传承天才之琴——浙江音乐学院标准音乐厅管风琴的制造原理和实际应用

李艺花

[内容提要]目前国内各大音乐学院对管风琴艺术及技术的研究和实践还处于发展和探究阶段，本文将管风琴制造大师卡维尔-科尔的管风琴核心部件制造理论，凝练出十个主要制作与设计要点，结合2018 年落成的浙江音乐学院标准音乐厅管风琴实体，本着“求真务实，追根溯源”的制琴精神加以研究，为音乐学院管风琴教学和实践起到抛砖引玉的作用。

前言

在长达两千多年的管风琴发明和创造史中，当我们提到“天才”的时候，首先会想到法国管风琴制造大师卡维尔-科尔（Aristide Cavaillé-Coll 1811-1899），他被誉为19 世纪最著名的管风琴制造大师，在管风琴制造、艺术和科技领域的贡献极大地推进了整个行业的全面发展进程。

在管风琴制造方面，据史料记载，卡维尔-科尔一生制造了500 台管风琴（包括重建），自1850 年开始呈现的作品无论从手工制造还是音色理念，都代表法国管风琴制造的最高水准，在巴黎，他最著名的管风琴作品当属巴黎圣母院大教堂（Notre-Dame de Paris）圣但尼圣殿（Saint-Denis Basilica）管风琴，圣叙尔比斯教堂（Saint-Sulpice church）管风琴是他最大的作品，由5 排手键盘和102 个发声音栓组成（见图1）。

图1.

一、卡维尔-科尔风格管风琴的艺术价值

在管风琴音乐作品创作方面，通过贝多芬、李斯特的创作经历可以看出，乐器是音乐创作的物质基础和保障，有音乐史学家发现，卡维尔-科尔从器乐性能上影响了诸多作曲家的创作，如维多尔（Charles-Marie Widor 1844-1937）、吉尔芒（Alexandre Guilmant 1837-1911）、维尔纳（Louis Vierne 1870-1937）、杜普蕾（Marcel Dupré 1886-1971）等，他们的音乐创作受到了卡维尔-科尔交响式管风琴创作理念的影响，留下了很多旷世佳作。

在管风琴科技研发领域，卡维尔-科尔将数十项发明及革新成果应用到了管风琴制造领域。例如，他创造性地将主要键盘（Great/Grand-Orgue）代替伴唱键盘（Positif）作为具备联键功能（整合全部管风琴音栓）的第一排手键盘；他发明的管风琴音响调节柜（Swell Box）深入“挖掘”了管风琴潜在的交响性表现力；他改革了音管制作及整音技术，创立了和声音栓家族（Harmonic Stoplist）及管弦乐队仿生音栓家族（Imitating Stoplist），基于可以模仿管弦乐队乐器发声的音栓及本真音栓的音色特点和平衡设计出的“管风琴音栓四大件”（Orchestral quartet），包括主要音栓（Principals）、哨管音栓（Flutes）、弦乐音栓（Strings）和簧管音栓（Reeds）被管风琴制造业沿用至今。

在2018 年落成的浙江音乐学院标准音乐厅（以下简称“标厅”）的管风琴音色和音栓配置方面，正是采用了法国管风琴制造大师卡维尔-科尔的法式风格设计而成。

二、“标厅”管风琴的艺术特点

对照卡维尔-科尔制造的管风琴音栓配置表，可以看到最具代表性的基础音栓：Prinzipal、Gedeckt、überblasende Flo..te、Streicher，他尽可能将这些基础音栓设置在每一台管风琴的音栓序列中，然而，这种音栓构思有时也未必能完全展现在小管风琴身上，例如同属基础音栓的Basson-Hautbois。浙音“标厅”的小型交响式管风琴由19 个音栓组成（详见表1），包括8 个8 尺音栓，其中包含了三个“亮点”：

