Když americký hodinář a vynálezce Laurens Hammond stavěl v roce 1935 své první elektromechanické varhany, netušil, že namísto v chrámech a koncertních síních najdou hlavní uplatnění v rockových, bluesových a jazzových kapelách.
A už vůbec nemohl tušit, že se za třicet let budou podobné nástroje vyrábět i v socialistickém Československu.
Trocha teorie a historie
Kmitavý pohyb, vznikající vlivem pružnosti materiálu, je vlastní snad všem předmětům a mechanickým soustavám. Že mnohé předměty při tomto kmitání vydávají zvuk, lidé zjistili již velice dávno a využili toho při konstrukci hudebních nástrojů. Generování zvuku pomocí rotačního pohybu bylo objeveno mnohem později. V roce 1681 si anglický přírodovědec Robert Hooke povšiml, že při přiložení proužku kartonu k zubům rotujícího ozubeného kola vzniká tón, jehož frekvence je úměrná počtu zubů a rychlosti otáčení. Popsaný princip dále prozkoumal v první čtvrtině 19. století francouzský fyzik Félix Savart, který na společnou hřídel umístil několik ozubených kol s různým počtem zubů, a byl tak schopen generovat tóny několika frekvencí, pomocí nichž mohl vytvářet jednoduché melodie.
Ve druhé čtvrtině 19. století vytvořil německý fyzik Louis Friedrich Wilhelm August Seebeck sirénu vytvářející zvuk přerušováním proudu vzduchu pomocí rotujícího disku s otvory. Frekvence generovaných tónů je opět úměrná počtu otvorů a rychlosti otáčení. Seebeckova siréna je dodnes používána jako jednoduchý zdroj hlasitého výstražného zvuku na veřejných prostranstvích, jak si můžeme ověřit každou první středu v měsíci ve dvanáct hodin.
V roce 1838 francouzský fyzik Charles Edouard Joseph Delezenne popsal generování tónů pomocí otáčejícího se ocelového ozubeného kola a elektromagnetu. Na konci 19. století začal uvažovat o možnosti elektrického vytváření hudby Kanaďan Thaddeus Cahill žijící v americkém Washingtonu. Již v roce 1895 podal patentovou přihlášku na elektronický hudební nástroj, později nazvaný Telharmonium nebo Dynamophone. Způsob vytváření zvuků kombinací harmonických složek označil ve svém návrhu termínem syntéza. V patentu The Art of and Apparatus for Generating and Distributing Music Electronically (Postup a zařízení pro elektronické generování a distribuci hudby) popsal generování zvuku pomocí rheotomů, což byly rotační přerušovače - kovové válce umístěné na dvanácti hřídelích rotujících různou rychlostí, které vytvářely pulsující proud s různými frekvencemi. Později Cahill použil namísto rheotomů alternátory, které vyráběly střídavý proud s potřebnými frekvencemi. Telharmonium bylo vyrobeno ve třech verzích. Soustava alternátorů, největší z nich zaujímala prostor velké strojovny, dlouhý asi dvacet metrů a nástroj vážil přes dvě stě tun. Náklady na stavbu dosáhly dvě stě tisíc dolarů. Telharmonium je tak pravděpodobně největším, nejtěžším a nejdražším vyrobeným elektronickým hudebním nástrojem.
