Orgelpfeife

mini|hochkant=1.7|Orgelpfeifen in der Konzertkirche Neubrandenburg

Orgelpfeifen sind die klangerzeugenden Teile einer Orgel. Jede Pfeife wird in der Regel nur für einen Ton einer bestimmten Klangfarbe und Lautstärke gebaut, so dass in einer Orgel eine Vielzahl unterschiedlicher Pfeifen vorhanden ist (in größeren Orgeln mehrere tausend). Um die verschiedenen Tonhöhen, Klangfarben und Lautstärken zu ermöglichen, verwendet man Pfeifen von verschiedener Größe und Bauart. Pfeifen werden gruppenweise zu einzeln ein- und ausschaltbaren Registern zusammengefasst, um das Klangbild einer Orgel während des Spiels verändern zu können. Nach dem Prinzip der Klangerzeugung werden Pfeifen in zwei Grundtypen unterschieden: Labialpfeifen (Lippenpfeifen, Tonerzeugung durch brechenden Luftstrom) und Lingualpfeifen (Zungenpfeifen, Tonerzeugung durch schwingende Metallzunge).

Materialien mini|Pfeifen in verschiedenen Materialien und Bauformen

Orgelpfeifen werden fast ausschließlich aus Holz oder aus Metall angefertigt. Als Metall wird hauptsächlich eine Legierung aus Zinn und Blei mit unterschiedlichen Masseverhältnissen verwendet, die als Orgelmetall bezeichnet wird. Daneben wird auch Kupfer (eines der ältesten im Orgelbau verwendeten Materialien) oder ab Mitte des 19. Jahrhunderts bis etwa Mitte des 20. Jahrhunderts auch Zink verwendet, dieses besonders häufig beim Ersatz der zu Kriegszwecken eingeschmolzenen Pfeifen.

Holzpfeifen können aus unterschiedlichen Holzarten gefertigt sein, in der Regel aus Eiche, Nadel- oder Obsthölzern, gelegentlich auch aus exotischen Hölzern. Holzpfeifen werden zumeist innen mit Leim ausgegossen, denn kleine Undichtigkeiten behindern erheblich die Tonerzeugung. Aber auch aus Bambus, Marmor, Porzellan, Kunststoffen und früher sogar Elfenbein wurden vereinzelt Orgelpfeifen hergestellt. Im Gegensatz zu den Labialpfeifen, bei denen die getroffene Materialwahl (allenfalls mit Ausnahme des Kerns) die ganze Pfeife betrifft, bestehen Zungenpfeifen stets aus verschiedenen Materialien. Verschiedene Holzarten, Leder und verschiedene Metalle können zum Einsatz kommen (genauere Beschreibung siehe unten).

Labialpfeifen (Lippenpfeifen) Die Tonerzeugung der Labialpfeifen (Lippenpfeifen) beruht darauf, dass ein Luftband durch einen schmalen Spalt gegen eine Kante, das Labium, geblasen wird (siehe unten, Abschnitt Tonerzeugung). Dies entspricht dem Prinzip der Blockflöte und anderer Schnabelflöten. Hörbeispiel: (853 kB)

Aufbau Übersicht mini|hochkant|Labialpfeife aus Metall:(1) Pfeifenkörper(2) Oberlabium(3) Kern(4) Seitenbart(5) Aufschnitt(6) Unterlabium(7) Kernspalte(8) Pfeifenfuß(9) Fußlochmini|hochkant|Labialpfeife aus Holz:(1) Pfeifenkörper(2) Oberlabium(3) Kern(4) Seitenbart(5) Aufschnitt(6) Vorschlag (entspricht dem Unterlabium einer Metallpfeife)(7) Kernspalte(8) Pfeifenfuß Obwohl die Tonerzeugung bei allen Labialpfeifen gleich ist, unterscheiden sie sich doch etwas, je nachdem aus welchem Material sie gefertigt sind. Labialpfeifen aus Metall besitzen in der Regel einen kreisrunden Pfeifenkörper, während hölzerne Pfeifen aus praktischen Gründen meistens einen rechteckigen Pfeifenkörper haben, gelegentlich gibt es aber auch welche mit dreieckigem Querschnitt oder gedrechselte runde Holzpfeifen. Die Bezeichnungen der Bauteile sind leicht unterschiedlich. Sehr selten werden Holz- oder Metallpfeifen mit zwei Labien gebaut (doppelt labiiert)Doppelflöte auf organstops.org, abgerufen am 27. Oktober 2022., diese sind in der Regel einander gegenüberliegend, können aber auch nebeneinander angeordnet werden.

