Urut

Pääartikkeli: Äänikerta

Urkupillistöjä Seinäjoen Lakeuden Risti -kirkossa. Kuvassa näkyy monenlaisia pillejä: takana kuparisia ja aivan edessä valkeita tukittuja huulipillejä; valkeiksi maalattuja tukittuja puupillejä; hopeanvärisiä tukkimattomia huulipillejä; hopeanvärisiä ja valkeiksi maalattuja torvimaisia kielipillejä.

Urkujen ääni syntyy pilleissä, jotka voidaan toimintaperiaatteeltaan jakaa kahteen ryhmään:

• Huulipillit, joissa pillin alapäästä puhallettava ilmavirta puristuu kapeaksi nauhaksi pillin sydämen eli keernan ja alahuulen välissä (alaosan yleensä kartiomaisesti laajenevan osan yläpää, jossa on aukko ja josta alkaa pillin suora, putkimainen yläosa). Ilmanauhan osuessa pillin ylähuuleen se saa pillin sisällä olevan ilmapatsaan värähtelemään. Ilma ei siis virtaa koko pillin läpi, vaan toimintaperiaate on samantapainen kuin esimerkiksi nokkahuilussa tai pullon suuhun puhallettaessa. Huulipillit ovat niitä tutuimman näköisiä urkupillejä, joita yleensä ovat urkujen julkisivun useimmat tai kaikki pillit. Pillin äänenkorkeus määräytyy pillin pituuden mukaan (pituus huulesta pillin yläpäähän; huulen alapuolinen kartiomainen osa ei vaikuta äänenkorkeuteen) siten, että pitkä pilli soi matalammalla äänellä kuin lyhyt ja pillin pituuden kaksinkertaistaminen pudottaa sen sävelkorkeutta oktaavin verran. Siten urkujen matalimmalta soivat huulipillit ovat pisimpiä, suurissa uruissa usean metrin mittaisia, ja korkeimmalta soivat huulipillit lyhyimpiä, joskus vain muutaman millimetrin mittaisia.
• Kielipillit, joissa ilma virtaa metallisen kielen ja hylsyn välistä ja saa toisesta päästään kiinnitetyn (ja siis toisesta päästään vapaan) kielen värähtelemään hylsyä vasten. Värähtelyt vahvistuvat kaikutorvessa. Toimintaperiaate on samantapainen kuin esimerkiksi klarinetissa. Äänenkorkeus määräytyy kielen vapaana värähtelevän pituuden mukaan, jota säädetään pilliin kuuluvan viritystapin avulla. Kaikutorven koon on oltava ainakin tietyssä määrin sopeutettu äänenkorkeuteen, mutta koon merkitys ei ole samalla tavoin yksiselitteinen kuin huulipilleissä, ja kaikutorven koko vaikuttaa myös äänensävyyn.

Materiaaliltaan pillejä on niin ikään kahta lajia, ja kummastakin valmistetaan sekä huuli- että kielipillejä:

• Metallipillit, jotka on yleensä valmistettu runsaasti tinaa sisältävästä urkupillimetallista ja ovat yleensä poikkileikkaukseltaan pyöreitä. Metallipillien äänensävy voi olla vaskipuhallinsoittimien tapaan kirkas ja terävä, mutta myös huilumaisen pehmeä.
• Puupillit, jotka ovat yleensä poikkileikkaukseltaan nelikulmaisia. Puisissa kielipilleissä kieli on metallinen, vaikka muutoin pilli on puuta. Puupillien äänensävy on lähtökohdiltaan metallipilliä pehmeämpi, mutta puisissa kieliäänikerroissa ääni voi olla silti kova, jopa römeä.

Lisäksi lähinnä huiluäänikerroissa pillit voivat olla kahta tyyppiä avoimuudeltaan:

