traktura pneumatyczna - traktura gry

Pneumatyczna traktura gry jest systemem połączeń między klawiszami i wentylami, wykorzystującym rurki oraz inne urządzenia wypełnione sprężonym powietrzem. Przeniesienie ruchu klawisza na ruch odpowiedniego wentyla odbywa się w tym przypadku na drodze pneumatycznej. System traktury pneumatycznej bywa często nazywany "pneumatyką rurkową".(OPdU)

Na poniższej ilustracji (przedstawiającej budowę organów z trakturą pneumatyczną) kolorem czerwonym zaznaczono elementy traktury gry. W tym przypadku traktura współpracuje z wiatrownicą rejestrową, stożkową.

pneumatyczna traktura gry - Rys. 'Gramy na organach'

Opis poniższej ilustracji można znaleźć na stronie z ogólnymi informacjami o trakturze pneumatycznej.


Działanie pneumatyki rurkowej polega na tym, że klawisz otwiera wentyl w komorze wiatrowej umieszczonej w stole gry, co powoduje wysłanie przez rurkę powietrza pod ciśnieniem do odpowiedniego urządzenia w wiatrownicy (tzw. przekaźnika); przekaźnik natomiast steruje odpowiednimi wentylami w wiatrownicy. Zawór bezpośrednio sterowany klawiszem nazywany jest zaworem dyspozycyjnym (jest on pierwszym elementem zespołu pneumatycznego).

Animacja obok przedstawia funkcjonowanie pojedynczego klawisza w trakturze pneumatycznej. Nacisk grającego na klawisz nie musi być duży. Wystarczy aby spowodował uniesienie wentyla w komorze wiatrowej (znajdującej się w bezpośrednim sąsiedztwie klawisza), co skutkuje wypełnieniem sprężonym powietrzem odpowiedniej rurki, biegnącej do przekaźnika w wiatrownicy. Piszczałki odzywają się więc za lekkim naciśnięciem klawisza, umożliwiając tym samym lekką i szybką grę.

Poniższa ilustracja przedstawia przykładowe rozwiązanie klawiatury z systemem pneumatyki rurkowej.

W stole gry instrumentu z trakturą pneumatyczną znajduje się komora wiatrowa. Jest to stosunkowo niewielkich rozmiarów podłużny zbiornik sprężonego powietrza umieszczony wzdłuż klawiatury. W komorze tej znajdują się wentyle (zawory dyspozycyjne) uruchamiane przez poszczególne klawisze. Wentyli jest tyle ile klawiszy. Naciśnięcie dowolnego z klawiszy powoduje uniesienie odpowiadającego mu wentyla. Sprawia to, że sprężone powietrze przepływa z komory wiatrowej do znajdującej się pod nią przegrody (odpowiadającej naciśniętemu klawiszowi). W każdej z widocznych przegródek znajduje się wlot rurki (konduktu), łączącej klawisz z przekaźnikiem w wiatrownicy. Zaworów, przegród oraz rurek wychodzących ze stołu gry jest tyle ile klawiszy.

Pamiętajmy, że przedstawione powyżej rozwiązanie jest jednym z wielu spotykanych. Istnieją również konstrukcje, w których klawisze nie unoszą bezpośrednio zaworów, lecz np. za pomocą cięgieł uchylają innego typu wentyle znajdujące się nad lub pod poziomem klawiatury (ilustracja obok: klawisz uruchamia dyspozycyjny zawór klapowy).

W powyższych przykładach zawory dyspozycyjne sterowane klawiszami wpuszczają powietrze do rurek traktury (rurki te są puste w stanie spoczynkowym traktury). Ale zaworami dyspozycyjnymi mogą być również zawory wypuszczające lub dwufunkcyjne wypuszczająco-wpuszczające. W rozwiązaniach takich zasada przekazywania impulsów w trakturze jest "odwrotna" do przedstawionej powyżej. Oznacza to, że w stanie spoczynku rurki wypełnione są sprężonym powietrzem, a zadziałanie układu następuje przez ich opróżnienie.

Animacja obok przedstawia takie rozwiązanie z zaworem wypuszczającym. Sprężone powietrze znajdujące się w rurce (w stanie spoczynkowym układu) dostarczane jest z komory powietrznej umieszczonej gdzieś w dalszej części zespołu pneumatycznego (np. w przekaźniku). Naciśnięcie klawisza powoduje uchylenie zaworu wypuszczającego i opróżnienie odpowiedniej rurki (jest to impuls powodujący zadziałanie dalszej części zespołu pneumatycznego).

