習老琴維修和 restoration 的經驗簡直就讓我熱血沸騰啊.

雖然意猶未盡, 但畢竟我是來出差的, 所以還是得結束這愉快的早餐之約, 乖乖上工去.

不過, 下午結束公務行程回到廈門島上後, 我決定再去鼓浪嶼, 造訪風琴博物館.

再訪鼓浪與嶼

離開飯店後, 還是叫不到計程車. 飯店的人告訴我, 前面不遠處有公車站牌, 我可以坐公車去輪渡碼頭. 我打開 Google Maps 看了一下, 確定公車路線沒有問題, 就很 local 地跳上了一班有到輪渡碼頭的公車.

其實廈門的公車還不賴, 空調夠強, 搭車的人也不多, 司機開車也蠻守規矩的. 相較之下, 台北市公車司機的某些駕駛行為, 在先進國家可能是犯法的…

買了 8 元的來回渡輪票, 上了渡輪, 我又再度來到了鼓浪嶼.

風琴博物管位在島上的 “八卦樓”, 離渡輪停靠的三丘田碼頭不遠, 但需要走上一個大斜坡. 島上的物資搬運都仰賴人力板車, 要把那些管風琴的零件從碼頭運上來, 一定是件很辛苦的事, 尤其是那些 32 呎的管子, 隨便一根都上百公斤, 頂多只能把 tuning slide 拆開來搬, 管子本身的重量還是很驚人的.

八卦樓以紅色的圓拱屋頂著稱, 稱之為 “八卦” 的原因只是因為圓拱上有八道稜線, 並沒有什麼宗教或是風水的色彩. 不過因為園內林木參天, 加上它的裙樓建築也頗為高大, 從近處很難看到它的紅色圓拱.

風琴博物館的大門並不顯眼, 而且到處都擠滿了來看熱鬧的遊客. 我想大部份的遊客應該比較知道鋼琴博物館, 會到風琴博物館來, 應該只是因為鼓浪嶼的套票中包含了這個點, 真正像我一樣來看門道的人絕對少之又少.

Norman and Beard

這架 Norman & Beard 的琴是風琴博物館目前展出的鎮館之寶, 也是我今天來這裡的重點. 這是一台英國琴, 建造於 1909 年. 照片上的就是它的 console, 有 3 層手鍵盤, 21 組音栓, 1350 隻管子.

Norman & Beard 公司在 1916 年被併入 William Hills & Sons, 變成一家叫做 “William Hills & Sons & Norman & Beard” 的管風琴公司. 原來這種公司合併名字越接越長的事不是從 Sony Ericsson 開始的啊… 不過他們後來大概也發現這名字太誇張了, 所以又改成 Hills & Norman & Beard.

網路上查得到很多這家公司的作品, 也知道他們後來為了拓展澳洲市場, 1927 年開始在澳洲設立了分公司, 在澳洲有大量的作品. 但我查不到這間公司的現況, 只知道澳洲公司在 1974 年就結束, 我猜英國的公司應該也不復存在了.

這架琴原來在英國, 一個叫 Cradley Heath 的小鎮上, 一間衛理公會的教堂裡. 這個小鎮在伯明罕西邊大概 10 公里的地方. 如果不是為了查這台琴的來歷, 我大概一輩子也不會知道 Cradley Heath 這個小鎮.

鎮上的衛理公會教堂在 2004 年關閉, 而教會則尋求出售這架琴的機會. 最後輾轉透過澳洲的一位風琴技師  Ian Wakeley 得知廈門的風琴博物管正在蒐集收藏品, 而決定將它售予風琴博物館, 免除了它被拆解當作零件的厄運.

當時的管風琴師 Paul Carr 在他的網頁中記錄下了 2004 年 7 月, 這架琴在 Cradley Heath 的教堂中拆解, 包裝, 運送到鼓浪嶼, 一直到 2005 年 2 月在風琴博物館中組裝起來的過程.

Tubular Pneumatic Action

這架琴罕見的地方在於它的傳動系統. 它不是 mechanical tracker action, 也不是電子傳動 (1909 年應該還沒有電子傳動的管風琴), 而是所謂的 tubular pneumatic action, 氣壓傳動.

