Wpływ temperatury i wilgotności na użytkowanie organów w obiektach sakralnych

Obiekty sakralne są w zdecydowanej większości budowlami wielkopowierzchniowymi o dużej kubaturze. Ogrzewanie takich obiektów wymagałoby z jednej strony ogromnych nakładów finansowych obciążających wspólnotę parafialną, ale mogłoby pociągać za sobą również zakłócenia w bezawaryjnym funkcjonowaniu usytuowanych w nich organów piszczałkowych. Bowiem głównym materiałem budulcowym w organach piszczałkowych było drewno i mimo prób stosowania nowych materiałów nadal nim pozostaje. Drewno jednak, podobnie zresztą jak i inne materiały stosowane powszechnie w budownictwie organowym (skóra, filc, papier, niektóre rodzaje klejów), ma właściwości higroskopijne. One sprawiają, że w zależności od temperatury i wilgotności względnej powietrza drewno i skóra zmieniają swoje właściwości fizyczne. Zbyt duża wilgotność powietrza w pomieszczeniu powoduje pęcznienie drewna i skóry czy rozklejanie się elementów konstrukcyjnych lub podzespołów, zaś zbyt niska wilgotność prowadzi do zmniejszania się ich objętości i pękania, co może doprowadzić nawet do nieodwracalnych ich uszkodzeń i całkowicie uniemożliwić korzystanie z instrumentu. Dlatego ze względu na złożoną i wymagającą niezwykłej precyzji konstrukcję organów, należyte ich funkcjonowanie mogłaby zapewnić im stabilna temperatura i wilgotność odpowiadająca temu mikroklimatowi, w którym instrument był budowany, intonowany i strojony. W naszej strefie klimatycznej tego rodzaju przedsięwzięcie jest skazane z góry na niepowodzenie, nie mówiąc już o kosztach jego realizacji. Wprawdzie zbierane w ciągu wieków doświadczenia organmistrzowskie w zakresie doboru odpowiednich gatunków drewna, impregnacji i technologii jego obróbki pozwoliły częściowo zminimalizować wpływ temperatury i wilgotności powietrza na funkcjonowanie i walory brzmieniowe instrumentu, ale nie oznacza to wcale, że problem ten został ostatecznie rozwiązany. Można nawet zauważyć, że wraz z coraz bardziej powszechnym stosowaniem ogrzewania pomieszczeń sakralnych, w tzw. sezonie grzewczym lawinowo wzrasta liczba instrumentów o ograniczonej przydatności muzycznej. Zjawisko to szczególnie daje znać o sobie w grupie instrumentów zabytkowych, budowanych niegdyś z myślą o funkcjonowaniu w pomieszczeniach bez ogrzewania. Potrzebą chwili staje się zatem poszukiwanie takich sposobów dogrzewania pomieszczeń sakralnych w sezonie grzewczym, aby dążąc do poprawienia komfortu uczestników nabożeństw liturgicznych nie szkodzić równocześnie samym instrumentom.

Poza konstrukcją samego instrumentu decydujący wpływ na jego przydatność muzyczną z punktu widzenia niezawodności funkcjonowania i stabilności wysokości dźwięku mają przede wszystkim temperatura powietrza i jego wilgotność względna w pomieszczeniu, w którym organy zostały usytuowane.

