Foto: neznámý autor, vydáno nejpozději roku 1886; Wikimedia Commons, public domain. Snímek byl oříznut, upraven na poměr 16:9 a zmenšen pro web.

Varhaník stiskne klávesu. V příslušné skleněné trubici se od sebe oddělí dva malé plameny a sloupec vzduchu začne znít. Další klávesa přidá druhý tón, další sestaví akord. Hráč foukat nemusí a za stěnou nepracuje měch. Energii dodává proud plynu, hudební kmitání vytváří rychlá série změn při hoření.

Název pyrofon zní jako současný efekt pro festivalovou show, nástroj však vznikl v 70. letech 19. století. Jeho autor Georges Frédéric Eugène Kastner spojil fyzikální demonstraci „zpívajícího plamene“ s klaviaturou a soustavou naladěných trubic. Chtěl postavit skutečný hudební nástroj, nikoli jen zařízení, které při přednášce na chvíli zahouká. Výsledek se dochoval v několika muzeích a také v patentu, jehož technický popis je místy praktičtější než pozdější legendy o ohnivých varhanách.

Zpívající trubice byla starší než nástroj

Plamen v otevřené trubici může za vhodných podmínek rozkmitat vzduchový sloupec. Irský chemik Bryan Higgins popsal podobný jev roku 1777 a v 19. století jej při přednáškách zkoumali Michael Faraday nebo John Tyndall. Fyzici získali efektní ukázku vazby mezi teplem, prouděním a akustickou rezonancí: malý hořák se posunul do skleněné trubice a po nalezení správné polohy se ozval stabilní tón.

Science Museum Group vysvětluje Kastnerův nástroj právě jako navázání na Higginsův objev. Samotná trubice určuje možné rezonanční frekvence podobně jako varhanní píšťala. Plamen dodává energii a periodické změny tlaku ji ve vhodném místě předávají akustickému módu. Pokud je příliš velký, v nesprávné výšce nebo má nevhodné složení, tón se nerozběhne nebo zanikne.

Proces se dnes řadí k termoakustickým jevům. Hoření periodicky předává teplo plynu v rytmu tlakových změn. Když fáze dodávky energie souhlasí s kmitáním vzduchu, rezonance se posiluje. Jakmile se podmínky rozcházejí, systém kmit tlumí. Nástroj proto potřebuje přesně sladit délku trubice, polohu hořáku, velikost plamene i průtok.

Vzduchový sloupec při tom necestuje trubicí odspodu nahoru jako píst. Částice vzduchu kmitají kolem své klidové polohy a tlakové maximum se střídá s minimem. Otevřené konce a délka rezonátoru určují, kde vzniknou uzly a kmitny. Hořák musí ležet v oblasti, kde jeho tepelná energie posílí vhodnou fázi. Posun o několik centimetrů může hlasitý tón proměnit v tiché syčení.

Jedna trubice umí vedle základního tónu rezonovat na vyšších harmonických módech. To je hudebně užitečné i zrádné. Konstrukce chce spolehlivě spouštět zamýšlený mód, zatímco změna průtoku nebo teploty může systém přetlačit jinam. Stejný kus pak přeskočí do vyšší polohy nebo začne kolísat. Varhanní píšťala dostává poměrně stabilní proud vzduchu přes přesně tvarované ústí; pyrofon přidává chemickou reakci, která se sama účastní zpětné vazby.

Skleněný válec není rozpálený po celé délce stejně. Horké spaliny stoupají, vytvářejí teplotní gradient a mění místní hustotu plynu. Zvuková rychlost i proudění se proto během zahřívání ustalují. První tón po zapálení nemusí mít stejné podmínky jako tón po deseti minutách. Hudební nástroj tak potřebuje provozní teplotu podobně jako elektronkový zesilovač, jen ji tentokrát poznáme i podle toho, že nad ním opravdu hoří.

Slovo „výbuch“ v některých přezdívkách může vyvolat představu jednotlivých detonací. Kastner v patentu skutečně psal o rychlých drobných explozích či pulzech ve směsi vodíku a kyslíku, výsledný tón však vzniká jako souvislé periodické buzení rezonátoru. Posluchač neslyší řadu oddělených ran. Slyší ustálený tón, pokud se plamen a vzduchový sloupec udrží ve správném pracovním bodě.