Kanał powietrzny zasilający zespół pneumatyczny może się również znajdować w bezpośrednim sąsiedztwie zaworu dyspozycyjnego (w stole gry). Ilustracja obok przedstawia konstrukcję z zaworem wypuszczająco-wpuszczającym, który w stanie pracy układu wypuszcza powietrze z rurki, powodując odpowiednie zadziałanie dalszego ciągu zespołu pneumatycznego.

Oczywiście to, czy w konkretnym instrumencie jako zawory dyspozycyjne zostaną zastosowane zawory wpuszczające czy wypuszczające, w każdym przypadku bezpośrednio jest związane z wybranym przez organmistrza systemem sterowania (system napełniany lub opróżniany).

Co dalej dzieje się z powietrzem tłoczonym do rurek (lub wypuszczanym z nich) w stole gry?
Zasada jest prosta: zmiana ciśnienia w przewodzie (wzrost lub spadek w zależności od typu sterowania) zapoczątkowana przez ruch wybranego zaworu dyspozycyjnego, musi w efekcie spowodować określony skutek związany z odbiornikiem, który jest nim sterowany; może to być zadęcie piszczałki, przesunięcie zasuwy rejestrowej czy wpuszczenie powietrza do odpowiedniego kanału rejestrowego. I choć zasada jest prosta, wykonanie sprawnie działającego zespołu pneumatycznego, w którym ruch zaworu dyspozycyjnego precyzyjnie steruje działaniem odbiornika nie jest już tak proste.

W pierwszej chwili może się nasuwać rozwiązanie wg poniższej animacji.

Naciśnięty klawisz podnosi zawór, który wpuszcza powietrze do rurki biegnącej bezpośrednio do piszczałki (zawór jest właściwie w tym przypadku jednocześnie zaworem dyspozycyjnym i zaworem wykonawczym). Rozwiązanie to jednak jest z wielu powodów niestosowane. Rurka łącząca kontuar z wiatrownicą bywa często znacznej długości i powietrze w niej zgromadzone nie zapewnia dobrej intonacji i zadęcia piszczałki. Ponadto różne piszczałki wymagają różnej ilości powietrza do poprawnego ich zadęcia. Wymagałoby to prowadzenia od stołu gry rurek o różnych przekrojach a także stosowania w kontuarze zaworów dyspozycyjnych o różnych, czasem dość znacznych rozmiarach. W tym rozwiązaniu jeden klawisz dostarczałby powietrze do jednej piszczałki; oczywiście można zasilić tym samym przewodem kilka piszczałek, ale konieczne byłoby wtedy dodatkowe zwiększenie jego przekroju, aby zapewnić piszczałkom wystarczającą ilość powietrza.

Wady tego najprostszego rozwiązania, wynikające głównie z fizycznych właściwości powietrza (gazu będącego nośnikiem ruchu w trakturach pneumatycznych), a także z problemów powstających przy budowie instrumentów o dużych rozmiarach wymogły na budowniczych zastosowanie dodatkowego elementu - przekaźnika (relais). Budowę i zasadę funkcjonowania przekaźnika omówiono na stronie opisującej elementy traktury pneumatycznej.

Dodając przekaźnik do poprzedniego rozwiązania otrzymamy zespół pneumatyczny o nieco lepszych właściwościach.

W układzie tym zastosowano jeden przekaźnik (zespół z jednym przekaźnikiem jest zespołem jednostopniowym), który od razu otwiera zawór wykonawczy (zawór wpuszczający powietrze do piszczałki). Jest to konstrukcja doskonalsza od poprzednio omówionej i mogłaby zostać zastosowana w przypadku pojedynczego głosu stojącego blisko klawiatury, ewentualnie do sterowania blisko położonych urządzeń, które nie są piszczałkami.(BO) W większości przypadków jednak ze względu na znaczną długość rurki, rozwiązanie to może okazać się również niewystarczające.

Gaz (również powietrze) jest ściśliwy co powoduje, że w zamkniętej komorze lub rurce może zwiększać lub zmniejszać swoją objętość. Im dłuższy jest słup powietrza (w im dłuższej rurce jest zamknięty), tym gorsze są jego właściwości jako nośnika impulsów.(BO)
W większości przypadków, a już na pewno gdy zawór dyspozycyjny jest umieszczony w znacznej odległości od zaworu wykonawczego, zawory te nie są ze sobą bezpośrednio połączone jedną długą rurką, choć takie rozwiązanie wydawałoby się najprostsze. Najprostsze, lecz biorąc pod uwagę sprawność i szybkość działania takiego zespołu, najmniej efektywne. Podzielenie w takim przypadku długiego przewodu sprężonego powietrza na krótsze odcinki i połączenie tych odcinków przekaźnikami, co prawda komplikuje budowę całego układu, ale też znacznie poprawia precyzję jego działania. Analizując budowę wielu instrumentów, można zauważyć stosowanie nawet do kilku przekaźników w jednym zespole pneumatycznym co dowodzi, że bardziej "opłaca się" zbudować sprawny, choć bardziej skomplikowany instrument, niż proste w budowie organy o wątpliwych właściwościach technicznych i muzycznych.
Animacja poniżej przedstawia schemat zespołu pneumatycznego, w którym zastosowano trzy przekaźniki (zespół trzystopniowy).