• Avoimet pillit ovat yläpäästään avoimia. Tämä on yleisin huulipillien tyyppi. Pilli tehdään hiukan pitemmäksi kuin sen sävelkorkeus edellyttäisi, ja pillin sivu leikataan yläpäästään hiukan matkaa halkioksi niin, että pillin reunaan tulee kapea pystysuuntainen liuska. Tämä liuska kierretään rullalle sopivan matkaa, jotta pillin äänenkorkeus saadaan viritettyä oikeaksi, sillä halkion avoin syvyys vaikuttaa pillin soivaan pituuteen. Tätä ominaisuutta käytetään toisinaan urkujen julkisivuissa hyväksi: esteettisistä syistä muutamat vierekkäiset pillit ovat samanpituisia, mutta niiden taustapuolella olevan halkion syvyys vaihtelee huomattavasti, jolloin edestä samanpituisilta näyttävät pillit soivat eri äänenkorkeuksilla.
• Tukitut pillit ovat yläpäästään suljettuja. Sulkeminen on tehty hatulla, jota voidaan liikuttaa ylös ja alas pillin äänenkorkeuden virittämiseksi, mikä korvaa avoimien pillien halkioliuskalla tehtävän virittämisen. Tukitun pillin sävelkorkeus on oktaavin verran matalampi kuin soivalta pituudeltaan samanpituisen avoimen pillin. Koska urkujen matalimmat äänet edellyttävät pisimpiä pillejä, tukkimalla saadaan avoimia pillejä puolta lyhyemmillä pilleillä aikaan vastaavia matalia ääniä ja siten säästetyksi pillien materiaalikustannuksissa. Useissa urkujen sijoituspaikoissa tukittuja pillejä on jouduttu käyttämään myös, koska yhtä matalien äänien saaminen aikaan avoimilla pilleillä vaatisi niin pitkiä pillejä, että käytettävissä oleva tila ei ole niille tarpeeksi korkea. Tukkiminen vaikuttaa kuitenkin myös pillin äänen väriin – tukittu pilli soi jonkin verran umpinaisemmin (tukahtuneemmin) kuin vastaava avoin pilli – joten tukitut ja avoimet pillit eivät ole täysin toisensa korvaavia vaihtoehtoja. Yleensä uruissa on sekä avoimia että tukittuja äänikertoja erilaisten sävyjen aikaansaamiseksi.

Avoimesta pillistä saatavan sävelen korkeus on sellainen, että sen aallonpituus on kaksi kertaa pillin pituus ja taajuus sama kuin äänen nopeus jaettuna tällä aallon­pituudella. Sävel, jolla on tietty taajuus f, saadaan siis pillistä, jonka pituus on ${\displaystyle L={\frac {v}{2f}}}$, missä v on äänen nopeus (330 m/s). Esimerkiksi yksi­viivainen a¹ (440 Hz) saadaan pillistä, jonka pituus on 330/(2·440) = 0,375 m = 37,5 cm, ja suuri C (66 Hz) pillistä, jonka pituus on 330/(2·66) = 2,5 m. Samat sävelet saadaan suljetuista pilleistä, joiden pituus on puolet näistä.

Urkujen julkisivuissa monesti osa pilleistä (joskus jopa kaikki) on mykkiä kulissipillejä, joita ei ole lainkaan yhdistetty urkujen koneistoon ja ilmalaatikoihin. Kulissipillit on joskus valmistettu halvemmasta materiaalista kuin soivat urkupillit, ja joissakin uruissa kulissipillit voivat olla jopa vain hopeamaalilla maalattua puuta.

Urkupillit ovat pääsääntöisesti suoria, mutta harvinaisissa tapauksissa pillit voivat olla taitettuja mutkalle tai lenkille, yleensä pitkien pillien mahduttamiseksi rajalliseen käytettävissä olevaan tilaan.[1] Periaate on tällöin sama kuin vaskipuhaltimissa, joissa putki on soittimen lyhentämiseksi moninkerroin taivutettuna.

Pillien soimisessa tarvittava paineilma synnytetään palkeissa, joita voi olla yksi tai useampia. Palkeiden tehtävänä on saattaa ilma haluttuun paineeseen. Ennen sähkömoottorien käyttöönottoa ilma syötettiin palkeisiin lihasvoimalla, joko käsin tai jaloin. Siksi soittaessa tarvittiin "urkujenpolkija".

Palkeista ilma johdetaan ilmakanavan avulla ilmalaatikkoon, jonka päällä pillit seisovat riveissä. Pillirivit sisältävät rakenteeltaan ja soinniltaan samankaltaisia pillejä matalimmasta korkeimpaan säveltasoon. Pillirivejä kutsutaan äänikerroiksi, jotka poikkeavat toisistaan äänen korkeuden ja värin suhteen. Soittajalla on mahdollisuus valita, mitkä äänikerrat kulloinkin soivat, ja täten vaikuttaa soiton äänenvoimakkuuteen ja sointiväriin.