Tracker action 的琴利用各式各樣的連桿將 console 跟管子的機構連接起來, 因此 console 擺放的位置相當受限, 而且隨著使用的音栓和 coupler 數量增加, 鍵盤的觸鍵重量會越來越重. 一般的鋼琴觸鍵多在 50g 到 70g 左右, 但 tracker action 的管風琴, 在不使用 coupler 的狀況下觸鍵就將近 100g 了. 如果兩隻手各彈一個四音的和聲, 演奏者的肩膀就要承受將近 1 公斤的力量, 更不用說如果還要開 coupler 的狀況下, 對演奏者的體力負擔有多大.

雖然在十九世紀初發明了 Barker lever 增壓系統, 可以用儲風箱裡的壓力當做動力源, 對機械連桿增壓 (動力方向盤的始祖?!), 讓演奏者可以在不增加負荷的狀況下操作更多管子, 但 tracker action 終究是 tracker action, 從 console 到管子之間仍然連接著數以百計的木條, 使得 console 的擺位和方向仍然受到限制.

Tubular pneumatic action 的管風琴捨棄了 tracker 的連桿, 改用壓縮空氣來傳動. 和 Barker lever 的原理很類似, 動力來自儲風箱裡的壓縮空氣, console 上的每一個鍵都用來控至一個氣閥, 而氣閥的的輸出的壓縮空氣則經由鉛管傳送到管子附近, 用壓力的變化來控制管子的開關. 因為鉛管可以彎折, 所以 rank 的安排和 console 的擺位就變得非常有彈性, 不再受限於 tracker action 的機構. 但 tubular pneumatic action 的琴最為演奏家所詬病的問題就是反應速度太慢, 不好控制. 在當時, 傳動用的壓縮空氣跟驅動管子發聲的壓縮空氣是同一個來源, 而驅動管子的壓力其實只有大概 0.1 PSI 上下, 如果 console 跟管子的距離稍遠一點, 演奏者其實是可以明顯感覺到壓力在鉛管中傳遞的延遲, 讓琴變得很難駕馭. 而且沒多久之後, 電力和電磁理論的工程技術就突飛猛進, 有了電磁控制的技術, 之後的大型管風琴都漸漸改用電子傳動, 氣壓傳動的琴就漸漸式微了. 在數百年的管風琴歷史中, tubular pneumatic action 的琴只存在短短的一二十年, 所以現存的這種琴更顯得珍貴. 風琴博物館的這架 Norman & Beard 就是其中之一.

這架 Norman & Beard 安裝在八卦樓的塔樓正中央, 因此除了正面的 console 外, 另外三面都是開放的, 可以直接看到琴的內部構造. 這世界上能這樣讓人看光光的管風琴真的不多.

第一次看到這些管子時, 我還以為它們是電纜, 但仔細一看才知道它們就是 pneumatic action 用來傳送壓縮空氣的鉛管. 鉛的熔點很低, 只有三百多度, 如果跟錫合金後熔點還可以降到兩百多度, 不管是鑄造, 滾軋, 還是融接, 都很好加工, 因此鉛錫合金一直是管風琴金屬零件的首選材料, 大部份的金屬音管也都是用鉛錫合金做的. 原來在現代電子業大量使用鉛錫合金當焊接材料之前, 管風琴工藝早就使用這種合金幾百年了.

這些鉛管的作用就有點像現代分離式冷氣的冷媒管, 它們要可以彎折成各種形狀或角度以適應安裝的環境, 但又要有足夠的剛性以承受管內傳送的高壓氣體. 只不過因為鉛的毒性比較高, 因為環保的原因, 現在的金屬管多半用銅而不用鉛製作了.

整束的鉛管從 console 走到 wind chest 上方後便分開, 各自通往每一個鍵所對應到的音. 機械式的琴會把尺寸相近的管子放在一起, 把不同音色但同一個音高的管子排成一排, 共用同一個 sound board, 而這個 sound board 下只有一個 pressure chamber, 一組氣閥.

這樣的結構像個矩陣一樣, 一個維度用氣閥來控制哪一個音要開啟, 而另一個維度則用 slider 來控制哪一個音栓要作用, slider 則透過連桿連到 console 上面的音栓把手.