Kastner rozdělil plamen na několik menších

Frédéric Kastner se narodil roku 1852 ve Štrasburku do hudební rodiny. Jeho otec Jean-Georges Kastner byl skladatel a hudební teoretik, syn se zajímal také o fyziku a chemii. Vynález rozvíjel na začátku 70. let a ve Francii jej patentoval roku 1873. Dochovaný londýnský kus nese dataci 1873–1876; štrasburské muzeum jej popisuje jako plynové varhany se „zpívajícími plameny“.

Základní pokus měl nepříjemnou vlastnost: změnit plamen tak, aby se tón spolehlivě zapnul a vypnul, nebylo snadné. Kastner použil dvojici nebo větší počet malých hořáků. Když se jejich plameny přiblížily k sobě, vzájemně narušily podmínky pro akustické kmitání a tón ustal. Klávesa je od sebe mechanicky oddálila, samostatné plameny začaly rezonátor budit a trubice zazněla.

Americký patent z roku 1875 popisuje větvené hořáky s několika tryskami, pohyblivé soustředné kruhy i děrované trubice. Vynálezce řešil také uhlík ve svítiplynu. Saze a složení paliva narušovaly pravidelné hoření, proto chtěl mnoho menších, čistších plamenů s vhodným poměrem k vzduchu. Dnešnímu čtenáři patent připomene, že „zapálíme to v trubce“ byl teprve začátek vývoje.

Mechanika spojovala klávesy s hořáky podobně jako jiné klávesové nástroje spojují klávesu s ventilem nebo kladívkem. Kastner počítal i s elektrickým ovládáním z vedlejší místnosti. Ve stejném patentu navrhoval využít zpívající hořáky v lustrech, plynovém osvětlení nebo jevištních rampách, aby vyráběly světlo a zvuk současně. Představa víceúčelového scénického prvku tedy existovala dlouho před DMX; servisní protokol byl jen podstatně teplejší.

Klaviatura ovládala třicet sedm ohňů

Nejznámější verze měla chromatický rozsah tří oktáv a 37 trubic. Delší rezonátory tvořily hlubší tóny, kratší vyšší. Trubice mohly být skleněné nebo z jiného vhodného materiálu, sklo ovšem umožnilo sledovat plamen a proměnilo mechanismus v působivý obraz. Nástroj připomínal malé varhany s průhlednými píšťalami a klaviaturou před nimi.

Tón nemusel být tichý laboratorní pískot. Současné popisy mluvily o zvuku podobném lidskému hlasu, varhanám nebo žesťům. Barva závisela na délce a průměru trubice, palivu i uspořádání hořáků. Jednotlivé rejstříky mohly pracovat s trubicemi odpovídajícími varhanním stopovým délkám. Stabilita však zaostávala za nástrojem, v němž ventil pustí předem připravený proud vzduchu do píšťaly bez probíhajícího spalování.

Hráč musel před stiskem první klávesy mít zapálenou a seřízenou celou soustavu. Každý tón potřeboval správný plamen, přívod a rezonátor. Nástup závisel na tom, jak rychle mechanika změnila geometrii hořáků a jak ochotně se rozběhla rezonance. Akord znamenal několik současně pracujících tepelných zdrojů, jejichž spaliny a teplo stoupaly vzhůru mezi trubicemi.

To mělo dopad na ladění. Teplota mění rychlost zvuku ve vzduchu a tím také rezonanční frekvenci trubice. Pyrofon se během provozu zahříval, takže konstrukce musela počítat se stavem po zapálení, nikoli jen s chladnou dílnou. Průvan mohl změnit plamen, tlak plynu ovlivnil průtok a nečistota na trysce připravila hráči tón, který se rozhodl nastoupit podle vlastního programu.

Úspěch potřeboval víc než překvapené publikum

Kastnerův pyrofon získal publicitu a zazněl při ukázkách v Paříži, Londýně i dalších městech. Dobový odborný text v časopise The Organ chválil jeho spojení s lidským hlasem a zmiňoval provedení Berliozova Tance sylf. Taková svědectví ukazují hudební ambici, současně bývala součástí propagace nového vynálezu. Bez dochovaných nahrávek nelze porovnat barevné popisy s tím, co by dnes zachytil neutrální mikrofon.

Jedním z podporovatelů byl Henry Dunant, pozdější spoluzakladatel Červeného kříže. Pomáhal s propagací a obchodními plány, ale vynález se nedostal do pravidelné výroby. Science Museum ve své historii dochovaného kusu popisuje technické potíže i následné darování nástroje muzeu, z něhož vzniklo dnešní Science Museum.

