國家大劇院管風琴結構介紹

王興盛

【摘 要】 從安裝和結構的角度介紹國家大劇院管風琴，具體包括管風琴安裝情況、音栓音管、供風系統、演奏臺操作系 統、常用配件，以及管風琴的調音和日常維護。

【關鍵詞】 管風琴；音栓音管；供風系統；演奏臺；管風琴調音；維護

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.01.010

The Introduction of Organ Structure in NCPA

WANG Xing-sheng

（National Centre for the Performing Arts， Beijing 100031， China）

【Abstract】From the angle of installation and structure， this paper introduces the pipe organ in NCPA， including pipe organ installation condition， stops， wind system， mine air supplying system， bandstand operating systems， commonly used accessories， and tuning of the organ and daily maintenance.

【Key Words】organ； stop and chanter； air supply system； playing table； organ tuning； maintenance

一架流芳百世、音色優良的管風琴，是集藝術、音樂、技術于一體的藝術品，在音色、結構和技術上都折射出時代發展的趨勢，表現出造型藝術與建筑裝飾的珠聯璧合、渾然一體。

國家大劇院管風琴有不同尋常的設計與創新，它的結構復雜、價格昂貴，不僅外形與建筑物廳堂內部的裝修風格相協調，成為廳堂裝飾的神來之筆，而且要承擔高水準的演奏任務，是國家大劇院音樂廳的鎮廳之寶。筆者主要從安裝和結構的角度來介紹國家大劇院的管風琴，讓讀者能夠深入到管風琴的內部，全面了解管風琴的構造。

1 管風琴的安裝

管風琴的安裝和調音調試工作非常復雜，工期很長。國家大劇院管風琴的安裝從2006年9月管風琴進場開始，到2007年3月基本完成主體安裝，開始調音工作，之后每安裝一個音栓的音管，調試一個音栓音管，至2007年11月15日完成驗收工作。筆者通過描述安裝過程和管風琴主要部件來介紹管風琴內部結構。

（1）管風琴的安裝是一個非常大的工程，需要先搭建腳手架；并在腳手架上搭建鋼梁，鋼梁距離音樂廳棚頂只有大概1 m高，鋼梁固定在腳手架上，保證安裝的安全和管風琴大部件的安裝到位。

（2）在管風琴安裝區頂部鋼梁上安裝電吊機。

（3）管風琴鋼結構是管風琴的骨架，所有音管及氣室都是安裝在管風琴鋼結構上的，所以鋼結構要搭建得結實穩固。

（4）電箱是保障管風琴正常工作的最重要組成部分，好比人的心臟，所有電源控制、輸入和輸出信號都通過電子系統保障，圖1是管風琴電箱內部的情況。

（5）整流器是用來將電壓轉化為電磁閥可以使用的電壓（24 V）。

（6）鼓風機是管風琴的肺，使管風琴音管發音的風就是由鼓風機產生出來的。鼓風機工作時會產生噪聲，為了驗收時達到低于20 dB的要求，鼓風機消聲室的作用顯而易見。

（7）氣室是管風琴非常重要的部分，可謂管風琴的脾胃，主管運化功能，氣室內部構造復雜，決定著某只音管發音。

（8）風道是管風琴供風系統之一，它的作用是連接鼓風機與氣室。

（9）儲氣室起著調節風壓和穩定風壓的作用。風壓調節箱中的調節布簾可以根據風壓自動打開、關閉，與它連接的是風道，風道的作用是通過鼓風機來調節風壓（通過調節進入風壓調節箱的風量）。

（10）音管安裝是個大工程，最大的音管長近10 m，重894 kg。圖2是管風琴室內大小不一的音管。

2 管風琴音管音栓

國家大劇院管風琴有發音管6 500根，其中6 159根是金屬管，341根是木管。為了表現管風琴與廳堂融為一體的效果，在面向管風琴的正前面加入了160根裝飾作用的金屬管子。