表1.浙江音乐学院“标厅”管风琴的音栓列表

一是Flu^te harmonique 8’音栓在“标厅”的旋律表现出众，整体音响效果由典型的卡维尔-科尔式优美的弦响音栓序列呈现。

二是渐强（crescendo）与渐弱（decrescendo）的效果圆润且平顺。

三是混合音栓和簧管音栓的Trompete，能够在面积较大的“标厅”中绽放出极致辉煌的金属音色。

“标厅”的管风琴是一台几乎具有卡维尔-科尔全部制造特质的乐器，但它并不拘泥于复制某一台传统的管风琴，考虑到这台琴还要作为教学琴和练习琴使用，设计者们赋予了它“全面发展”的多功能乐器属性。在卡维尔-科尔完成第一台管风琴作品之后的150 年间，他的制造技术和经验依然在管风琴制造业中“持续发酵”，特别是在气动领域和机电工程方面取得了巨大的发展。

本文从不同技术层面探究卡维尔-科尔“天才之琴”的建造原理是如何传承并发展到国内音乐学院管风琴代表作之一的浙音“标厅”管风琴身上。

（一）送风系统（Wind System）

若要一座管风琴发出平稳的声音需要大量的气流，在19 世纪对于所有的管风琴制造商而言，能够制造出把所需风压在任何时候都能够持续不间断地传输到每个音管内的管风琴，都是一项挑战。气流是管风琴恒定不变的典型特征，传统的楔形鼓风器（一般情况下，我们称传统的人力鼓风装置为鼓风器；称现代的电动鼓风装置为鼓风机）（见图2），如果向下按压它的时候会改变气流的压力，然而卡维尔-科尔设计研发的新型鼓风器（见图3），可以制造出更为持续且恒压的气流，其启动机制是平行升高膨胀起来的双折叠式风箱，它可以直接放在音管气室下方，提供持续且安静的气流，一台超大型的管风琴需要多达20 台这样的鼓风器。

图2.

“标厅”管风琴在送风系统方面与卡维尔-科尔“原型”极为接近，不同的是当今的电动鼓风机替代了人力鼓风器，鼓风机制造的被压缩的空气在“回转式风压调节器”（见图4）的作用下进入风箱内，被称为卡维尔-科尔式送风系统，这套风量微调的“神器”，是“标厅”管风琴送风系统的独到之处。从安装位置上看，这台琴没有将鼓风机放置于距风箱较远的位置，而是与之集为一体（见图5），这样做的优势是不但节省空间，还可提供稳定的风压，如今大多数的管风琴都是基于这个送风系统设计的。有的管风琴制造商会在气室内设计一个简单的防逆流阀。

图3.

图4.

此外，在风箱下方安插若干菱形控压弹簧，这样设计的特点是弹簧在风箱逐渐膨胀时其张力会表现得越发强劲，在演奏很多音的时候，风压也将会随之增强，因此使用这种独特的“回转式风压调节器”在菱形控压弹簧的作用下，将会产生更为柔和、稳定、安静的风压。有德国管风琴制造专家曾赞叹道：“这样的声音听起来安静地就像一个巨大的气室直接安装在风箱下面。”由此可见这套送风系统的静谧性。

图5.

（二）气室（Wind Chest）

气室（见图6）是管风琴的“心脏”，正如卡维尔-科尔制造的管风琴一样，这座管风琴同样配置滑板（slider）抽拉式气室。这台琴的尺寸无需使用巴克杠杆原理[1]名字源于英国管风琴工程师巴克（Charles Spackman Barker），巴克杠杆是减少管风琴键盘按压阻力的气动装置，可以给演奏者以多倍助力，它中断了键盘与阀板之间的连接，演奏者无需直接打开阀板，便可让阀板活动，这对于管风琴发出强大且持续的声音是非常有必要的。巴克杠杆原理为19 世纪制造更大的管风琴提供了技术保障。制造，这样的优势是演奏者可以很好地感受到阀板（pallet）的启闭，这对于诠释巴洛克时期的作品尤为重要，演奏者可以准确地诠释装饰音和颤音（需要快速启闭阀板）。

图6.

尽管低音区域的音管需要大量的气流，但阀板还是可以被轻松的打开，这要依托于管风琴电磁阀（见图7）制造技术的革新。在大字组（最低音）音区的气室内，每一根音管对应一个阀板，单独控制每一个阀板可以有效避免按下琴键时过重的静阻力，一个阀板打开之后首先消除了气流阻力，第二个阀板在稍晚打开的时候就不需要再消除过多的气流阻力，同时还能提供给较大音管充沛的气流。

图7.