照片中那些橫向的木條, 就是用來控制 slider 的連桿, 它們決定哪一個音色要打開. 音栓不像鍵盤一樣需要在演奏中高速動作, 控制音栓的連桿鮮少用 Barker lever 增壓, 也不太可能用 pneumatic action 來傳動. 它們仍然維持最傳統的 tracker action.

鼓風系統

管風琴既然是 “風” 琴, 當然要有風. 在電動鼓風機發明之前, 所有的管風琴都是以人力鼓風作為動力的來源, 而如何維持穩定的壓力, 又要提供足夠的流量, 就成為管風琴設計與建造上的一大難題.

照片中看起來像一片一片木板疊起來的東西, 就是這架管風琴的儲風箱 (reservoir). 它其實像個彈簧一樣, 可以伸展開來, 每一片中間用羊皮封住, 驅動管風琴的空氣就被困在其中.

風箱上面黑色一格一格像巧克力的東西其實是鐵塊, 它們是儲風箱的配重. 加在儲風箱上的重量會壓縮風箱裡的空氣, 於是就轉換為驅動管風琴的壓力. 因為配重的重量不會變, 風箱的面積也是固定的, 因此不管風箱膨脹到哪個位置, 它裡面的壓力都是衡定的, 因此就能提供所有的管子穩定的氣壓.

這台琴另外一個珍貴的地方在於, 雖然重新安裝時已經幫它加上了電動鼓風器, 但仍然為它保留了原始設計的手動鼓風系統. 照片中那個槓桿狀的把手就是它的手動鼓風把手. 換句話說, 這台琴可以在不插電的的狀況下, 靠人力鼓風來演奏.

不同的管子需要的風壓可能會不一樣, 要讓 Trumpet 8’ 發出聲音所需要的風壓, 顯然就會比驅動 Gedeckt 8’ 所需要的風壓大. 因此在音栓比較多的琴上面, 通常會有一組以上的風箱, 以供應不同壓力的空氣給不同的管子.

從這架琴的右側可以看到它有大小兩個風箱, 下面的風箱就是前一張照片裡的那個, 面積比較大, 配重看起來也比較多. 另一組風箱位於比較高的地方, 面積只有大風箱的三分之一左右, 配重也明顯少很多, 因此它輸出的壓力就會比大風箱要小.

另外, 很都人以為管風琴可以用風壓調整音量大小, 其實事情並沒有這麼簡單. 管風琴用來驅動每一隻管子的風壓大小已經由風箱的尺寸和配重決定了, 不能改變. 管子本身就只有開或關兩種可能, 不像管樂器可以輕輕吹或是用力吹. 但為了演奏上的需要, 管風琴通常會有一層鍵盤叫做 “ Swell”, 屬於這層鍵盤的音栓是可以用一個叫 Swell 的踏板調整音量的. 這是怎麼做到的呢 ?

首先, Swell 音栓的管子會被安裝在一個大箱子裡, 這個箱子叫做 swell box. 箱子的前面會有個像百葉窗的機構, 叫做 shutter, 由 swell 踏板控制它的開關. 百葉窗關起來時, 聲音就被悶在箱子裡; 百葉窗開得大一點時, 聲音就比較能傳出來, 聽起來音量就比較大.

一般安裝在教堂裡的琴, swell box 都藏在後面, 很少會露出來讓你看到 swell 的動作, 但這台琴因為可以從側邊看, 所以可以清楚看到 swell box 的動作.

但這個動作並不是非常線性, 也很難真的做出非常小聲的音量, 因為管子仍然在 swell box 裡用它原來設計的壓力發聲, 並不是真的可以讓它發出比較小的聲音. 一般來說, 安排在 swell keyboard 上的音栓多半都會設計成用較小風壓驅動的管子, 否則如果弄個很大聲的 Diapason 在裡面但又用 swell box 把它關起來, 豈不浪費能量又難聽. 以這台琴來說, 剛剛看到的那個比較小的儲風箱, 就是用來供應 swell 的.

因為 swell 能控制音量的範圍有限, 大部份管風琴的音量或是表現強度仍然是透過改變音栓的組合來達成. 大一點的琴通常會有個叫做 “crescendo” 的踏板, 就是樂譜上用來表示 “漸強” 的那個 crescendo. 隨著 crescendo 踏板越踩越深, 不用另外拉音栓也會有越來越多的管子加入演奏, 讓音量更大, 氣勢更磅礡. 至於 crescendo 踏板踩到什麼深度要加入哪些音栓, 才能讓整體的強弱變化協調又平衡, 就是考驗設計者的功力了.