1. Wpływ temperatury powietrza na przydatność muzyczną organów.

Utrzymywanie stałej temperatury powietrza w pomieszczeniu, w którym znajdują się organy, jest koniecznym warunkiem zachowania pełnej przydatności muzycznej instrumentu. Każda bowiem zmiana temperatury powietrza w pomieszczeniu, w którym znajduje się instrument muzyczny z grupy aerofonów – a do takiej grupy należą organy – prowadzi nieuchronnie do przestrojenia, a równocześnie i do rozstrojenia całego instrumentu. Na szczęście te zmiany mają jedynie charakter przejściowy do momentu przywrócenia w pomieszczeniu temperatury, w której instrument był strojony. Przyczyną zmiany częstotliwości dźwięku wydawanego przez piszczałkę jest zmiana prędkości rozchodzenia się dźwięku w powietrzu w zależności od jego temperatury. Prędkość ta wzrasta wraz z podwyższaniem się temperatury powietrza. A ponieważ wysokość drgającego słupa powietrza wyznaczona jest jednoznacznie długością rezonatora, której zmiany pod wpływem temperatury mają znikomy, a tym samym pomijalny wpływ na częstotliwość generowanego dźwięku, prawa fizyki wyrażone wzorem f = , (gdzie f oznacza częstotliwość dźwięku, c – jego prędkość rozchodzenia się w powietrzu, λ zaś długość fali dźwiękowej wyznaczoną długością rezonatora wypełnionego powietrzem) wymuszają wzrost częstotliwości generowanego przezeń dźwięku. Prędkość dźwięku w powietrzu o temperaturze 0° C przy ciśnieniu równym 10⁵ N/m² wynosi 331,5 m/s. Stąd samą zależność prędkości rozchodzenia się dźwięku w powietrzu od jego temperatury można określić wzorem:

c = 331,5 ^. ,

gdzie c oznacza poszukiwaną prędkość dźwięku, zaś temperaturę powietrza. Praktycznie przyjmuje się, że wraz ze wzrostem temperatury powietrza o 1° C zwiększa się prędkość rozchodzenia dźwięku w nim o 0,6 m/s, co daje 0,175% przyrostu jego prędkości. Posługując się muzyczną skalą określania interwałów opartą na centach (ct), czyli interwale równym 0,01 półtonu muzycznego, można powiedzieć, że wraz ze wzrostem temperatury o 1° C generowany przez aerofon dźwięk ulega podwyższeniu o 3 ct. Wprawdzie uchwycenie takiej różnicy wysokości brzmienia dwóch dźwięków generowanych następczo jeden po drugim byłoby trudne do zauważenia nawet dla wyszkolonego muzycznie ucha, ale równoczesne brzmienie dwóch takich dźwięków daje już wyraźnie zauważalne dudnienia świadczące o kiepskim stroju instrumentu muzycznego.

Stosunek różnicy częstotliwości dwóch dźwięków wywołany zmianami temperatury powietrza można obliczyć posługując się wzorem:

y = = ,

gdzie oznacza każdorazowo temperaturę powietrza. Ten stosunek umożliwia nam następnie obliczenie zmiany częstotliwości drgań wywołanej zmianą temperatury powietrza według wzoru: f₂ = f₁ ^. y. Wziąwszy pod uwagę fakt, że opisane wyżej zjawisko dotyczy przede wszystkim piszczałek labialnych, a w organach często stosuje się również piszczałki języczkowe, które nie są tak wrażliwe na zmiany temperatury powietrza, gdyż dźwięk w nich generowany jest nie przez słup powietrza lecz przez wibrujący języczek metalowy, utrzymanie właściwego stroju muzycznego w zmieniających się warunkach mikroklimatycznych staje się praktycznie niemożliwe albo przynajmniej niewiarygodnie trudne.

