mini|Tonrad rotiert vor einem elektromagnetischen Tonabnehmer mini|Klaviaturen einer Hammond L100 Die Hammondorgel oder Hammond-Orgel, auch kurz Hammond nach ihrem Erfinder, dem US-Amerikaner Laurens Hammond (1895–1973), ist eine elektromechanische Orgel mit rotierenden Zahnradpaaren, Tonabnehmern, Effekten, Verstärker und Lautsprecher.
Ursprünglich als kompakter transportierbarer Ersatz für die praktisch immer fest installierte aufwendige Pfeifenorgel gedacht, wurde sie über den Einsatz als Unterhaltungsinstrument zum Instrument des Jazz; als preisgünstiger Ersatz für Pfeifenorgeln in nordamerikanischen Kirchen wurde sie zunächst in der Gospel-Musik verwendet. Von dort breitete sich die Hammondorgel in Rock, Rhythm and Blues, Soul, Funk, Ska, Reggae, Fusion aus. Als vollwertiger Ersatz für Pfeifenorgeln konnte sich die Hammondorgel jedoch nicht durchsetzen.
Größte Popularität hatte sie in den 1960er und 1970er Jahren. Aber auch heute noch sind ihr unverwechselbarer Klang oder Nachahmungen dieses Klanges in der Populärmusik weit verbreitet. Im Laufe der Jahrzehnte wurde die Hammondorgel (vor allem das Modell B-3 in Verbindung mit einem Leslie-Lautsprechersystem) zu einem etablierten Instrument.
Allen Instrumenten gemein ist der Aufbau mit zwei Manualen und Pedal. Tonumfang der Manuale und der Pedalklaviatur sind bei den verschiedenen Modellen jedoch unterschiedlich. Das Obermanual wird als Swell, das Untermanual als Great bezeichnet. Diese Bezeichnungen sind der Pfeifenorgel entlehnt und bedeuten dort Hauptwerk (Great) und Schwellwerk (Swell).
Geschichte Laurens Hammond, selbst kein Musiker, erfand um 1920 für von ihm produzierte Uhren einen Wechselstrom-Synchronmotor. Von 1932 an suchte er weitere Anwendungsmöglichkeiten für diesen Motor. Durch den Boom von Theater- und Kinoorgeln und angeregt von einem Firmenmitarbeiter, der Organist einer Kirchgemeinde war, kam ihm 1933 die Idee zur Konstruktion des Tonerzeugungsprinzips der Hammondorgel. Zahlreiche Experimente mit einem Klavier führten dazu, dass er am 19. Januar 1934 für dieses Instrument ein Patent beantragte. Am 24. April 1934 wurde ihm vom US-Patentamt das Patent für den packing box prototype unter dem Namen Electrical Musical Instrument zugesprochen (US-Patent 1.956.350. Abgerufen am 17. Januar 2019.) Die Orgel wurde am 15. April 1935 vom Organisten Pietro Yon bei einer Pressevorführung in der New Yorker St.-Patrick-Kathedrale der Öffentlichkeit vorgestellt. Henry Ford erteilte kurz darauf einen Auftrag über sechs Orgeln. Weitere prominente Besteller waren George Gershwin und Count Basie. Im Laufe der Jahre entwickelte sich die Orgel zu einem für bestimmte Musikstile charakteristischen Instrument vor allem in Verbindung mit dem Leslie Lautsprecher-Kabinett. In dieser von Donald Leslie (1911–2004) 1940 erfundenen Zubehör-Lautsprecherbox rotieren Reflektoren mit sich ändernden Drehzahlen, so dass der Klang einen schwebenden Effekt erhält, insbesondere wenn zwei „Leslies“ gepaart werden und weitere Überlagerungen entstehen.
Im Gegensatz zu vielen anderen europäischen Ländern wurde die Hammondorgel erst ab Ende der 1940er-Jahre, also nach dem Zweiten Weltkrieg, offiziell in Deutschland eingeführt, zunächst im Westen durch die dänische Firma Brødr. Jørgensen. Bis 1945 gelangten nur einzelne Modelle ins Deutsche Reich, so z. B. eines, über das der Kirchenmusiker Hermann Keller 1938 berichtete.
Die in der Hammond-Orgel angewendeten Prinzipien der Generierung der unterschiedlichen Tonhöhen mittels Zahnrädern mit unterschiedlicher Zahnzahl, die auf einer Welle mit konstanter Drehzahl rotieren, der additiven Klangsynthese und der Bedienung über einen Orgelspieltisch waren bereits im Jahr 1900 im Telharmonium realisiert worden.