经过周密计算并调试的气室阀板，不但“雨露均沾”地供给每一只音管充足且均衡的气流，更为演奏者提供了酣畅淋漓的演奏驾驭感和平衡感。

（三）轨杆机械（Tracker Action）

轨杆机械（见图8）是连接键盘与气室的重要部件，也叫管风琴的“传动轴”，亦属管风琴键盘机械的一部分。

传统的管风琴轨杆材质使用薄厚适中的木条作为联动杆，当琴键按下后，轨杆会相应抬高，联动杠杆的制造水平决定着一台机械原理的管风琴的演奏质量，即演奏者能否体验到灵敏的触键反馈音，包括能够轻快地演奏颤音和装饰音，体验到琴键逐渐下沉过程中随之逐渐加大的音强。这种趋于完美的演奏效果在19 世纪的管风琴音乐中便得以实现。

随着现代化材料的发展和普及，“标厅”管风琴的轨杆与时俱进地使用了轻量化且耐受性高的碳纤维材质，其对演奏的支持性能同样可以媲美木质材料。

图8.

（四）音栓组合(Registration)

一台交响式管风琴应具备迅速切换音栓并及时作出强弱音响变化的功能，卡维尔-科尔发明的分体式音栓组合柜，可以保障演奏者通过脚踏板控制预先设定好的音栓，做到音栓的“无级变换”，而传统管风琴的音栓组合变换是乐器设定好的，演奏者无法实现个性设置，音色的变化较为突兀，音乐的表现较为受限制。

1900 年，随着科技的进步，自由音栓存储系统问世，这种存储系统的优势在于可以实现每个音栓的预制存储，前提条件是要为这个系统安装一个电子式或者气动式(带有增强气流的)音栓运行装置，卡维尔-科尔所设计的最后几台管风琴中应用了这样的自由音栓存储系统，可以存储不超过4 个这样的自由音栓组合，相比传统管风琴音栓组合的固定模式，这样的自主变化虽然有限，却实现了音栓自动化从无到有的飞跃，起到了抛砖引玉的作用，启迪了日后管风琴音栓存储科技的发展。

到了1970 年，随着管风琴科技的继续发展，自由音栓存储系统功能逐渐强大，通过一块电子液晶显示屏，可以选择并存储至少64 组音栓组合。之后又出现了音序器（声音序列发生器），音序器具有丰富的编辑和存储功能，演奏者不但可以通过脚踏板或数字按钮快速准确地切换几乎无限多的音栓组合，还可以将所有MIDI 通道中的演奏信息存储并自动播放出来。

如今，浙音“标厅”的管风琴配置了一套更为现代化且数字化的自由音栓存储系统，管风琴演奏者可以随心所欲地存储并使用自己喜欢的音栓组合。如今早已普及的自由音栓存储功能，却是卡维尔-科尔毕生追求的科技梦想，不由得令人感叹当代科技给我们生活和艺术带来的巨大改变（见图9）。

图9.

（五）金属音管及布局（Pipes）

锡含量较高的金属音管优点是坚固，一项关于管风琴金属音管的研究报告指出，金属音管的成分中，锡含量只有在不低于80%的情况下，才能确保其百年之后不弯曲变形，除此之外在外形稳定的基础上，众多杰出的管风琴制造商的经验之谈告诉我们，这样成分配比的好处还在于声音的稳定性，即保持管风琴金属音管的发音有光泽且平稳。

原则上管风琴金属音管的成分由80%的锡和20%的铅组成，实际也并非绝对。具体分析“标厅”的金属音管（见图10），如像Bourdons 这样音色柔和的音栓，其音管中铅的含量配比较高，这样可以使音管的质地更加坚硬，振动幅度相应缩小，在获得更为柔和的音色同时，不会消耗管壁的振动和波动能力。而对较大尺寸音栓对应的音管而言，为确保其持久的外形和华丽的音色，80%的锡含量就显得尤为重要了。由此总结，锡管耐性和铅管硬性两者缺一不可。

图10.

