Labialpfeifen machen den Großteil der Pfeifen einer Orgel aus. Sie können sanft klingen, wie die Flötenstimmen und Gedackte, oder kräftig wie Prinzipale und die Klangkronen, die aus mehreren Pfeifen unterschiedlicher Fußtonlage bestehen. 

Geschichte

Bereits bei antiken Orgeln, die auf Bildern und Reliefs dargestellt sind, sind Labialpfeifen (Lippenpfeifen) erkennbar. Ein Beispiel einer römischen Orgel ist die Orgel aus Aquincum (in Budapest), die aus dem Jahr 228 n. Chr. stammt und ausschließlich mit Lippenpfeifen ausgestattet war. Es gibt Spekulationen, dass in diesen frühen Instrumenten auch Lingualpfeifen (Zungenpfeifen) verwendet wurden. Diese Vermutungen basieren auf dem Namen „Hydraulis“ (Wasserorgel), der sich aus den griechischen Wörtern für Wasser und Aulos zusammensetzt. Der Aulos war ein Rohrblattinstrument, aber der Begriff kann auch allgemein als Rohr übersetzt werden, was die Verwendung von Labialpfeifen nicht ausschließt.

In den Blockwerken des Mittelalters und der Renaissance befanden sich Prinzipalpfeifen unterschiedlicher Fußtonzahl, die stets gemeinsam erklangen. Diese Blockwerke hatten oft zwei Pfeifenreihen: eine Reihe war weiter mensuriert und klang flötiger mit einer schnelleren Ansprache. Dadurch wurden Interferenzerscheinungen vermieden. In Italien wurden diese Pfeifen ab Ende des 15. Jahrhunderts einzeln registrierbar, was zur Entstehung von einzelnen Flötenregistern (wie Flauto in Ottava 4‘ und Flauto in Duodecima 2 2/3‘) aus der zweiten Prinzipalreihe führte. Dieser Orgelstil, der als Reihenstil bezeichnet wird, wurde in Frankreich übernommen und erweitert: neben dem Prinzipalchor wurde ein vollständiger Flötenchor mit Oktaven und Quinten disponiert. 

Im deutschsprachigen Alpenraum begann man in den 1490er Jahren, Flötenregister zu übernehmen – allerdings nur in der tiefen 8-Fuß- und 4-Fuß-Lage. Es folgten zahlreiche Innovationen, wie die gedeckten Flöten (Coppel) und die Quintadena (enges Gedackt). Neue Flötenregister wie das Gemshorn und der Schwegel kamen hinzu. Auch die Zungenregister wurden in dieser Zeit entwickelt.

Nach dem Dreißigjährigen Krieg im 17. Jahrhundert erlebte die Orgelmusik eine weitere Blütezeit mit der Einführung von Charakterstimmen wie der Viola di Gamba aus Mitteldeutschland und dem Salicional aus Polen. Diese Register waren eng mensuriert und hatten unterschiedliche Formen, konnten zylindrisch oder konisch gebaut sein. Auch die Traversflöte, eine überblasende Flöte aus Mitteldeutschland, fand ihren Weg in die Orgeln.

Ein weiteres interessantes Register war das Piffaro, ein schwebendes Prinzipalregister, das bereits um 1540 in Italien entstand und Mitte des 17. Jahrhunderts im südlichen deutschsprachigen Raum eingeführt wurde. 

Fußtonzahl

Die antiken Orgeln und das mittelalterliche Portativ waren einregistrig und hatten nur Prinzipale in 8-Fuß-Lage. Diese Pfeifen produzierten den Grundton, wie er in den Noten steht. In der Romanik wurden Blockwerke gebaut. Das waren nicht registrierbare Orgeln, bei denen neben dem 8-Fuß-Grundton auch darüberliegende Oktaven (4′ und 2′) und Quinten (5 1/3′ und 2 2/3′) vorhanden waren. Diese Orgeln wurden einstimmig gespielt, und die Quinten erzeugten eine frühe Form der Mehrstimmigkeit.

In der Gotik wurden die Blockwerke vergrößert. Um mehrstimmiges Spiel zu ermöglichen, musste die tiefe Quinte (5 1/3′) weggelassen werden. Auch die Pedale wurden in dieser Zeit eingeführt. Sie hatten ein Blockwerk auf 16-Fuß-Basis und klangen somit eine Oktave tiefer als die Manuale. Die 16-Fuß-Pfeifen wurden meist gedackt ausgeführt um Platz zu sparen (sie sind nur halb so lang wie offene Pfeifen gleicher Fußtonzahl).  