Luulajan tuomiokirkon urkujen soittopöytä.

Soittaja on yhteydessä ilmalaatikkoon ja sitä kautta pilleihin soitto- ja hallintakoneiston avulla. Soittokoneistoksi kutsutaan välitystä koskettimista ilmalaatikkoon kun taas hallintakoneistolla valitaan soivat äänikerrat.

Yleisin soittokoneisto on mekaaninen koneisto, jossa koskettimen liike välittyy ilmalaatikossa olevaan soittoventtiiliin puisten ja/tai metallisten abstraktien, vinkkelien ja vellojen avulla. Mekaaninen soittokoneisto pyritään rakentamaan siten, että se on riittävän kevyt nopeidenkin juoksutusten soittamiseen ja samalla riittävän tunnokas, jotta soittaja voi kokea olevansa mahdollisimman suorassa yhteydessä pilleihin.

Hallintakoneisto on pienissä uruissa yleensä mekaaninen, mutta suuremmissa monesti sähköinen, jolloin eri äänikertayhdistelmiä voidaan tallentaa muistiin ja ottaa käyttöön nopeasti ja vaivattomasti.

Urkujen soitto- ja hallintakoneistona on käytetty myös pneumaattista koneistoa (Suomessa 1880-luvulta 1950-luvulle), jossa koskettimet eivät ole mekaanisessa vaan pneumaattisessa yhteydessä pilleille ilmaa antaviin venttiileihin. Sama koskee hallintakoneistoa, jolla äänikerrat kytketään soimaan. Tällaisessa koneistossa soitto- ja hallintakäskyt välittyvät ohuissa lyijyputkissa kulkevan paineilman välityksellä. Paineilmalla toimivat pienet palkeet avaavat ja sulkevat ilmalaatikoissa olevat pilleihin ilmaa päästävät soittoventtiilit. Pneumaattisen koneiston parantamiseksi kehitettiin sähköpneumaattinen koneisto, jossa yhteys soittopöydän ja ilmalaatikon välillä on toteutettu sähköisesti niin, että ilmalaatikoissa olevat sähköreleet käyttävät pneumaattisia soittoventtiilejä. Myös täysin sähköistä koneistoa on käytetty.

Soittopöytä muodostuu yksinkertaisimmillaan eli pienissä uruissa yhdestä koskettimistosta silloin, kun uruissa on vain yksi äänikerta. Näin pienet urut ovat kuitenkin hyvin harvinaisia, ja tavallisesti soittopöytä onkin monimutkaisempi. Suurten urkujen soittopöydässä on useita koskettimistoja eli sormioita portaittain päällekkäin, jalkio, äänikertojen toimintaan- ja poiskytkemiseen käytetyt rekisteritapit tai -kytkimet, äänikertayhdistelmien muodostamiseen ja käyttämiseen tarkoitettuja muita kytkimiä (käsillä, jaloilla tai molemmilla käytettäviä) ja erilaisia polkimia esimerkiksi paisutuskaappien luukkujen avaamiseen ja sulkemiseen, sekä tietysti puhallinmoottorin virtakytkin. Lisäksi voi olla käyttökytkimiä joillekin muillekin erityisvarusteille, jos urkuihin sisältyy sellaisia.

Soittopöytään liittyy lisäksi muita varusteita, joita urkuri tarvitsee soittamiseen ja mm. jumalanpalveluksen kulun mukaan toimimiseen: nuottiteline, soittopenkki, peili josta näkee alttarille ja mahdollisesti myös kapellimestarin, jos orkesteri tai kuoro ja urut esiintyvät yhdessä, joskus myös tv-monitori alttarin tapahtumien seuraamiseen.

Jo melko pienissä uruissa (kymmenkunta äänikertaa) on yleensä kaksi koskettimistoa, suuremmissa enemmänkin. Koskettimistoja on useita siksi, että äänikerrat on jaettu pillistöiksi, joilla saadaan erilaisia sointiyhdistelmiä, ja jokaista pillistöä kohti on yksi koskettimisto. Kukin pillistö on siis tavallaan oma orkesterinsa, ja urkuri voi koskettimistoa vaihtamalla soittaa ikään kuin eri orkestereilla – jopa kolmella yhtä aikaa, jos hän soittaa oikealla ja vasemmalla kädellä eri koskettimistoa ja lisäksi vielä jalkiolla.

