Een animatie van het eerste orgel uit de geschiedenis
In 275 voor Chr. vindt de Griek Ktesibios in Alexandrië een machine uit, waarmee bronzen
fluiten bespeeld kunnen worden. Deze machine past in een reeks “automata”, vaak
gecompliceerde machinerieën, die zelfstandig dingen konden zoals, deuren openen,
vogelgeluiden nadoen en fonteinen laten werken.
Het toenmalige Alexandrië met zijn beroemde bibliotheek trok veel wetenschappers aan, die
hun ontdekkingen daar ook op schrift stelden. Daarbij waren ook technisch geinteresseerden,
zoals Ktesibios en later Heron van Alexandrië.
De uitvinding van Ktesibios was een complexe machine, die uit drie mechanische onderdelen
bestond.
De eerste was een handbediende pomp, bestaande uit een bronzen cylinder met daarin een
zuiger en een in- en uitlaatklep.
De tweede was een deels met water gevuld bronzen vat, dat in staat was om lucht onder druk
op te slaan. En de derde een luchtdichte metalen doos, die door middel van schuivende
bronzen latten met gaten erin lucht kon laten stromen door erboven geplaatste bronzen
fluiten. Elke metalen lat kon bewogen worden door het neerdrukken van een hefboom.
De machine werd “organon hydraulikon” of kortweg “hydraulis” genoemd, meestal vertaald
als “waterorgel”.
populair en kostbaar
De hydraulis werd heel populair in de antieke wereld, maar was wel kostbaar en daardoor
voorbehouden aan de rijken en machtigen. De krachtige toon maakte het instrument ook
geschikt voor openbare plaatsen, zoals amphitheaters en paleizen.
De hoge kosten voor een hydraulis werden niet alleen veroorzaakt door de productie, maar
ook door de noodzaak van voortdurend onderhoud. Het is bijvoorbeeld niet mogelijk om in
een warm klimaat zoals in de landen rond de middellandse zee stilstaand water langere tijd in
een bronzen vat te laten staan. Daarnaast waren de zuigers voor een luchtdichte afsluiting
bekleed met textiel, waarschijnlijk in combinatie met olie, zowel voor de luchtdichtheid als
voor de wrijving. En tenslotte moesten ook de vele metalen latten (“slepen”) regelmatig
geolied worden om goed bewegend en luchtdicht te blijven. Dit onderhoud vereiste de inzet
van specialisten, zoals tot vandaag de dag bij het orgel het geval is.
En natuurlijk moesten de instrumenten ook gestemd worden. Vitruvius vermeldt, dat er
instrumenten waren met twee, vier, zes en acht rijen pijpen. Uitgaande van een hydraulis met
pijpen en klavier volgens de Griekse toonladder, de “Systema Teleion Ametabolon”, betekent
dat een aantal van 21 x 8 = 168 pijpen.
Naast de bronzen Hydraulis bestond ook een kleiner en minder kostbaar houten orgel, dat via
twee vouwbalgen van lucht voorzien werd, de “Pneumatikon”.
einde en begin
De hydraulis vindt een abrupt einde in de 9e eeuw door een verbod op verdere productie en
gebruik van het instrument door de Byzantijnse keizer. Aangezien de hydraulis exclusief in de
werkplaatsen van de keizer in Constantinopel gebouwd werd, betekende dit automatisch het
einde van alle buiten Byzantium bestaande instrumenten. Het gebruik van de hydraulis was
vanaf toen namelijk uitsluitend toegestaan aan het hof in Constantinopel.
Aangezien voor reparatie en onderhoud specialisten nodig waren, opgeleid in en afkomstig uit
Constantinopel, betekende dit op termijn de ondergang van de hydraulis.
De waardevolle metalen maakten het omsmelten van de stilgevallen instrumenten
aantrekkelijk, wat de verklaring is voor het volledig verdwijnen van de griekse hydraulis.
De houten pneumatikon komt in de 8e en 9e eeuw als diplomatieke gift van de Byzantijnse
keizer naar het Karolingische hof in Aken. Hoewel het geven van een orgel vooral een
diplomatieke erkenning was, was het gegeven instrument natuurlijk geen hydraulis; dat
laatste zou een erkenning geweest zijn van Karel de Grote als keizer van het West-Romeinse
rijk, wat tegen de opvattingen van de Byzantijnse keizer in zou gaan. Zowel Pepijn de Korte in
757 als Karel de Grote in 812 ontvingen dus balg-orgeltjes van gezanten uit Byzantium. Maar
het derde instrument, dat voor Lodewijk de Vrome, zou niet alleen een einde maken aan het
Byzantijnse monopolie op het bouwen van orgels, maar vooral de start zijn van de West-
Europese orgelbouw, die uiteindelijk zou leiden tot nieuwe instrumenten als klavichord,
klavecymbel en pianoforte en in de 20e eeuw tot nieuwe elektrische en digitale
klavierinstrumenten.
De werking van de hydraulis is complex en niet eenvoudig met alleen met woorden duidelijk te
maken. Maar veel technische tekeningen die op het internet rondgaan zijn niet correct:
met name de inlaat- of uitlaatkleppen ontbreken soms, of is het onduidelijk waar de lucht
naar toe gaat.
De hier getoonde animatie is ontstaan uit een reeks tekeningen, voor eigen gebruik gemaakt
om de werking van de hydraulis zichtbaar te maken.
Het eerste deel van de animatie toont het proces binnen de cylinder: via de inlaatklep wordt
lucht aangezogen, die vervolgens door de zuiger samengeperst wordt. Deze lucht opent
vervolgens de uitlaatklep en stroomt in het drukvat. De uitlaatklep sluit en de neerwaartse
beweging van de zuiger veroorzaakt een lagere luchtdruk binnen de cylinder, waardoor de
inlaatklep opent onder druk van de lucht buiten de cylinder.
Van de getoonde cijfers is alleen de normale luchtdruk van 76cm Hg ofwel 1 Atmosfeer juist.
De overige getallen geven in feite alleen “meer” of “minder” aan. De samengeperste lucht
(105) moet nu eenmaal qua druk hoger zijn dan de hypothetische “100” van de winddruk
binnen het orgel om de uitlaatklep te kunnen openen.
In de animaties is de houten steunconstructie voor de cylinders weggelaten.
Voordat er gespeeld kan worden, moet het orgel onder druk gebracht worden; zodra aan de
bovenkant lucht ontsnapt, het zogenaamde “koken” van het orgel, is de juiste druk bereikt.
Tijdens het spelen moet deze druk door pompen gehandhaafd worden. Dus orgel spelen
zonder gelijktijdig bijpompen van lucht is bij de hydraulis onmogelijk.
In de tweede animatie is kan de continue werking van de cylinder bekeken worden, zowel met
als zonder druk-indicatie.
Het artikel zal aangevuld worden met nieuwe informatie en animaties. Informatie met name
over de geschiedenis met een aantal voetnoten en een animatie van de speelmechaniek. Ook
de vorm van de kas en de waterdruk komen nog aan bod.
Versie 01
page top