Die Terz (1 3/5′ oder 4/5′) taucht bereits im 16. Jahrhundert als Bestandteil von gemischten Registern auf, zum Beispiel im Hörndl (Österreich) oder in der Sesquialtera (Mittel- und Norddeutschland). Sie wurde prinzipalisch intoniert und konnte im Plenum oder für eine Soloregistrierung verwendet werden. 

Im 17. Jahrhundert wurden die Terzen teilweise auch in die Mixturen eingebaut. Diese Entwicklung scheint von Mitteldeutschland und Tschechien ausgegangen zu sein, hat sich dann im süddeutschen Raum ausgebreitet und wurde später typisch für die deutsch-romantische Orgel. Man sagt, die Terzmixturen erzeugen einen „goldenen Klang“ im Gegensatz zum „silbernen Klang“ der Mixturen rein aus Oktaven und Quinten. 

Das Kornett ist eine gemischte Stimme, die sich aus Flötenregistern zusammensetzt und die Terz beinhaltet (8′, 4′, 2 2/3′, 2′ und 1 3/5′). Dieses Register wurde in den südlichen Niederlanden erfunden, um die Zungenstimmen in der hohen Lage zu verstärken. Das Register wurde in Frankreich als Cornet übernommen. Neben dem zusammengesetzten Kornett gibt es in französischen Orgeln auch eine Tierce 1 3/5′, die zusammen mit weiteren Flötenregistern das Kornett bilden kann. 

Tongebung

Das Prinzip der Tongebung ist ähnlich wie bei einer Blockflöte. Die Anregung des Tons erfolgt durch das Labium, und der Pfeifenkörper dient als Resonator. 

Labium

Die Schwingung entsteht, indem Luft aus der Kernspalte strömt und auf einen Keil, das Oberlabium, trifft. Die Luftteilchen strömen an der Innen- oder Außenseite des Oberlabiums entlang. Dabei werden andere Luftteilchen zur Seite gedrängt und teilweise zurückgewirbelt in Richtung Keilspitze. Die zurückfließenden Teilchen lenken den Strahl auf die andere Seite ab. So entsteht eine Pendelbewegung. Der entstehende Ton wird Schneideton genannt. Er ist recht hoch. Erst durch die Wechselwirkung mit der Pfeife stellt sich die gewünschte Frequenz des Pfeiftones ein. 

Wenn das Oberlabium exakt über der Kernspalte platziert wäre, entstünde eine Pendelbewegung in Form einer annähernd rechteckigen Welle. Solch eine Welle setzt sich aus ungeraden Teiltönen (TT) zusammen. Deswegen ist das Oberlabium etwas versetzt, sodass sich die Welle einer Sägezahnwelle annähert, die auch gerade TTs enthält und obertonreicher ist. 

Pfeifenkörper

Es gibt verschiedene Arten von Labialpfeifen mit unterschiedlichen Rohrformen. Insbesondere unterscheidet man zwischen offenen und gedackten Pfeifen. Letztere haben am oberen Ende einen Deckel, sodass die Luft lediglich beim Labium ausströmen kann. Es wird auch zwischen zylindrischen und konischen Pfeifen sowie diversen Sonderformen wie der halbgedackten (halbkonische, rohrgedackte) und überblasenden Pfeife unterschieden.

Zylindrisch offene Pfeifen

Zylindrische Pfeifen haben ein gerades Rohr als Resonator mit zwei offenen Enden. Im Rohr wirkt größerer Widerstand durch die Wechselwirkung der Luftteilchen mit der Wand, wobei dieser Widerstand bei schmalen Pfeifen größer ist. Außerhalb der Pfeife sinkt der Widerstand deutlich ab. Dies führt zur Verringerung des Drucks und Erhöhung der Schallschnelle. Daher haben die stehenden Wellen in der Pfeife an den beiden Enden einen Druckknoten (p = 0) und einen Auslenkungsbauch (maximale Auslenkung). An Knoten und Bäuchen findet Reflexion statt.

	Labium	Mitte	Rohrende
Druck p	Knoten	Bauch (ungerade TTs) / Knoten (gerade TTs)	Knoten
Auslenkung y	Bauch	Knoten (ungerade TTs) / Bauch (gerade TTs)	Bauch

Die Wellenlänge des Grundtons entspricht der doppelten Länge L der Pfeife.