6 500支發音管分布于94個音栓中。一種音栓就是一種音色，也就是一列不同的音管。音栓音色的不同主要取決于音管的形狀、粗細、材質等因素。

介紹管風琴音栓音管是進一步了解管風琴的重中之重，筆者將另文介紹。

3 管風琴供風系統

管風琴的供風系統就好比人的生命需要呼吸一樣。音管發音離不開風，管風琴中的風是有一定壓力的空氣，因為只有有壓力的風才會運動，運動的風才會使音管發音。

3.1 鼓風機

風的供給需要風壓穩定，風量充足，噪聲小。因為管風琴供風的裝置都是在表面看不到的地方，所以管風琴的供風系統很少有人注意到。歷史上有多種管風琴供風方法。

（1）簡單的手操作風箱。早期使用手操作風箱的古老樂器的部件在一些博物館中可以找到。

（2）稍大的用杠桿操作的楔子形狀的風箱。它們從中世紀開始一直使用到20世紀早期。現在一些仿古管風琴（一般是17世紀～19世紀的管風琴）中也使用這種風箱。

（3）電鼓風機。電鼓風機是20世紀普遍使用的管風琴供風系統。電鼓風機是由許多可旋轉的風扇和電發動機組成的。

國家大劇院管風琴的鼓風機用的是電鼓風機（見圖3），圖中左邊的是電發動機，右邊機架內是風扇。旋轉的風扇產生風通過后面的木質風道將風傳出。

風通過風道進入儲氣室，儲氣室的功能就是儲藏風和調節風壓，之后哪只音管發音就由管風琴演奏家決定。值得注意的是，由電鼓風機產生的風不能直接使用，它的風量、風壓要適當的調整。而鼓風機外面木質的箱體里面安裝吸聲材料是為了減少鼓風機工作產生的噪聲。

3.2 風道

風道（圖4）的作用是保證充足的風供給到不同區域的儲氣室中，風道的連接處和拐角處不能漏風。

3.3 風量的調整

控制進入音管的風量不完全取決于鼓風機產生風的多少，也和音管本身有關。音管嘴和管腳口的大小決定進入單支音管的風量。音管嘴和管腳口大小的調整屬于整音程序。

圖5中的音管管腳口大小的不同決定進風的多少，左邊音管的管腳是鉛和錫的合金做的，這是由于軟金屬容易調整管腳口的大小，以改變進入音管的風量；右邊的音管管腳口是全開的，沒有鉛做的管腳。為了使音管發出適當的聲音和音高，調整音管本身是至關重要的。

3.4 儲氣室

鼓風機產生的風首先要進入儲氣室。儲氣室的重要功能是要設法控制穩定的風壓。如果沒有控制風壓的方法，彈奏幾支大音管，會很快消耗掉氣室中的風量導致風壓減弱，繼續彈奏其他音管就會出現發音不準，音高、音色都會變化，直到鼓風機產生的風補充上來。為了避免這種情況，必須要控制風壓保持恒定不變。

儲氣室被做成不同的形狀，包括與風箱類似的楔子形狀的儲氣室。儲氣室具有以下特點。

（1）儲氣室安裝在由鼓風機通向氣室和風道的中間。

（2）儲氣室是管風琴儲藏風的地方。

（3）儲氣室可以調節進入音管風的風壓。

儲氣室是由密封的木頭制作的，有兩個導管，一個將鼓風機產生的風導入儲氣室，一個將風導入氣室，工作示意圖見圖6。在儲氣室的上面有一個像手風琴風箱裝置的折疊蓋子，它可以上下運動以調節儲氣室中風的壓力。當風由導管進入儲氣室中時，儲氣室的風壓增加，這時風壓就會將折疊蓋子頂起來，儲氣室中的空間就會變大，風壓相對減小。當音管發音時，風通過導管進入氣室，折疊蓋子上的彈簧及它上面的重物使折疊蓋子向下運動，儲氣室中的空間減小，風壓相對增加。儲氣室用這種方法調節風壓，儲氣室應該足夠大，可以容納幾支音管一起發音的風。

圖7是一種儲氣室實圖，儲氣室上面放的是配重，當配重水平位在最高位時，連接儲氣室和風道間有一個風量調節裝置，這個裝置的卷簾就會關閉，風就不會進入儲氣室。當彈奏多支音管時，配重水平位會下降，但風壓是一定的，而風量調節裝置的卷簾就會打開，風就會進入儲氣室將配重水平位抬高。這就是風壓調節系統儲氣室的工作原理。

圖8是氣室實物圖，黑色的彈簧是調節風壓的工具。

3.5 調整風壓和振顫裝置

盡管20世紀后生產的管風琴供風系統都是非常可靠、穩定的，但是有時需要不穩定的風壓以產生特殊的效果，有時需要振顫的效果。

（1）變化風壓

變化風壓是現代管風琴特有的功能，用于模仿早期管風琴，因為早期的管風琴是人力供風，沒有儲氣室或其他穩定風壓的裝置，風壓小、不均勻。

風壓變化不能簡單地認為管風琴不能控制風壓，或者說供風不穩定。風壓上下微弱地浮動，對提高音質有很大的作用，像“呼吸”的感覺。

雖然管風琴這種變化風壓的功能對提高音質有很大的作用，但是這種變化風壓不是當今管風琴的特性。

（2）顫音裝置

顫音裝置的作用是使音管發出的聲音有搖擺的感覺，也就是顫音效果。顫音裝置由音栓控制，當顫音音栓打開時，風壓就是變化的。

使音管發出顫音效果的方法有多種，最常用的是在儲氣室中使用氣動和電動裝置控制風。國家大劇院管風琴使用的是電動裝置。

圖9是一個氣動顫音裝置，儲氣室上有一個可活動的面板，在面板上有一個木支架（圖中的A）。當顫音音栓打開時，電動機（圖中的B）開始工作，帶動木板上下運動，擾亂穩定的風壓，使音管發出顫音效果。