此外，观察卡维尔-科尔设计的管风琴会发现，其音管布局空间显得格外大气宽敞。通常情况下，一排手键盘可以配置多达4 个与音管相对应的气室（如主要键盘），而反观当时很多其它的管风琴制造商却仅配置了1 个这样的气室。如果你想听到优美动听的管风琴音乐，音管与音管之间的距离安置就不宜过分紧凑，以避免距离过近的音管之间发生“无序吹奏”，产生不和谐的音响。

（六）音色的定位和表现力（Expression）

自1850 年开始，音管的调音准确度大为提升，已接近现代的水平。较大的音管上设有调音金属厚片（见图11），较小的音管设有调音金属卷片（见图12），我们可以通过使用调律工具放宽或收窄金属片位置的办法，缩小或增加音管的有效震动长度，从而达到升高或降低音高的目的。卡维尔-科尔所使用的绝大多数音管的顶部下方都设有调律切口（见图13），通过垂直上下轻敲这部分的调音金属卷改变音高。调律切口的大小与音管的长度相辅相成，其布局和大小决定部分哨管的弦乐音色柔和度，因此卡维尔-科尔将很大的精力投入到计算音管长度与调律切口黄金比例的工作中。正如弦乐中的古大提琴，完美的琴身切孔能换来优质且柔和的音色[1][德]莱纳·杨克.为林克管风琴历史音管材质调音感受.[EB/OL].http://orgel-info.de/schoen-a.htm,1996-08/2022-04.。

图11.

图12.

图13.

一台典型的法式管风琴总会配置大量的簧管音栓，卡维尔-科尔在每一台管风琴作品中都尽可能的配置了Trompeten-Registern 音栓，与此同时，一旁的Voix humaine 8'和Clarinette 8'音栓也在列其中，由此可见，仅仅在增加簧管音栓的配置规模上，卡维尔-科尔的作品就大大超越了古典时期的管风琴。大量的簧管音栓和键盘音域的增加，给予了当时的管风琴强大且宽泛的音响动态范围。

为了精确复原卡维尔-科尔时代独特的簧管音色，“标厅”管风琴在制琴时就严格遵从法式传统手工艺要求对簧管进行加工，特殊处理簧舌部分金属薄片的弧度，在落地安装后的整音阶段，再次根据音乐厅的混响及音色调整音管内部结构，使发音尽可能接近法式风格，例如Schwellwerk键盘中Oboe 音栓、Hauptwerk 键盘中的Trompete音栓、Pedal 脚键盘中的某些音栓，虽同属簧管音栓，它们的发音在明亮中却透出法式暗淡风情，充满了刚柔相济之美。

现代管风琴相比于历史管风琴配置了更多的8 尺音栓（音域与钢琴对位相符），这使得管风琴音量在增强的时候，音质不会明显的变差，保障了管风琴的音乐性。[1][法]塞西勒·卡维尔·科尔，伊曼纽尔·卡维尔·科尔.卡维尔-科尔的一生[M].[德]克里斯多夫·格拉特-格茨，译.施瓦扎克·格拉特-格茨出版社，1982:179.

管风琴音栓的高音区不可设置过强的音量，否则声音将变得粗糙尖锐；而像交响乐团中的某些乐器，特别是簧管乐器作为旋律声部演奏又会略显单薄。基于这样的矛盾，卡维尔-科尔天才般的将音管喇叭口制成双倍的长度，也就是双倍加长哨管并放宽它的直径，其音色将会变得集中且纯净，避免了杂音的出现，同时也强而有力的保障了键盘在上行演奏时最高声部音量及音色的清晰度。[2]同上。

关于“标厅”管风琴的音色定位，不仅仅是将卡维尔-科尔的管风琴作为典范加以复制，更考虑到音乐厅管风琴不同于教堂管风琴的交响性，例如短小的金属哨管听起来古典风格尤为明显，不同的木质簧管听起来像交响乐队的铜管和木管乐器一样色彩分明且辨识度高（见图14）。

图14.