Podobný princip použilo na konci 20. a na počátku 30. let dvacátého století několik dalších konstruktérů, k nimž patří Frank Morse Robb, Joseph Bethenod, Richard Howland Ranger nebo Ivan Eremeeff. Ti všichni vytvořili nástroje s elektromagneticky snímanými rotujícími tónovými koly. Nejznámějším nástrojem, založeným na uvedeném principu, jsou však varhany hodináře Laurense Hammonda. Ten v roce 1935 vyrobil nástroj, který ovlivnil vývoj hudby podobně jako elektrická kytara či syntetizér. Hammondovy elektromechanické varhany byly v následujících desetiletích vyráběny v mnoha verzích a jejich podrobný popis by si vyžádal samostatný a velice rozsáhlý článek, nebo spíše celou knihu. Základem nástroje je několik desítek kovových ozubených kol rotujících různou rychlostí. U okraje kol jsou umístěny cívky s magnetickými jádry, které tvoří jednoduché snímače fungující podobně jako snímače na elektrické kytaře. Otáčením kol vzniká ve snímačích střídavé napětí, jehož frekvence závisí na počtu zubů a rychlosti otáčení. Počet a tvar zubů je volen tak, aby byly generovány tóny s přibližně sinusovým průběhem v potřebném rozsahu frekvencí. Jejich mícháním jsou, podobně jako v Cahillově Telharmoniu, získávány různé zvukové barvy. K plynulému nastavení poměru jednotlivých frekvenčních složek slouží devět táhel. Zvuk je dále upravován v obvodech pro vytváření vibráta, chorusu a dalších efektů a zesilován elektronkovým zesilovačem. K varhanám Hammond bývá často připojována reproduktorová soustava Leslie s rotujícími reproduktory, která se podílí na jejich charakteristickém "nečistém" zvuku daném použitým principem a nejrůznějšími nepřesnostmi při výrobě. Právě pro tento zvuk si varhany Hammond oblíbili rockoví, bluesoví, jazzoví a další hudebníci.
Varhany RWZ
V 50. letech se o amatérskou stavbu varhan, odvozených od elektromechanických varhan Hammond, pokusil Oldřich Zachař. Provedl mnoho experimentů s tónovými koly, při kterých ověřoval vliv struktury materiálu a způsobu jeho zpracování na kvalitu tónu. Vhodnou tepelnou úpravou použitých plechů a přesným frézováním nakonec vyrobil tónová kola, která se stala základem elektromechanického tónového generátoru budoucího nástroje. Své varhany Zachař po pěti letech práce dokončil a nazval je Regenschori Wáclav Zachař (RWZ) po svém otci - varhaníkovi. Nástroj měl údajně velice čistý zvuk, a přes váhu kolem tří set kilogramů a některé nedokonalosti se našel varhaník Ota Čermák, který začal nezvyklý nástroj používat a absolvoval s ním řadu koncertů v mnoha místech tehdejšího Československa. Po několika letech byl nástroj zničen při autonehodě, při níž zahynul i Ota Čermák.
Pastorale B50
Varhany RWZ se spolu s varhanami Hammond staly předlohou pro elektrofonické varhany Pastorale, které pod vedením Oldřichova bratra Bohumila Zachaře vyvinula a od roku 1969 pod značkou Petrof vyráběla firma Československé hudební nástroje sídlící v Hradci Králové. Na vývoji elektroniky pracoval Vladimír Petrovický, mechanickou část nástroje měl na starost Václav Horák, Václav Kunt a Karel Zelinka. Celý vývoj a výrobu zajišťoval na předměstí Hradce Králové na Pouchově asi osmnáctičlenný tým.
Základní model varhan Pastorale dostal označení B50. Jeho dřevěná skříň má rozměry 110 x 70 x 90 cm a váží asi 125 kg. Nástroj má dva pětioktávové manuály a jednooktávový pedál. Klávesy obou manuálů mají zaoblené hrany, což usnadňuje hru klouzavých přechodů. Plastové klávesy neobvyklého tvaru byly vyráběny zvlášť pro tento nástroj.
Horní manuál má na levé straně dvanáct krajních kláves v inverzních barvách. Stejně jako u varhan Hammond neslouží tyto klávesy ke hře, ale k přepínání deseti rejstříků. Klávesy c? až b b postupně volí tyto rejstříky: Viol, Oboe, Violin, Clarinet, Saxophone, English Horn, Trumpet, Flute a dvakrát Full Organ. Klávesa h spíná volnou kombinaci. Ta je, stejně jako u varhan Hammond, ovládána pomocí devíti táhel označovaných jako drawbars, které umožňují plně využít aditivní syntézu a plynule nastavit poměr intenzit jednotlivých složek - stopových výšek 160, 5 a 1/30, 80, 40, 2 a 2/30, 20, 1 a 4/50, 1 a 1/30 a 10. Klávesou c lze zvuk horního manuálu vypnout.