圖10是一種電動顫音裝置，由電動機和許多木板扇組成，安裝在氣室音管下面。當顫音音栓打開時，電動機帶動木板扇轉動，擾動穩定的風壓。

4 管風琴演奏臺操作系統

為使演奏更加自由發揮，為演奏技巧提供更多的可能，為管風琴選擇了兩個演奏臺，一個是固定在管風琴邊上的機械式演奏臺，多用于演奏德國風格作品；另一個是放置在舞臺上的移動電子式演奏臺，多用于演奏法國風格作品。移動電子式演奏臺的最大好處就是鍵盤的觸鍵比機械式要輕，感應靈敏，另一個優點是易于與樂隊合作。但是，演奏機械式演奏臺，琴鍵觸感可以直接享受管風琴復雜結構帶來的無窮魅力，這是電子產品無法模擬出來的。

管風琴演奏臺的設計是參考“Bund Deutscher Orgelbaumeister”（BDO，德國大師-管風琴建造師協會）標準制作的，鍵盤布置如下。

手鍵盤I. 大鍵盤（Great）C-c4

手鍵盤II. 伴唱鍵盤（Positive/Choir）C-c4

手鍵盤III. 強弱音鍵盤（Swell）C-c4

手鍵盤IV. 獨奏鍵盤（Solo） C-c4

手鍵盤I. / IV. 回聲鍵盤（Echo）

腳鍵盤PEDAL C-g1

4.1 機械式演奏臺

機械式演奏臺設在主管風琴的下方，內部的木料采用櫻桃木和橡木，并用黑檀木鑲嵌。手工杉木鍵盤，用天然骨料罩面并用黑檀木（烏木）鑲邊。演奏臺配備有可調節的椅子和樂譜架、譜架燈和鏡子，并設有記憶與重放系統，即演奏家可以坐在觀眾席欣賞自己演奏的曲目。機械式演奏臺如圖11所示。

4.2 移動電子式演奏臺

移動電子式演奏臺有四排手鍵盤、一排腳鍵盤及兩側排列的栓按鈕，通過電氣式的琴鍵和音栓按鈕的演奏功能，將控制信號傳輸到管風琴里，通過電機將電信號還原成機械傳動。移動電子式演奏臺如圖12所示。

4.3 演奏臺功能鍵

演奏臺功能鍵（圖13）及腳踏板功能如下。

（1）音栓儲存鍵（左下角第一個按鍵）：演奏一首曲子需要不同的音色，演奏家在試琴時會用到音栓儲存鍵，當調試出適合的音色時，演奏家會按下音栓儲存鍵的同時按下一個數字鍵。

（2）數字鍵：記錄音栓儲存的位置，當需要存儲音栓時，需要和音栓儲存鍵同時使用；當需要調取時，可以直接按數字鍵。上兩排鍵盤下面最右邊的10個數字鍵（每排5個）是總數字鍵，每一排鍵盤下面中間的10個數字鍵是分鍵盤數字鍵。

（3）清零鍵（右下角第一個按鍵）：需要關閉很多音栓時就派上用場了。

（4）翻頁鍵：演奏家在演奏過程中方便變化音栓儲存的功能鍵，每排鍵盤下面各有兩個。

（5）Tutti鍵（清零鍵的上方）：Tutti是音樂領域使用的詞匯，意思是齊奏。當按下這個鍵時，管風琴系統編制的齊奏程序就會啟動，上百個音栓同時打開，演奏時氣勢恢宏。

（6）管風琴腳踏板（圖14）：左邊的是swell強弱音控制踏板、中間的是positive強弱音踏板、右邊的是solo強弱音踏板。另外，右邊的踏板也可以轉換成控制所有音栓的開關踏板（crescendo）。

這三個腳踏板控制的是百葉窗的開合，是調節音量大小的裝置，如圖15所示。

5 管風琴常用配件

管風琴常用的配件有軌桿機（長木條及相連接的小部件，見圖16），密封風道用的皮子（白色），連接氣室與音管的黑色塑料管（多種型號），墊在音管板下面的尼氈圈（多種型號），墊在滑板下面的薄紙，清理音管的清理劑，電磁閥（圖17），閥板（圖18），圖紙，助力小風箱（圖19），轉軸，管風琴用螺絲、墊圈，音孔墊圈等。