（七）风压（Wind Pressure）

在一台大型管风琴中，风箱通常是被分开放置的，为低音区的音管输送较低强度的风压，如90mm／WS，为高音区的音管输送较高强度的风压，如100mm/WS。在有些教科书中写到，基于高音区高风压的特质，其簧管音栓的音强较大；但也有一些专家认为，这样的区别可以忽略不计，重要的是，如果大量的音管在低音区被同时演奏，空气中将会产生大量的气流，较小的音管会明显随之颤动，它们对风压的改变非常敏感。因此在高音区的气室上方安装音管支架，不但可起到固定支撑音管的作用，还可有效消除较小音管因气流干扰所产生的振动和杂音。

“标厅”管风琴的风压设置：

第二排手键盘（Schwellwerk）130mm/WS

第一排手键盘（Hauptwerk）105mm/WS

脚键盘（Pedal）90mm/WS

（八）演奏台音栓布局（Console）

管风琴演奏台至关重要的设计原则是便于管风琴演奏者能够快速地操作音栓拉杆（音栓键），基于此，卡维尔-科尔确立了将音栓拉杆配置在演奏台键盘的两侧，这样布局的优势在于，演奏者将手指离开键盘时，便可顺势将手臂向两侧移动，直接、快速且准确的操作音栓拉杆。通常情况下，低音及哨管音栓布局在面向键盘的左侧，右侧则设置高音混合音栓、簧管音栓及联键音栓。

“标厅”的演奏台（见图15）几乎按原型“复制”了卡维尔-科尔在1848 年建造的第一台独立演奏台（见图16），音栓拉杆排列以及对应的键盘位置如图。

图15.

图16.

（九）音响调节柜（Swell Box）

基于卡维尔-科尔的发明，将管风琴的某一些音栓声部安置在带有可移动的独立百叶窗箱体即音响调节柜内，演奏者在没有音栓助理的情况下，可通过控制脚踏板，调整管风琴的音量或增减音栓，被称为强弱音栓键盘组。这样设置的好处是，只要演奏者在相应的音区选用正确的音栓，便可让管风琴像交响乐团演奏那样，具备在不改变音质的情况下调整音量大小的功能，拥有这样功能的管风琴被称为音乐厅“交响式管风琴”。

（十）手键盘和脚键盘的音域（Register）

古典时期的法式管风琴，手键盘音域仅为C-d3（欧洲标注法），即51 键，脚键盘的最高音也仅到c1或者d1。卡维尔-科尔将手键盘的音域增加至g3或者a3（58 键），脚键盘增加到了f1,后期又增加到了g1(增加了5 个琴键)，基于管风琴琴键的增加，当时的法国作曲家迅速地做出反应，扩大了其音乐作品写作的音域。这样的记载，也不失为音乐史中乐器设计的改进反作用于作曲家音乐创作的经典案例。

“标厅”管风琴手脚键盘的音域与卡维尔-科尔制造的最后一台管风琴的音域是一样的，即手键盘61 键C-c4；脚键盘32 键C-g1，这样的配置与现今大多数管风琴是一致的，可以满足不同时期作品的需要，此外高八度与低八度的功能键（Sub）为管风琴创造了演奏更多现代作品的可能性。

结语

浙音“标厅”管风琴设计的初心与定位是教学琴和练习琴，不仅可以诠释管风琴独奏作品，还可以与小型室内乐团合作排演协奏、重奏作品。管风琴的外形与“标厅”的整体建筑风格高度和谐统一，并赋予了音乐厅画龙点睛之笔。相比较低的挑空而言，“标厅”的观众入口到舞台的纵深距离较长，这也为“标厅”从观众席第一排到末排获得同样优质的音响效果创造了声学条件（见图17）。

图17.

作为制作单位，德国弗莱堡史贝特家族管风琴公司（Freiburg Orgelbau）秉承了150 余年历史的传统制琴经验，在保留传统工艺的基础上加强了技术革新，即在最大限度还原卡维尔-科尔所代表的浪漫主义黄金时期的“天才”历史琴原貌基础上，开发更多有益于管风琴演奏者的科技配置。这样的制造精神、工匠精神，亦与本文作者在管风琴艺术和技术领域所追求的“追根溯源，开拓创新”的精神殊途同归（见图18）。

图18.