Kastner zemřel roku 1882 ve věku pouhých třiceti let. Musées de Strasbourg jeho předčasnou smrt uvádějí jako pravděpodobný důvod vzácnosti pyrofonů. Vývoj přišel o autora ve chvíli, kdy přístroj potřeboval dlouhodobý servis, další stavitele a repertoár. Několik předváděcích kusů samo nevytvořilo nástrojařskou tradici.

Pódium by dnes začalo požárním posouzením

Pyrofon měl v době svítiplynu jiný provozní kontext. Otevřené plameny sloužily k osvětlení ulic, domů i divadel, přesto představovaly riziko požáru, výbuchu a spalin. Historie jevištního provozu zná dost tragédií způsobených plynem a ohněm, aby se současný pořadatel na romantiku zpívajícího plamene díval přes technickou dokumentaci.

Moderní uvedení by vyžadovalo přesný typ paliva, certifikované vedení, uzávěry, kontrolu úniku, větrání, odstupy od hořlavých materiálů a postup při zhasnutí plamene. Požární dozor by potřeboval vědět, co se děje při výpadku klávesového mechanismu i při poklesu tlaku. Detektory, sprinklerová ochrana a pravidla sálu mohou otevřený oheň zcela vyloučit. Improvizace podle nákresu z patentu patří do seznamu velmi špatných nápadů.

Také světelná show má omezení. Malý stabilní plamen uvnitř trubice nemusí být na velké scéně z hlediště téměř vidět; zvětšení kvůli obrazu změní akustické podmínky a spotřebu. Kamerový snímač zvládne plamen ukázat, ale vysoký kontrast mezi ohněm a tmavou scénou vyžaduje vlastní expozici. Pyrofon je vizuálně silný právě svou řadou drobných pracovních plamenů, ne výškou festivalového flamejetu.

Ozvučení musí oddělit tón od šumu hořáků, proudění a mechaniky. Sklo odráží zvuk, vysoké teploty omezují umístění mikrofonů a proud vzduchu může zasáhnout membránu. Bezpečný odstup chrání techniku, vzdálenější snímání však přibere prostor a publikum. Nástroj tedy přidává zvukovému týmu problém, který běžné varhany obvykle nemají: mikrofon nesmí skončit v místě, kde se právě spaluje palivo.

Dochovaný patent hoří přesněji než legenda

Současní stavitelé vytvářejí různé ohnivé a termoakustické nástroje, často s propanem, pulzními tryskami nebo elektronickým řízením. Ne každý patří do přímé rodiny Kastnerova pyrofonu. Pokud plamen pouze vizualizuje hudbu z reproduktorů, jde o světelný efekt. Pokud řízené exploze samy vytvářejí tlakové pulzy, princip se liší od plamene, který budí rezonanci skleněné trubice.

Známá Rubensova trubice například ukazuje stojaté vlnění pomocí řady plamínků nad vodorovnou dutinou. Zvuk přichází z externího reproduktoru a mění tlak plynu; plameny zobrazují jeho průběh. U Kastnera teče příčinný řetězec opačně. Hoření dodává energii akustickému kmitu a trubice zvuk vytváří. Oba pokusy mohou na videu vypadat příbuzně, pro hudebníka i požárního technika jsou to dvě rozdílná zařízení.

Také velké pódiové systémy, které odpálí plamen podle MIDI noty, pracují hlavně jako vizuální nástroje. Výška šlehu nebo rytmus ventilů sledují hudbu, tón obvykle dál vyrábí syntezátor a aparatura. Nazvat takovou instalaci pyrofonem může být působivé, nepomůže to ovšem pochopit Kastnerovu práci. Jeho klávesa skutečně měnila akustickou podmínku uvnitř každého rezonátoru.

Kastnerův přínos spočívá ve spojení známého fyzikálního jevu s hratelným rozhraním. Uspořádal tóny do chromatické řady, vyřešil spínání pomocí více hořáků a přemýšlel o vzdáleném ovládání i scénickém použití. Patent ukazuje trpělivou práci s tryskami, polohou a složením plynu. Oheň dodal nástroji jméno, hudebnost musela dodat mechanika.

Pyrofon se nestal běžnou součástí orchestru a dnešní bezpečnostní standardy mu cestu neusnadní. Právě proto stojí za pozornost. Připomíná dobu, kdy nový zdroj světla mohl současně nabídnout nový zdroj tónu a hranice mezi laboratoří, dílnou a koncertem zůstávala prostupná. Na klávese se hrálo stejně jako u varhan. Za ní se ovšem místo ventilu nadechoval plamen a každý akord byl současně malým řízeným experimentem s prouděním, teplotou a rezonancí.