大部份安裝在教會或是音樂廳的琴, 都只能讓我們看到正面第一排的音管, 而不知道為什麼, 大家都不約而同地把 Prinziple 或是 Open Diapason 這種典型的音管安裝在正面, 因此我們最常看的管風琴管子就是這一種.

但這台琴可以讓我們從後方可以看到很多種不同的管子, 金屬管和木管都有. 管風琴的管子分成笛管跟簧管兩種. 笛管是利用空氣流過狹縫時的低壓產生震動, 進而在管內產生駐波來發聲, 因此笛管的音高是由管長來決定. 而簧管則是用空氣吹動簧片來發聲, 音高是由簧片的有效震動長度來決定, 管子只是簧片的共振器. 因此, 管風琴調音時, 笛管要調整管子的長度, 而簧管則是調整簧片的長度.

管風琴的調律

管風琴的調音也是一件直得另外寫篇文章介紹的題目.

管風琴是鍵盤樂器, 十八世紀之後的西方音樂發展, 大致上都以平均律為鍵盤樂器的調音基準, 這樣才使得二十四個大小調的音階相對特性都一樣. 在平均律發明之前, 一個八度內十二個半音的定位其實有很多各式各樣的方法, 但主要的目的都是為了讓和聲聽起來和諧.

八度聽起來為什麼合諧 ? 因為它們兩個音之間的頻律比值是 1:2. 完全五度聽起來為什麼合諧 ? 因為它們兩個音之間的頻率比值是 2:3. 這種具有簡單整數比的頻率相混, 聽起來就是和諧的和聲. 利用這種方式定出來的音階, 稱之為純律.

但平均律的發明, 稍微破壞了這個規則. 平均律為了讓一個八度內的十二個音, 相鄰兩音之間的頻率比值固定, 將 2 開 12 次根號得到 1.059 這個魔術數字. 這讓所有的音程不管是在哪一個調, 聽起來都有一樣的的相對關係, 也因此讓二十四個大小調都有一樣的音階與音程.

但平均率的五度跟自然泛音的五度, 稍微差了那麼一點點. 平均率的五度, 兩個音之間的比值是 1.059 ^ 7, 差不多是 1.4983. 而自然泛音的五度, 兩個音之間的頻率比值是 2:3, 或是 1:1.5. 也就是說, 平均律的 Sol 比自然泛音的 Sol 低了那的一點點. 真的只有一點點. 以中央 Sol 來說, 兩者的頻率差異大概是 0.75Hz.

這麼小的頻率差異, 單聽一個音, 人耳是絕對聽不出來的. 但管風琴有種很常見的音栓叫做 Mixture, 這種音栓一個音會有很多隻管子, 除了基頻外, 還會有五度和八度的泛音. 以最常見的 Mixture V 音栓來說, 羅馬數字 V 代表這組 Mixture 有五個音. 如果我們按下了中央 C, 或是說 C4, 除了這個音外, 它同時還會有 G4, C5, G5, 跟 C6 等其它四隻管子發聲. 八度沒問題, 它就是兩倍頻, 但五度的管子究竟要調成平均律的五度, 還是純律的五度呢 ? Mixture 的五度, 要的是絕對的合諧 (這樣 Mixture 才會好聽), 所以好像應該調成自然泛音, 但純律的五度會讓不同調性的音階聽起來略有不同 (這就是為什麼他們想破頭也要把平均律解出來的原因). 如果基頻調成平均律, 但 Mixture 調成純律, 當我們用 Mixture 彈一個五度和聲時, 基頻的五度跟泛音的五度會有極微小的頻率差異. 因為差異不大, 所以聽起來不會不準, 但會有拍頻的效果, 也就是兩個頻律只差一點點的訊號混合後, 會產生一個振幅緩慢變化的干涉結果, 聽起來就是個大小聲會抖的音.

這真的是個很複雜的問題, 改天有空再另外寫一篇來聊. 這邊扯太遠了.

寫了這麼多, 其實只寫了不到一半我所看到的, 所以只好下集繼續了.