Dolní manuál má inverzní klávesy umístěné na pravé straně. Tyto klávesy opět neslouží ke hře, ale ovládají následujících jedenáct rejstříků: Horn, Sweetphone, Tibia, Bourdon, Principal, Violoncello, Celestial Voice, Salicional, Human Voice a dvakrát Full Organ. Nejvyšší klávesou se opět spíná volná kombinace, ovládaná pomocí dalších devíti táhel, nejnižší klávesou se vypíná zvuk spodního manuálu.
Pedál má rozsah třináct tónů a jednu pevně nastavenou zvukovou barvu. Kolébkovým přepínačem označeným Pedal lze pouze volit dva stupně hlasitosti.
Stejně jako u varhan Hammond jsou základem generátoru tónová kola s elektromagnetickými snímači. Na rozdíl od varhan Hammond není použit společný hnací hřídel, ale tónová kola pro každý tón ve všech výškových polohách jsou vždy umístěna na jednom samostatném hřídeli. V nástroji je tedy dvanáct hřídelů, z nichž každý se otáčí různou rychlostí. Převod mezi sousedními hřídeli obstarávají dvojice ozubených kol. Díky použitému řešení je v převodech pouze dvacet dva ozubených kol. Celá jednotka generátoru je umístěna v kovové skříni se stínicími přepážkami, která je navíc zvukově izolována několika vrstvami plsti. Tónová kola generátoru pohání přes řemenový převod synchronní elektromotor napájený přímo z elektrické sítě. Stabilita ladění tak závisí na stabilitě frekvence síťového napětí. Stejně jako u varhan Hammond nevytváří generátor tóny v celém potřebném rozsahu, proto jsou v nejnižších polohách stopy 160 a v nejvyšších polohách stopy 10 použity lomené oktávy. Celá generátorová jednotka je uložena v horní části skříně v prostoru za klaviaturami.
Signál z elektromagnetických snímačů je veden přes spínací systém tvořený kontakty kláves a rejstříkových spínačů, ke směšovacím transformátorům a z nich dále k elektronkovým předzesilovačům. Pro spínání signálů devíti stopových výšek má každá klávesa devět kontaktů. Zvukový signál prochází přímo klávesovými kontakty, nástroj proto neumožňuje řídit rychlost náběhu a doznění tónů.
Varhany Pastorale jsou vybaveny zpožďovací linkou s bezkontaktním elektrostatickým rotačním přepínačem - "scannerem" pro vytváření efektů vibráto a chorus. Konstrukce je téměř beze změn převzata z varhan Hammond. Bezkontaktní přepínač je tvořen rotorem s křidélkovými elektrodami, které se pohybují mezi obdobnými elektrodami umístěnými na obvodu kruhového statoru. Celek vytváří skupinu proměnných vzduchových kondenzátorů, které změnou kapacity ovládají amplitudu procházejícího signálu a fungují jako otočný přepínač. Elektrody statoru jsou připojeny ke zpožďovacím RLC článkům vytvářejícím fázový posuv procházejícího signálu. Periodickým přepínáním zpožďovacích článků je dosaženo vibráta, při smíchání přímého a zpožděného signálu vzniká chorus. Pro ovládání těchto efektů slouží dva kolébkové přepínače označené Vibrato a Chorus. Frekvence obou efektů je pevně dána rychlostí otáčení "scanneru0ť, který je přes převod poháněný soukolím zvukového generátoru. Scanner je uzavřen v malé plechové skříňce umístěné vedle generátorové jednotky.
Veškeré elektronické obvody varhan Pastorale B50 jsou elektronkové. V nástroji je zabudován zesilovač Tesla Mono 50 (AZK405). Jeho koncový stupeň je osazen elektronkami ECC 83 a budí dvojici vestavěných 12" reproduktorů ARO 835 umístěných ve spodní části skříně a směřujících k nohám hráče. Vstupní obvody zesilovače jsou upraveny, a zesilovač je tak nedílnou součástí elektroniky nástroje. Zesilovač je ponechán v původní kovové skříni a je připevněn u dna skříně varhan poblíž reproduktorů.