Pfeifen aus Metall mini|hochkant|Labialpfeifen mit Bärten und vergoldeten Labien

Labialpfeifen aus Metall bestehen funktional betrachtet aus zwei Teilen, dem spitz zulaufenden Pfeifenfuß, mit dem die Pfeife auf dem Pfeifenstock oder auf dem Prospektgesims steht, und dem Pfeifenkörper, der verschiedene Formen haben kann und für die Tonerzeugung zuständig ist. Fuß wie Pfeifenkörper sind im Übergangsbereich mit einer eingelöteten waagerechten Platte, dem Kern, fast vollständig verschlossen. An einer Seite ist ein Segment des sonst kreisförmigen Kerns abgeschnitten und der Fuß an dieser Stelle nicht mit dem Kern verlötet, sondern so weit zur geraden Kante des Kerns hin eingedrückt, dass sich eine schmale, parallele Spalte bildet, die so genannte Kernspalte. Die eingedrückte Stelle am Fuß wird Unterlabium genannt. Die Vorderkante des Kerns ist nach oben hin angeschrägt; diese Schräge heißt Kernfase.

Der Pfeifenkörper ist oben auf den Kern aufgelötet. Über der Kernspalte ist eine meistens rechteckige, Aufschnitt oder Mundloch genannte Öffnung aus dem Pfeifenkörper herausgeschnitten. Die Oberkante des Aufschnitts bildet das Oberlabium. Bei kleinen Pfeifen wird das Labium in den Pfeifenkörper eingedrückt (eingedrücktes Labium), während es bei größeren Pfeifen eingelötet werden muss (aufgesetztes Labium). Aus optischen Gründen wird bei größeren Prospektpfeifen, besonders wenn diese ein Rundlabium und kein Spitzlabium besitzen, auch das Unterlabium eingelötet.

Im Regelfall besteht eine Pfeife nur aus diesen Teilen. Bestimmte Register benötigen als Intonationshilfe noch Bärte. Das sind kleine Metallplättchen, die in ihrer Länge etwa der Aufschnittshöhe entsprechen und die nach vorne abstehend seitlich an die Labiumsöffnung gelötet werden. In manchen Fällen befindet sich waagerecht vor dem Unterlabium auch ein Bart. Besteht dieser zusammen mit den Seitenbärten aus einem Teil, wird das Kastenbart genannt, liegt dieser senkrecht spricht man von einem Streichbart, ein zylindrisches Holz- oder Metallstück zwischen den Seitenbärten heißt Roll- oder Rollenbart (heute nur noch selten gebräuchlich). Gedackte Orgelpfeifen besitzen als weiteren Teil einen Deckel, der mit einem Dichtstreifen aus Leder, Filz oder Stoff beweglich (bei sehr alten Orgeln auch fest verlötet) aufgesetzt wird. In seltenen Fällen besitzen auch offene Pfeifen einen in etwa vergleichbaren, aber oben offenen Stimmring.

Pfeifen aus Holz Hölzerne Labialpfeifen besitzen kein Unterlabium im eigentlichen Sinne. Als Begrenzung der Kernspalte dient hier der Vorschlag. Das Oberlabium wird in den Pfeifenkörper gefeilt, gefräst oder gestemmt. Je nachdem ob es sich innen oder außen befindet, spricht man von einer innenlabiierten oder außenlabiierten Pfeife. Letztere Bauform ist die übliche. Drei der vier Seitenteile einer Holzpfeife sind durchgängig, also ergeben gewissermaßen gleichzeitig das, was bei einer Metallpfeife der Fuß und Pfeifenkörper ist. Neben dem Vorschlag befindet sich im unteren Teil der Kern, in welchen der Pfeifenfuß eingelassen ist. Dieser besteht in der Regel aus einem Holzrohr. Zur Wind(mengen)beeinflussung ist in den Fuß oft noch eine Möglichkeit zur Windregulierung eingebaut, z. B. in Form einer breiten Schraube.

Oftmals werden gedackte Register aus Holz gebaut, sie besitzen dann am oberen Ende einen mit Filz oder Leder abgedichteten Deckel mit Griff. Gelegentlich sind Seitenbärte in Form von kleinen Holzleisten aufgesetzt, in der Regel bilden aber schon die Seitenwände (der meist außenlabiierten Pfeifen) durch ihren Überstand eine Art Seitenbärte. Öfters werden als Bart in den Vorschlag parallel zur Kernspalte schmale Metallplatten in einen Schlitz eingelassen, der überstehende Teil dient dann als Intonierhilfe. In der Regel besitzen offene Holzpfeifen am oberen Ende außerdem ein gebogenes Blech, mit dem die Größe der Mündung der Pfeife reguliert wird. Damit ist es möglich, die Pfeife zu stimmen.