Monen koskettimiston uruissa on käytännössä aina myös ns. yhdistimiä eli koppeleita, joiden avulla yhden koskettimiston äänikerrat voi kytkeä soitettavaksi toisella koskettimistolla, tai myös jalkiolla. Yhdistimien ansiosta urkuri voi parhaimmillaan soittaa jalkiolla urkujen kaikkia äänikertoja yhtä aikaa, jos ne on kytketty toimintaan ja kaikki sormiot yhdistetty jalkiolle.

Monien urkujen soittopöydän koskettimistoissa silmiinpistävää on koskettimien mustan ja valkoisen värin päinvastainen järjestys kuin pianon koskettimissa. Joskus koskettimet eivät edes ole mustia ja valkoisia, vaan tummempaa ja vaaleampaa puuta. Tällainen nykykatsannossa käänteinen värien järjestys lienee itse asiassa vanhempi kuin pianoissa ja useimmissa uruissakin nykyisin käytetty: myös monissa cembaloissa ja muissa vanhoissa kosketinsoittimissa isot koskettimet ovat tummia ja pienet vaaleita.

Urkujen keksijäksi on mainittu Aleksandriassa 200-luvulla eaa. elänyt Ktesibios. Hänen hydraulos-nimisessä soittimessaan yhdistyivät ilmalla soivat pillit ja vesi.

Vesiurut olivat antiikin Kreikassa suosittu soitin. Niitä käytettiin myös Rooman valtakunnassa hoviseremonioissa ja amfiteattereissa. Eräs antiikin ajan parhaiten säilyneistä uruista on näytteillä Budapestissa Aquincumin museossa.

Kansainvaellusaikana urkukulttuuri säilyi Bysantissa. Kun Bysantin keisari Konstantinus V lahjoitti urut frankkikuningas Pipin Pienelle vuonna 757, instrumentti palasi länteen.

Liturgiseen käyttöön urkuja on rakennettu jo 900-luvulta lähtien. Ajan huomattavimmissa uruissa Winchesterin tuomiokirkossa oli 400 pilliä ja 40 kosketinta. Soittajia tarvittiin kaksi, ja 26:ta paljetta polki 70 miestä.

Urkujen asema vakiintui kuitenkin hitaasti, koska Kirkkoisät katsoivat vain laulun sopivan jumalanpalveluksiin. Vuonna 1287 Milanon kirkolliskokous hyväksyi urut ainoaksi jumalanpalvelussoittimeksi. 1300-luvulla urut yleistyivät, ja niitä rakennettiin Euroopan suurkaupunkien ja luostarien kirkkoihin.

Urkujen kokoa kasvatettiin pillirivejä lisäämällä siten että yhtä kosketinta painettaessa soi useampia pillejä. Jotkut pilleistä oli viritetty soimaan yhtä tai useampaa oktaavia korkeammalta kuin perussävel. Näin urkujen äänen voimakkuus ja kirkkaus kasvoi. Keskiajan lopulla kehiteltiin ratkaisuja, jolla soittaja voisi valita mitkä pilleistä kulloinkin soivat. Ensin ilmalaatikko jaettiin kahtia ja toinen puolisko varustettiin sulkuventtiilillä, jolloin soittaja saattoi sulkea osan korkeammista pilliriveistä pois. Edelleen monimutkaisemmilla teknisillä ratkaisuilla päästiin vähitellen siihen, että soittaja saattoi kontrolloida kutakin pilliriviä eli äänikertaa erikseen; tätä kutsutaan rekisteröimiseksi.

Renessanssiaikana urkujen soinnillisia mahdollisuuksia kehitettiin edelleen: pillit jaettiin pillistöihin, joilla kullakin oli oma koskettimistonsa. 1400-luvulla alankomaalaiset urkujenrakentajat sijoittivat myös pillistöt akustisesti erilleen toisistaan pää-, selkä- ja yläpillistöön.

Urut saavuttivat vähitellen messussa kuoron kanssa tasavertaisen aseman. 1400-luvun Codex Faenza -urkumusiikkikokoelmassa on katkelmia urkumessuista, joissa urut ja kuoro vuorottelevat. Tämä alternatim-käytäntö sai myöhemmin virallisen aseman itseltään paavilta.

Barokkityyliset kuuluisat Müller-urut St Bavo -kirkossa Haarlemissa, Alankomaissa.