Wellenlänge des n-te Teiltontes 𝜆_n = (2L)/n

Die Frequenzen der Teiltöne sind ganzzahlige Vielfache des Grundtons. 

Frequenz des n-ten Teiltones f_n = c/𝜆_n = n ∙ c/(2L)
c … Schallgeschwindigkeit (343 m/s bei 20°C)

Klang

Die obige Betrachtungsweise ist nicht ganz korrekt, denn die Welle wird nicht direkt am Pfeifenende zurückreflektiert, sondern läuft über das Pfeifenende hinaus. Es muss zur Länge L die Mündungskorrektur k addiert werden. Die Wellenlänge entspricht daher 2(L+k)/n. 

Die Mündungskorrektur ist frequenzabhängig. Höhere Teiltöne haben eine größere Mündungskorrektur. Dadurch weichen sie von der harmonischen Obertonreihe etwas ab. 

Die Ursache dafür liegt im Phänomen der Beugung. Treten die Schallwellen aus dem Rohr heraus, breiten sie sich in Form einer Kugelwelle in alle Richtungen aus. Dies gilt jedoch nur, sofern die Öffnung klein genug im Vergleich zur Wellenlänge ist. Dies trifft auf den Grundton und die tiefen Teiltöne zu, was zu einer stärkeren Druckabnahme und Reflexion nahe dem Pfeifenende führt. Höhere Teiltöne werden zwar auch gebeugt, aber nicht in alle Richtungen. Sie verlassen die Pfeife kegelförmig und werden erst später zurückreflektiert. Folglich steigt die Mündungskorrektur mit der Frequenz des Teiltons, und die höheren Teiltöne werden tiefer.

Betrachtet man das Frequenzspektrum einer Labialpfeife, lässt sich erkennen, dass die Intensitäten der höheren Teiltöne abnehmen. Zusätzlich zu den Obertönen treten harmonischen Schwingungen als schwache Peaks im Spektrum auf. Diese harmonischen Längswellen (Longitudinalwellen) werden vom Labium erzeugt und weichen etwa ab dem 4. Teilton deutlich von den Frequenzen der Teiltöne ab und schwächen diese durch Überlagerung mit destruktiver Interferenz. Bei sehr hohen Frequenzen, etwa ab dem 17. Teilton, treten zusätzlich Querwellen (Transversalwellen) auf, die zwischen den Pfeifenwänden hin- und herschwingen und die Obertöne zusätzlich abschwächen.

Die Weitenmensur gibt das Verhältnis vom Durchmesser zur Länge einer Pfeife an. Engere Pfeifen haben kleinere Öffnungen und daher werden die Schallwellen der höheren Frequenzen stärker gebeugt. Dadurch liegen die Frequenzen der Obertöne näher an denen der harmonischen Längswellen und werden weniger abgeschwächt. Die Pfeife mit enger Mensur ist daher obertöniger, während die Pfeife mit weiter Mensur grundtöniger ist. 

Zu den engen Pfeifen gehören typischerweise die Register der Streicher, während Flötenregister eine weite Mensur haben. 

Prinzipale haben eine mittlere Mensur. Der Obertonreichtum der Prinzipale variiert je nach Orgellandschaft: Italienische, iberische und französische Prinzipale sind eher grundtönig, während norddeutsche und niederländische Prinzipale obertönig sind. Dazwischen liegen süddeutsche, englische and amerikanische Prinzipale. 

Zylindrisch gedackte Pfeifen

Am Labium befindet sich ein offenes Ende, wodurch ein Druckknoten und ein Auslenkungsbauch entstehen. Am geschlossenen Ende verhindert jedoch der Deckel, dass Luftteilchen aus der Pfeife austreten können. Hier befindet sich der Druckbauch der Schwingung und der Auslenkungsknoten. Die Schwingungsform ähnelt der einer Hälfte einer offenen Pfeife.

	Labium	Deckel
p	Knoten	Bauch
y	Bauch	Knoten

Die Wellenlänge des Grundtones entspricht der vierfachen Länge der Pfeife. Der Pfeifton ist eine Oktave tiefer als bei einer offenen Pfeife gleicher Länge. 