Pfeifenlänge mini|hochkant=2|Fußangabe und (reale) Tonhöhe offener Labialpfeifen (1′ = 1 Fuß = 30,48 cm)Schematische Skizze, besonders die großen Pfeifen sind in Wirklichkeit erheblich dünner

Die Länge der Pfeife bestimmt bei den Labialpfeifen direkt die Tonhöhe. Die Länge reicht von wenigen Zentimetern bis zu einigen Metern. Man unterscheidet zwischen offenen Pfeifen und den Gedackten, die oben mit einem Deckel oder Spund verschlossen sind. Gedackte Pfeifen klingen eine Oktave tiefer als gleich lange offene Pfeifen. Offene konische Pfeifen sind umso tiefer, je mehr sie sich nach oben verjüngen. Die Länge der größten Pfeife eines Registers wird bestimmt durch dessen Fußlage und auch in dieser angegeben. In der normalen Tonlage, der Äquallage, ist die tiefste Pfeife eines solchen Registers im Normalfall (offene Bauart) etwa 8 Fuß, also etwa 2,4 Meter (zzgl. Pfeifenfuß) lang. Kleinere Orgeln besitzen nur Register in 8′-Lage oder höher, größere Orgeln haben öfters Register in 16′-Lage, sehr große Instrumente sogar in 32′-Lage und in Einzelfällen sogar 64′-Lage. Deren Frequenz liegt jedoch teilweise unter der Grenze des menschlichen Hörbereiches (Infraschall) und ist nur noch als Erschütterung und Druckgefühl auf den Ohren wahrzunehmen. Das Subkontra-C ist der tiefste Ton eines 32′-Registers und erzeugt beispielsweise einen Ton in der Höhe von 16,35 Hz. Sehr kleine Pfeifen haben nur eine klingende Länge von wenigen Millimetern. Bei diesen Pfeifen ist jedoch der Pfeifenfuß, der nicht zur Klangerzeugung beiträgt, in der Regel ca. 15 Zentimeter lang. Die Töne dieser kleinsten Pfeifen erreichen fast die obere menschliche Hörgrenze.

Die Länge lP des Pfeifenkörpers einer offenen zylindrischen Labialpfeife in Metern lässt sich aus der Frequenz f in Hertz und der Schallgeschwindigkeit cS (= 343 m/s für 20 °C in Luft) wie folgt berechnen (λ ist die Wellenlänge in Meter):

Hierbei ist k die Mündungskorrektur (auch praktische Verkürzung genannt), die vom Pfeifendurchmesser d abhängig ist. Sie wird auch Endkorrektur der Resonatorlänge genannt. Sie ist nötig, da der Bauch der stehenden Welle nicht genau am Pfeifenende, sondern etwas außerhalb liegt. Für sie hat der französische Orgelbauer Aristide Cavaillé-Coll folgende Formel gefunden, die einen ungefähren Anhaltspunkt liefert:

Obwohl die Mündungskorrektur prinzipiell auch am Pfeifenmund auftritt, spielt sie in der Praxis bei gedackten Pfeifen eine eher unbedeutende Rolle. Die Länge lG einer gedackten zylindrischen Pfeife beträgt:

Eine Überlänge kann aus akustischen Gründen nötig sein, wenn man die Labialpfeife zum Überblasen bringen will; der tiefste dann hörbare Ton der Pfeife ist dann ihr erster Oberton. Man erleichtert das Überblasen durch ein kleines Loch in der Pfeifenwand etwa auf halber Höhe, manchmal auch durch eine relativ enge Bauform und vor allem durch relativ viel zugeführten Wind. Unter ganz bestimmten Möglichkeiten ist auch ein Überblasen in weitere Obertöne möglich. In der Regel werden überblasende Pfeifen zylindrisch und offen gebaut. Sie sind in diesem einfachsten Fall dann doppelt so lang, wie eine nichtüberblasende Pfeife gleicher Tonhöhe. Gedackten Pfeifen fehlt generell jeder zweite Teilton. Sie überblasen daher in den zweiten Oberton und sind dann dreimal so lang.

Mensur (Von lateinisch mensura ‚Maß‘)

Die Länge einer Pfeife bestimmt im Wesentlichen die Tonhöhe. Der Querschnitt sowie die Labienbreite und Höhe des Aufschnitts (und die zugeführte Windmenge bzw. der Winddruck) prägen die Klangfarbe. Alle diese Maße einer Pfeife fasst man unter dem Begriff Mensur zusammen. Im engeren Sinne bzw. im allgemeinen Sprachgebrauch ist mit dem Begriff Mensur zunächst erst einmal nur die Weitenmensur, also das Verhältnis von Länge und Breite bzw. Durchmesser gemeint.

Die wichtigsten Mensuren bei Labialpfeifen sind: die Längenmensur: die Länge des Pfeifenkörpers (sie bestimmt die Tonhöhe), die Weitenmensur: das Verhältnis vom Durchmesser zur Länge der Pfeife, die Labienbreite: die Breite des Labiums im Verhältnis zum Umfang der Pfeife, die Aufschnitthöhe: der Abstand zwischen Ober- und Unterlabium im Verhältnis zur Labienbreite.

Weitere Parameter, welche den Klang und die Ansprache einer Pfeife beeinflussen, sind zum Beispiel die Kernspaltenweite und Fußlochgröße.