Technik mini|Sicht über den Tongenerator mini|Elemente des Tongenerators, Blick ins Innere
Die Tonerzeugung der Hammondorgel beginnt im sogenannten Generator. Dabei rotieren stählerne Tonräder (englisch Tonewheel) mit einem gewellten Rand vor elektromagnetischen Tonabnehmern (Permanent-Stabmagnete in Spulen). Durch die Wellenform entfernt und nähert sich der Rand des Rades periodisch dem Permanentmagneten. Das ändert den magnetischen Fluss, wodurch in der Spule eine Wechselspannung induziert wird. Die Form der Zähne führt zu einer sinusähnlichen Schwingung, die durch eine Filterschaltung weiter geglättet wird, sodass eine fast ideale Sinusform entsteht. Die erzeugten Wechselspannungen in der Größenordnung von einigen Millivolt werden dann durch die Manuale, die Zugriegel und den Scanner (Vibrato- und Chorusschaltung) geleitet. Am Ende der Verarbeitungskette liegt eine Verstärkerstufe, die das Tonsignal so weit verstärkt, dass ein Lautsprecher angesteuert werden kann.
Antrieb des Generators mini|Links der Synchronmotor einer Hammond B-3 mit Vibrato-Scanner und Schwungrädern Der Generator wird von einem Synchronmotor angetrieben. Nach dem Hochlauf auf Synchrondrehzahl ist die Drehzahl dieses Motors nur noch von seiner Polpaarzahl und der Netzfrequenz abhängig. Das kann sich als Nachteil erweisen, wenn bei einer Freiluftveranstaltung der Strom aus Generatoren nicht frequenzstabil ist.
Frühe Modelle haben einen Synchron-Reluktanzmotor. In Modellen, die mit 60 Hz Netzfrequenz betrieben werden, läuft ein sechspoliger Motor mit 1200 Umdrehungen pro Minute, in 50-Hz-Modellen ein vierpoliger Motor mit 1500 Umdrehungen pro Minute. Da diese Motoren prinzipbedingt nicht selbst anlaufen können, ist zusätzlich ein Spaltpolmotor eingebaut, der den Synchronmotor zunächst auf Drehzahl bringen muss. Diese Modelle verfügen über die sogenannten START-RUN SWITCHES. Der START SWITCH ist ein Taster, der den Startmotor mit Spannung versorgt, so lange er betätigt wird. Der RUN SWITCH ist ein Schalter, der den Synchronmotor und die Verstärker mit Spannung versorgt, zudem wird ein Widerstand vor den Startmotor geschaltet. Das Starten einer Hammond mit diesen beiden Schaltern sollte laut Bedienungsanleitung folgendermaßen geschehen: Den START SWITCH für ca. 8 Sekunden betätigen. Den RUN SWITCH einschalten und den START SWITCH für ca. 4 Sekunden weiter halten und dann loslassen. Nach etwa 30 Sekunden sollte die Orgel spielbereit sein.mini|START-RUN Schalter einer Hammond B-3 Der Antriebsmotor ist mit der Hauptwelle durch ein Schwungrad-Feder-System elastisch verbunden, um diese vom rauen Lauf (das Drehmoment ist über eine Motorumdrehung nicht konstant) zu entkoppeln.
Spätere Modelle haben selbststartende Synchronmotoren. Hier wurden ausschließlich vierpolige Motoren verwendet, die bei 60 Hz mit 1800 bzw. bei 50 Hz mit 1500 Umdrehungen pro Minute laufen. Eine Ausnahme bildet das Modell X66, in dem ein zweipoliger Motor den speziellen Tongenerator mit 3600 bzw. 3000/min antreibt.
Aufbau und Pflege Der Generator enthält zwischen 86 und 96 Tonräder unterschiedlicher Zähnezahl. Die Tonräder sitzen auf mehreren (48 bei den Konsolen- bzw. 42 bei den Spinettmodellen) Stahlwellen, die in Bronzebuchsen gelagert sind. Nach vorne und hinten ragen die Magnetkerne der Tonabnehmer aus dem Gehäuse des Generators, der ungefähr halb so breit ist wie die ganze Orgel. Über den Abstand der Magnetkerne von den jeweiligen Tonrädern kann die Lautstärke der Einzeltöne justiert werden. Die Tonräder sitzen nicht chromatisch nach Tonhöhe sortiert entlang der Hauptwelle, sondern sind in Kammern zu je vier Stück mit gleicher Übersetzung angeordnet. Zwei dieser Kammern, also insgesamt acht Tonräder, erzeugen die unterschiedlichen Oktavlagen der jeweiligen Töne. Über die Verdrahtung (Verharfung) werden die Töne mit den Kontakten der zuständigen Tasten verbunden. Der Signalpegel beträgt einige zehn Millivolt.
Die Bronzelager erfordern kontinuierliche Schmierung. Diese wird durch einen zu jedem Lager führenden Baumwollfaden (Docht) sichergestellt, der durch Kapillarwirkung Öl aus einer mittig längs (parallel zu den Wellen) an der Oberseite des Tongenerators verlaufenden Ölrinne saugt. Die Rinne (und auch das Scanner-Vibrato) wird über zwei kleine Trichter von oben mit Öl befüllt. Mindestens einmal jährlich soll geeignetes Öl nachgefüllt werden, sodass es einige Millimeter hoch in den Trichtern steht.