Wellenlänge des n-te Teiltontes 𝜆_n = (4L)/(2n-1)

Die Frequenzen der Teiltöne sind ungeradzahlige Vielfache des Grundtones.

Frequenz des n-ten Teiltones f_n = c/𝜆_n = (2n-1) ∙ c/(4L)

Geradzahlige Teiltöne sind nicht vorhanden, da sie einen Auslenkungsbauch beim Deckel hätten. Da der Deckel jedoch die Luftteilchen vollständig zurückreflektiert, kann sich ein solcher Auslenkungsbauch nicht bilden.

Klang

Der Klang einer gedackten Pfeife wirkt aufgrund der fehlenden geraden Teiltöne hohl. Zudem sind gedackte Pfeifen leiser und bei gleicher Mensur grundtöniger als offene Pfeifen. 

Spitzgedackt

Spitzgedackt ist ein vergleichsweise seltenes Orgelregister, doch es lohnt sich, sich mit seiner Akustik auseinanderzusetzen.

Spitzgedackte Pfeifen haben die Form eines Kegels, der sich nach oben hin verjüngt. Das Labium befindet sich am breiten Ende, während die Spitze verschlossen ist. Die Schallwellen verhalten sich in konischen Pfeifen anders als in zylindrischen. Sie breiten sich nicht eben aus, sondern kugelförmig wie eine Schallwelle im Raum. Ähnlich wie bei gedackten Pfeifen befindet sich am Deckel ein Druckbauch und ein Auslenkungsknoten, während sich am Labium ein Druckknoten und ein Auslenkungsbauch befinden.

Überraschenderweise werden in spitzgedackten Pfeifen sowohl gerade als auch ungerade Teiltöne ausgebildet. Die Knotenpunkte liegen dabei an gleichen Positionen wie bei offenen Pfeifen, jedoch ist die Form der Schwingung eine andere. Die Amplituden der Druckbäuche nehmen zu, je näher sie der Spitze der Pfeife kommen. 

Klang

Spitzgedackte Pfeifen sind leise und haben wenige Obertöne, jedoch wirken sie nicht so hohl wie gedackte Pfeifen. 

Konisch offene Pfeifen

Konisch offene Pfeifen haben die Form eines Kegelstumpfes mit einem offenen großen und einem offenen kleinen Ende. Solche Pfeifen können als eine Mischung aus offenen und kegelförmigen Pfeifen beschrieben werden. Die Form der Schwingung ähnelt jener einer offenen Pfeife, jedoch steigt der Druck in Richtung des kleinen offenen Endes an, je enger dieses ist. 

Klang

Konische offene Pfeifen strahlen Schall an zwei unterschiedlich großen Öffnungen ab. An den Öffnungen treten unterschiedliche Mündungskorrekturen auf. Dadurch entsteht ein Klangspektrum, das eine Mischung aus einer weiteren und einer engeren Pfeife darstellt. Zum Beispiel sind bei Registern wie dem Gemshorn die ersten Teiltöne gut ausgeprägt, während die höheren Obertöne deutlich schwächer sind.

Rohrgedackte Pfeifen

Rohrgedackte Pfeifen sind Gedackte, bei denen am Deckel ein dünnes Röhrchen befestigt ist. An der Verengung zwischen Rohr und Röhrchen wird der Impuls, der vom Labium kommt, teilweise reflektiert, während ein Teil weiter zum kleinen Ende des Röhrchens wandert. 

Die reflektierten Wellen verhalten sich ähnlich wie in einer gedackten Pfeife und bestehen aus ungeraden Teiltönen. 

Durch das Röhrchen entstehen zusätzliche Obertöne, die aus geraden und ungeraden Teiltönen bestehen. Wenn das Röhrchen breiter ist, sind diese zusätzlichen Obertöne lauter. Sie entstehen durch Schwingungen, die sich über die gesamte Pfeife inklusive des Röhrchens ausbreiten.

Auch im Röhrchen selbst werden Schwingungen angeregt, die dämpfend wirken. Diese führen zu einer Abschwächung bestimmter Eigenfrequenzen des Röhrchens im Spektrum.

Halbkonische Pfeifen

Halbkonische Pfeifen wie die Spielpfeife und Schwegel sind unten zylindrisch und verjüngen sich zum oberen Ende hin. Der konische Hut wirkt wie ein Dämpfer, da durch das kleinere Loch weniger Schall abgestrahlt wird. 