6 管風琴調音

6.1 調音工具

最常見的調音工具是“調音刀”，它通過輕敲簧管調音處的調音鋼絲，改變簧片的振動長度，調試音高。另一種調音工具是調音帽，是用來改變哨管長短的工具。見圖20。

6.2 哨管的調音

哨管結構的不同決定調音技術的不同。

（1）帶塞子的音管通過調節塞子上下位置來調音。

（2）帶音管帽的音管通過調節帽上下位置來調音。

（3）帶狹槽的金屬音管通過切下狹槽中的金屬，并向下卷和向上卷金屬片來改變音管實際發音長度調音。

（4）帶狹槽的木管音管通過調節可以上下移動的木滑板來調節音管實際發音長度調音。

（5）錐型金屬管通過調節管耳和滑板來調音。

（6）開管金屬管在音管上面有一個可以上下卷動的豁口，通過調節這個豁口調音。

（7）很小的金屬管是用空心錐形調音工具來使音管上沿向里或向外調音。向里音高降低，向外音高升高。

（8）開管木質音管在音管頂部有一個卷曲的金屬蓋，它只擋住一部分音管，向外和向里卷曲金屬蓋可以調音高。

（9）煙囪音栓音管通常調節可以上下移動的煙囪帽來調音，但是煙囪帽受地球引力的影響，發音振動后煙囪帽就會落下來，音高會變高，所以通常煙囪帽會被用膠固定，而通過調整管耳來改變音高。

圖21是幾種哨管的調音部位圖。

6.3 簧管的調音

（1）調節簧片的長短來調音，這是通過從管腳伸出來的調音鋼絲來調節簧片的振動長短來調音。

（2）通過調節簧管音管的共鳴器的長短來調音。

（3）調節在共鳴器里面的金屬薄片來調音。

調簧管的所有調節對調音都有用，所以，調簧管比調哨管復雜。

6.4 注意事項

管風琴對溫度非常敏感，所以在調音的時候，手的溫度會對調音有影響。當用手握住小的金屬音管時，即使只是很短的時間，音高都會變換。所以，在調音時要帶手套。

7 管風琴日常維護

7.1 管風琴使用管理規定

（1）管風琴區域禁止帶入食品。

（2）彈奏前要保證手的清潔，不得留長指甲彈奏。

（3）彈奏者不能在管風琴上放置不必要的裝飾品和雜物，以免雜物掉進管風琴中，發生機械故障。

（4）彈奏時，不能用手猛烈敲擊琴鍵或用腳猛踩踏腳板，以免造成機械損傷和踏腳彈簧斷裂。

（5）禁止演奏者在沒有經過工作人員允許的情況下進入管風琴室內。

7.2 防塵、除塵

為了防止灰塵進入管風琴內部導致管風琴發音不準或機械故障，一定要做好防塵、除塵工作。具體辦法如下。

（1）使用完管風琴后，管風琴入庫中并鋪上罩子。

（2）管風琴區域防塵、除塵：與保潔協調，盡量確保管風琴區域無灰塵及污垢。

（3）技術除塵：定期對管風琴內部的灰塵進行清理，如音管、氣室、音管箱、操作臺等。

7.3 溫濕度調節

管風琴內部主要是由木制材料構成，音管有木制和金屬兩種。干燥和潮濕的環境對音高和管風琴零部件都有影響，所以一定注意溫濕度的調節。管風琴環境要求的理想溫濕度為溫度22℃，濕度40%。

7.4 除潮

潮濕是管風琴的殺手，濕度一定不能太高，尤其是雨季；如果濕度很大，應使用除濕器，對管風琴室內進行除濕和濕控。

7.5 加濕

秋冬季空氣干燥，如果沒有任何加濕措施，音樂廳里的濕度通常不到20%，這對管風琴零部件影響很大。

（1）當濕度達不到要求時，需要對音樂廳大環境加濕。

（2）在環境加濕后仍沒有達到要求的情況下進行局部加濕，在管風琴室內放置多個加濕器。

7.6 定期對管風琴進行檢修及調音

（1）定期播放管風琴自動演奏系統。

（2）定期調音。

（3）定期檢修機械故障。

國家大劇院管風琴的內部結構非常復雜，有幾萬個零部件，保障管風琴正常運轉和調音調試工作也非常重要，管風琴一旦出現故障，維修起來非常不容易。目前國內安裝了很多管風琴，但是維護、維修人員不足。筆者主要從安裝和結構的角度介紹管風琴，希望對技術人員維護、維修、調試管風琴有所幫助。