Powyższe dywagacje zmierzają do tego, aby zwrócić uwagę na konieczność w miarę równomiernego rozprowadzania ciepłego powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu zwłaszcza tam, gdzie w obiektach sakralnych umieszczono rozbudowane i umieszczone na wielu poziomach organy piszczałkowe, lub gdy te zostały usytuowane w niszach utrudniających szybką i w miarę swobodną wymianę powietrza. Wtedy bowiem panujące na różnych poziomach lub w różnych płaszczyznach zróżnicowane temperatury powietrza uniemożliwią prawidłowe nastrojenie instrumentu, ograniczając tym samym wydatnie jego przydatność muzyczną. Nie są bowiem rzadkością pomieszczenia sakralne o dużej kubaturze, w których wskutek niewłaściwego usytuowania źródeł ciepła lub niewłaściwie zabezpieczonego termicznie poddasza czy stropu, w sezonie grzewczym nie udaje się uzyskać jednolitej temperatury w pomieszczeniu, a różnica temperatur osiąga w skrajnych przypadkach nawet 1° C na 1 m zmiany wysokości. Tymczasem podwyższenie przykładowo temperatury powietrza o 2° C powoduje wzrost częstotliwości dźwięku a głosu organowego Pryncypał 4´ o prawie 2 Hz, wywołując tym samym dudnienia o częstotliwości ok. 3 Hz z innymi piszczałkami o tej samej wysokości brzmienia, które zasilone zostały chłodniejszym powietrzem, czy też z piszczałkami głosów języczkowych. Z punktu widzenia stabilności stroju muzycznego organów ważny jest również sposób osiągania i dostarczania sprężonego powietrza do instrumentu. Jeśli bowiem jego temperatura będzie odbiegać od temperatury powietrza panującej wewnątrz organów, instrument także ulegnie rozstrojeniu. Wielkość tego rozstrojenia określać będzie różnica temperatur powietrza dostarczanego przez miechy organowe i powietrza znajdującego się wewnątrz organów.

Te uwarunkowania powinny być szczególnie brane pod uwagę w przypadkach wymagających dodatkowego „punktowego” dogrzewania zimą kontuaru organowego i miejsca dla organisty. O ile bowiem udaje się na ogół zadowalająco rozwiązać problem w przypadku tzw. kontuarów wolnostojących, gdzie można zastosować dobrze przemyślany i kontrolowany dodatkowy nawiew ciepłego powietrza w kierunku klawiatury pedałowej, które następnie unosząc się mogłoby ogrzewać także klawiatury manuałowe i stwarzać właściwy mikroklimat w miejscu zajmowanym przez organistę, nie wpływając przy tym istotnie na zmianę mikroklimatu w samych organach, o tyle zastosowanie podobnego rozwiązania w przypadku instrumentu z klawiaturami wbudowanymi bezpośrednio w szafę organową pociąga nieuchronnie za sobą równoczesne podgrzewanie umieszczonych nad klawiaturami lub w ich pobliżu piszczałek, zakłócając tym samym stabilność stroju muzycznego całego instrumentu.

Na marginesie warto poruszyć sprawę wpływu temperatury na funkcjonowanie w obiektach sakralnych instrumentów elektronicznych. Instrumenty starszej generacji, budowane z zastosowaniem tzw. elementów dyskretnych, były do tego stopnia wrażliwe na zmiany temperatury, że mogły być używane tylko w temperaturze pokojowej (ok. 20° C), natomiast z powodu nagminnego rozstrajania się okazywały się całkowicie nieprzydatne w temperaturze poniżej 10° C. Z podobnymi ograniczeniami spotkać się można w instrumentach analogowych nowszej generacji, w których dźwięk generowany był przez dwanaście – lub w bardziej ekskluzywnych wykonaniach nawet większą liczbę – tzw. generatorów wiodących. Na szczęście, takie instrumenty stają się dzisiaj rzadkością. Odporność na zmiany temperatury współczesnych cyfrowych instrumentów elektronicznych zależy natomiast od jakości zastosowanych w nich podzespołów. W wyższej klasy instrumentach potrafią one być odporne na zmiany temperatury w granicach od –15° C do +65° C. W instrumentach „budżetowych” skala ta jest nieco mniejsza i zawiera się w przedziale od ok. 10° C do 50° C. Instrumenty takie na ogół nie wymagają specjalnych warunków klimatyzacyjnych, gdyż ich konstrukcja została oparta na cyfrowym generowaniu dźwięku, dzięki czemu ten odporny jest na wpływy i zakłócenia zewnętrzne.

Koniec cz. I

Antoni Pietrzyk MSF