Uskonpuhdistuksen jälkeen Saksan protestanttisissa kirkoissa urkujen tehtävänä oli mm. johdattaa seurakunta virsilauluun. Tähän tarkoitukseen, ja myös laulun lomassa olevina urkusäkeistöinä käytettäviksi sävellettiin etenkin 1600- ja 1700-luvulla runsaasti urku­koraaleja. Virsilauluun liitettiin urkusäestys Saksassa 1600-luvulla.

1500-luvulle tultaessa urut olivat kehittyneet teknisesti nykyisenkaltaiseen muotoonsa. Urkujenrakennuksen kansalliset koulukunnat (esimerkiksi italialainen, alankomainen ja eteläsaksalainen) eriytyivät toisistaan yhä enemmän. Barokin aikana koulukuntia syntyi yhä enemmän; Skandinavian maiden urkukulttuuri alkoi noudattaa lähinnä pohjoissaksalaista kehityslinjaa.

1800-luvulla urkuja sopeutettiin romantiikan sointi-ihanteeseen. Erityisen kuuluisia tältä aikakaudelta ovat ns. ranskalaisromanttiset urut, jotka tunnetaan myös niiden laajaan, sinfoniaorkesterin ilmaisuvoimaa jäljittelevään sointiin viittaavalla nimellä sinfoniset urut. Näiden rakentajista tunnetuin on Aristide Cavaillé-Coll.

Vastareaktiona tälle syntyi 1900-luvun alussa urkujen­uudistus­liike. Se ”löysi” taas vanhemmat soittimet ja alkoi vastustaa tiettyjä 1800-luvun urkujenrakennuksen ilmiöitä. Urkujenuudistusliike loi tavallaan oman urkutyyppinsä, josta viime vuosikymmeninä on jälleen yhä enemmän luovuttu. Uusia mullistavia innovaatioita, elektroniikan mukanaan tuomia apulaitteita lukuun ottamatta, urkujenrakennuksessa ei ole oikeastaan sataan vuoteen enää tehty. Koska musiikkikulttuurissa menneiden vuosisatojen musiikin tutkiminen ja esittäminen on saanut paljon painoa, otetaan urkurakennuksessakin usein mallia vanhoista (joka nykyään tarkoittaa 1800-lukuakin!) soittimista.

Vanhoilla uruilla on ollut merkitystä musiikin historian tutkimisessa, koska aiemmin käytössä olleet viritysjärjestelmät ja viritystasot ovat monissa historiallisissa uruissa edelleen tallella. Tämän perusteella on voitu selvittää, missä sävelkorkeuksissa menneillä vuosisadoilla soitettiin musiikkia. Tutkimuksissa on selvinnyt, että sävelkorkeuksissa on ollut suurta vaihtelua alueittain myös saman maan sisällä. Autenttisuuteen pyrkivissä tuoreissa levytyksissä käytetään joskus vanhoja urkuja, jolloin myös sävelkorkeus määräytyy käytettävien vanhojen urkujen mukaan.

Historiassa urkujen ulkonäkö on yleensä heijastanut niiden rakentamisajan arkkitehtuurin tyylisuuntaa. Goottilaisissa kirkoissa urkujen koristelu noudatti goottilaista tyyliä, renessanssiaikana renessanssin ihanteita, barokkiaikana urut kaunistettiin vastaavalla runsaalla koristelulla kuin kirkkokin, ja niin edelleen. Lisäksi ulkonäkö on heijastellut kunkin maan tyylien ominaispiirteitä.

Urkujen ulkonäkö on kuitenkin vain julkisivu, joka varsinkaan nykyisin ei ole välttämättä sidoksissa urkujen soinnin tyylisuuntaan. Koska nykyisin rakennetaan kaikkien historiallisten sointityylien mukaisia urkuja, julkisivu voi olla esimerkiksi täysin modernin tyylinen, mutta urkujen sointi vaikkapa renessanssityylinen, esimerkiksi kuten Lahden Mukkulan kirkon uruissa[2].

Lisäksi jo useina vuosisatoina urkuja on usein uudistettu siten, että julkisivu on säilytetty vanhana mutta pillistöt on korvattu tai urkuja laajennettu siinä määrin uusilla äänikerroilla, ettei sointi enää lainkaan ole vastannut alkuperäisiä, julkisivun tyylin mukaisia urkuja.[3]