Pro řízení hlasitosti slouží nožní ovladač, u něhož je pro dosažení delší životnosti namísto běžného potenciometru použit otočný vzduchový kondenzátor, jehož pohyblivé součásti nejsou v mechanickém kontaktu, a proto nepodléhají opotřebení. Kondenzátor pro regulaci hlasitosti je uzavřen v kovovém krytu přišroubovaném na boku zesilovače a je táhlem spojen s pedálem hlasitosti.
Cena varhan Pastorale B50 byla na přelomu 60. a 70. let téměř 80 000 Kčs, což tehdy odpovídalo přibližně ceně dvou osobních automobilů Škoda. Celkem bylo varhan Pastorale v základní verzi B50 vyrobeno kolem sta kusů.
Pastorale Z70
Kromě základního modelu B50 byl vyráběn ještě druhý model, označovaný Z70. Měl o jednu oktávu zvětšený rozsah obou manuálů a vějířovitý pedál s rozsahem třiceti dvou tónů a třemi rejstříky se stopovými výškami 160, 80 a 5 a 1/30. Byly doplněny perkusivní hlasy a pružinový dozvuk, čímž se nástroj zvukově ještě více přiblížil své předloze - varhanám Hammond. V elektronických obvodech byly některé elektronkové obvody nahrazeny tranzistorovými. Nástroj vážil asi dvě stě třicet kilogramů a jeho cena byla 116 000 Kčs. Model Z70 byl vyroben jen v několika málo exemplářích. Na počátku 70. let bylo rozhodnuto, že výroba elektrofonických varhan bude z Československa přesunuta do východního Německa. K přesunu nakonec nedošlo, ale výroba varhan Pastorale byla v roce 1973 ukončena.
Zvuk a pocit ze hry
Nástroj se chová tak, jak se očekává od elektromechanických varhan s lampovou elektronikou. Po zapnutí je slyšet tichý chod motoru v generátorové jednotce i lehký šum zesilovače. Klaviatura s výrazně zaoblenými hranami zpočátku působí nezvykle. Po chvíli hraní si lze snadno přivyknout, a díky tvaru kláves lze snadno hrát rychlé skluzy bez rizika poranění prstů. Zvuk varhan je plný, barevný, příjemně lampově teplý a "špinavý". K sytému zvuku přispívá i elektromechanický chorus. I bez připojené reprosoustavy Leslie je hra na Pastorale velice inspirativní. Klávesové kontakty, zapojené přímo v signálové cestě, vytvářejí příjemné kliksy, jejich nestejnoměrné spínání při stisku způsobuje, že každý tón má mírně odlišné nasazení. To odlišuje staré elektromechanické a elektronické nástroje od mnoha moderních digitálních nástrojů a počítačových simulací, u nichž tyto drobné nepřesnosti většinou chybí a jejichž zvuk proto často působí strojovým dojmem.
Varhany Pastorale byly konstruovány pro instalaci v koncertních síních a nahrávacích studiích, nejedná se tedy o mobilní nástroj. Vzhledem k váze přes sto kilogramů nejsou vhodné pro časté stěhování na koncertních šňůrách. Živá hra na ně by však na pódiu byla jistě příjemným zážitkem.
Pokud varhany Pastorale náhodou objevíte v zákulisí některého "kulturáku" nebo podobného zařízení, rozhodně stojí za pozornost. A pokud je za přiměřený obnos koupíte, získáte osobitý nástroj, jakých už není mnoho, a s ním i kus historie výroby elektrofonických nástrojů v našich zemích.
V textu byly použity části knihy o elektromechanických a elektronických hudebních nástrojích, jejíž vydání autor tohoto článku připravuje na první polovinu letošního roku. Mnoho cenných technických i historických informací o varhanách Pastorale poskytl jejich konstruktér pan Vladimír Petrovický a jeho syn Vladimír Petrovický ml. Oběma děkuji.