Die Motor-Tongenerator-Einheit ist zur akustischen Entkoppelung federnd im Gehäuse der Orgel aufgehängt. Bei Auslieferung und bei größeren Transporten soll aber eine Transportsicherung angebracht werden, ähnlich wie bei anderen Geräten mit federnd aufgehängten Massen (Plattenspieler, Waschmaschine). Ein Kippen des Instrumentes ist unproblematisch. Es muss jedoch in Bezug auf das Ölen beachtet werden, dass in der Ölwanne lediglich der dort befindliche Filz angefeuchtet wird. Keinesfalls darf in der Wanne Öl stehen. Erstens würde dies beim Kippen der Orgel überlaufen, andererseits würde eine „Überölung“ zur Beschädigung des Vibrato-Scanners führen. mini|Blick auf die Tonräder auf der Generatorunterseite
Tonerzeugung Die zur Tonerzeugung erforderlichen Drehzahlen werden durch Zahnradgetriebe mit zwölf unterschiedlichen Übersetzungen bereitgestellt. Die dabei entstehenden zwölf verschiedenen Drehzahlen, mit denen sich die Tonräder auf den Tonradwellen drehen, ergeben näherungsweise die zwölf gleichstufig gestimmten chromatischen Töne einer Oktave.
Am Beispiel einer Orgel, die mit 60 Hz Netzfrequenz betrieben wird sowie 91 aktive Tonräder und 61 Tasten (C–c4) je Manual hat, sollen die Verhältnisse näher erläutert werden: Bei 60 Hz Netzfrequenz dreht sich die Motorwelle des sechspoligen Synchronmotors mit 20 Hz (1200 Umdrehungen pro Minute). Die nachfolgende Tabelle zeigt für diesen Fall die zwölf Übersetzungen der Zahnradgetriebe, die zugehörigen Töne der tiefsten Oktave der Orgel (Kontraoktave: Tasten C bis H bei gezogenem 16′-Riegel) mit ihren Frequenzen und die Abweichungen zur gleichstufigen Stimmung: Übersetzung Ton Frequenz Abweichung 85:104 C1 (Kontra-C) 32,69 Hz −0,58 Cent 71:82 Cis1 34,63 Hz −0,68 Cent 67:73 D1 36,71 Hz +0,20 Cent105:108 Dis1 38,89 Hz −0,09 Cent103:100 E1 41,20 Hz −0,14 Cent 84:77 F1 43,64 Hz −0,68 Cent 74:64 Fis1 46,25 Hz +0,03 Cent 98:80 G1 49,00 Hz +0,02 Cent 96:74 Gis1 51,89 Hz −0,71 Cent 88:64 A1 55,00 Hz 0,00 Cent 67:46 Ais1 58,26 Hz −0,29 Cent108:70 H1 61,71 Hz −0,59 Cent
Die Orgel ist auf den Kammerton a1 = 440 Hz gestimmt.
Pro Übersetzung dreht sich ein Satz von acht Tonrädern mit unterschiedlicher Zahnzahl auf vier Tonradwellen (je zwei Tonräder sitzen auf einer Welle, mit der sie über eine Rutschkupplung gekoppelt sind) zur Erzeugung der verschiedenen Oktavlagen der Töne: OktaveZahnzahl Kontraoktave 2 Große Oktave 4 Kleine Oktave 8 Eingestrichene Oktave 16 Zweigestrichene Oktave 32 Dreigestrichene Oktave 64 Viergestrichene Oktave 128 Fünfgestrichene Oktave bis fis5 192
Bei der fünfgestrichenen Oktave kommen aus fertigungstechnischen Gründen keine Tonräder mit 256 Zähnen zum Einsatz. Auf den Tonradwellen für die Töne C bis E befinden sich zahnlose Räder ohne Tonabnehmer, die nur aus mechanischen Gründen montiert sind. Daher hat eine Orgel mit 96 Tonrädern nur 91 Tonräder, die jeweils einen Ton erzeugen. Die Tonräder mit 192 Zähnen für die Töne c5 bis fis5 befinden sich auf den Tonradwellen für die Töne F bis H. Das Verhältnis 192:256 Zähne ist gleich 3:4, was einer reinen Quarte entspricht. Deshalb produziert das Tonrad mit 192 Zähnen auf der Tonradwelle für den Ton F die Unterquarte zum Ton f5, also den Ton c5. Da die reine Quarte aber von der gleichstufigen Quarte abweicht und weitere Abweichungen durch die Übersetzungen hinzu kommen, ergeben sich für die Töne der fünfgestrichenen Oktave andere Abweichungen von der gleichstufigen Stimmung: Übersetzung Tonradwelle Ton Frequenz Abweichung 84:77 F c5 4189 Hz +1,27 Cent 74:64 Fis cis5 4440 Hz +1,98 Cent 98:80 G d5 4704 Hz +1,98 Cent 96:74 Gis dis5 4982 Hz +1,25 Cent 88:64 A e5 5280 Hz +1,96 Cent 67:46 Ais f5 5593 Hz +1,67 Cent108:70 H fis5 5925 Hz +1,36 Cent