Der Klang der Pfeife hängt vom Neigungswinkel des konischen Anteils ab. Ist dieser groß, so nähert er sich dem einer Rohrgedackten an. Bei kleinem Neigungswinkel liegt der Klang näher bei einer konisch offenen Pfeife.

Überblasende Orgelpfeifen

Bei überblasenden Orgelpfeifen wird der Grundton geschwächt, indem in der Mitte der Pfeife ein kleines Loch gemacht wird. An diesem Loch sinkt der Widerstand, der Druck nimmt ab und die Geschwindigkeit erhöht sich. Dies begünstigt die geradzahligen Teiltöne. Die Pfeife klingt eine Oktave höher, weil der erste Teilton den Grundton bildet. Die tiefe Oktave und ihre ungeraden Teiltöne können jedoch noch leise mitschwingen.

Weitere Klangparameter

Der Klang einer Orgelpfeife wird nicht allein durch die Geometrie und Mensur des Pfeifenkörpers bestimmt, sondern auch durch zahlreiche weitere Parameter.

Lippenpfeifen können aus Metall oder Holz gefertigt sein. Das Metall selbst hat kaum einen direkten Einfluss auf den Klang. Jedoch ist die Oberlabiumskante von Holzpfeifen dicker, was zu einem Ton mit weniger hohen Obertönen führt. 

Ein höherer Winddruck führt in der Regel zu einem lauteren und obertonreicheren Ton, vorausgesetzt andere Parameter bleiben konstant. Ähnliches gilt für die Labienbreite: Lautere Register wie Prinzipale werden oft mit breiteren Labien ausgestattet, während Flötenregister meist ein schmales Labium haben.

Bei der Intonation wird der Klang der Orgelpfeifen nach der Herstellung angepasst:

LAUTSTÄRKE INTONIEREN

Kernspalte weiter: lauter

Fußloch weiter: lauter, obertöniger und schneller

KLANG INTONIEREN

Aufschnitt erhöhen: grundtöniger, langsamer; wird analog zur Weitenmensur eingestellt; Höhere Winddrücke (wie in romantischen Orgeln) erfordern einen höheren Aufschnitt, damit der Klang nicht zu obertönig wird.

ANSPRACHE INTONIEREN

Kern tiefer oder Oberlabium heraus: schnellere Ansprache

Möchte der Orgelbauer beispielsweise die Lautstärke einer Pfeife erhöhen, ohne ihren Klang zu verändern, so muss er folgende Parameter anpassen: Er muss die Kernspalte und das Fußloch erweitern, den Aufschnitt erhöhen und den Kern vertiefen bzw. das Oberlabium weiter herausholen.

Daneben gibt es sogenannte Intonationshilfen zur Anpassung des Klanges: 

ANZAHL DER KERNSTICHE: Rauschen reduzieren; bei vielen Kernstichen (romanistische Intonation) werden auch hohe Obertöne reduziert; 

BÄRTE: schnellere Ansprache; 

EXPRESSION (nur bei romantischen Orgeln): hohe Obertöne und Anblasgeräusche reduzieren; Ansprache etwas langsamer; Verstärkung von mittleren und tiefen Obertönen; 

Barocke vs. romantische Intonation

Im Barock wurde die Ansprache der Orgelpfeifen deutlich und schnell eingestellt. Die Vorläufertöne repräsentieren quasi einen Konsonanten bei artikulierter Spielweise. Es wurden nur wenige Kernstiche gesetzt, um das Rauschen zu minimieren. Die Pfeifen innerhalb eines Registers haben ein gewisses Eigenleben, sodass eine Melodie praktisch nach „a-e-i-o-u …“ klingt, ähnlich wie beim Singen. Ziel ist ein durchsichtiger Klang, sodass im polyphonen Satz alle Stimmen gut hörbar sind.

In der Romantik sollen die einzelnen Töne eines Registers einheitlich klingen. Die Ansprache ist weniger deutlich. Durch die hohe Windzufuhr sind romantische Pfeifen kräftig. Dies erfordert zusätzliche Intonationsmittel zur Verringerung des Obertonreichtums. Es werden viele Kernstiche gesetzt, um hohe Obertöne zu reduzieren und das Rauschen deutlich zu verringern. Hohe Obertöne können auch durch die Expression abgeschwächt werden. Durch diese Maßnahmen wird die Klangverschmelzung der Akkordtöne begünstigt.