Występują w tym przykładzie prawie wszystkie najczęściej stosowane elementy zespołów pneumatycznych. W kanale powietrznym (1) znajduje się zawór dyspozycyjny sterowany klawiszem. Długa rurka przekazująca impuls (sprężone powietrze) sterujący zaworem wykonawczym w kanale rejestrowym (5), została podzielona na krótsze odcinki. W miejscach podziału przewodów powietrznych zastosowano przekaźniki (2), (3) i (4) - są to trzy stopnie tego zespołu. Każdy z przekaźników odbiera impuls (dopływające sprężone powietrze) i przekazuje go do dalszej części traktury.
Układ taki działa bardzo sprawnie i oczywiście dużo szybciej niż prezentuje to zwolniona animacja.


Traktura pneumatyczna może być stosowana w instrumentach z różnymi wiatrownicami. Współpraca traktury pneumatycznej z różnymi typami wiatrownic wymaga oczywiście zastosowania odmiennych rozwiązań konstrukcyjnych. Zresztą nawet w obrębie jednego typu wiatrownicy występuje bardzo duża różnorodność konstrukcyjna, która nie pozwala na zamieszczenie tutaj opisów wszystkich możliwych wariantów. Omówione zostaną tylko przykładowe zastosowania, w wystarczający sposób ilustrujące zasadę działania traktury.

Pierwsze rozwiązanie dotyczy współpracy traktury pneumatycznej z wiatrownicą tonową.

wiatrownica tonowa z trakturą pneumatyczną

Stół gry połączony jest z wiatrownicą za pośrednictwem rurki. W zależności od tego czy rurka ta wypełniona jest sprężonym powietrzem (klawisz naciśnięty) czy nie, zmienia się położenie wentyla z bloczkiem, który spoczywa na membranie.

wiatrownica tonowa z trakturą pneumatyczną - klawisz zwolniony

W stanie spoczynku (w rurce biegnącej od klawiatury nie ma powietrza) ciśnienie w komorze wiatrowej i w mieszku jest jednakowe. Powietrze może swobodnie przepływać przez otwory między komorą wiatrową i mieszkiem. W takim stanie sprężyna dociska wentyl klapowy uniemożliwiając napłynięcie powietrza do przegrody tonowej.


wiatrownica tonowa z trakturą pneumatyczną - klawisz naciśnięty

Naciśnięcie klawisza powoduje, że napływające przez rurkę sprężone powietrze unosi membranę oraz bloczek sprzężony z wentylem. Wentyl ten zamyka otwór, którym powietrze napływało z komory wiatrowej do mieszka. Równocześnie został otwarty drugi otwór, którym powietrze swobodnie wypływa z mieszka. Różnica ciśnień (skutek spadku ciśnienia wewnątrz mieszka i wciąż takiego samego ciśnienia w komorze wiatrowej) powoduje parcie na górną powierzchnię mieszka, co skutkuje otwarciem wentyla klapowego. Sprężone powietrze napływa z komory wiatrowej do przegrody tonowej i następuje zadęcie piszczałek.
Z chwilą ustania dopływu powietrza z traktury układ powraca do stanu spoczynkowego przedstawionego na poprzedniej ilustracji.

Omawiany układ "w akcji" wygląda następująco (oczywiście w zwolnionym tempie).

Zauważyć należy, że w opisanym systemie pneumatycznym mieszki umieszczone w komorze wiatrowej mogą powodować swoim ruchem zakłócenia ciśnienia powietrza. Dlatego w rozwiązaniach współczesnych mieszki poruszające wentyle umieszczone są często w oddzielnych komorach (zdjęcie obok), które nie mają powiązania z komorą wiatrową.(OPdU)
Wadami traktury pneumatycznej są: skomplikowana konstrukcja, szczególnie utrudniająca usuwanie ewentualnych usterek oraz opóźnienie w grze, spowodowane długim czasem przepływu powietrza przez rurki (kondukty) od stołu gry do wiatrownicy. Opóźnienie można oczywiście zmniejszyć umieszczając wolnostojący kontuar organowy w niewielkiej odległości od organów.(OKOK)


Traktura pneumatyczna może również współpracować z wiatrownicami rejestrowymi. Przykładowy schemat takiego układu przedstawia ilustracja poniżej (wiatrownica rejestrowa, stożkowa z trakturą pneumatyczną).

wiatrownica rejestrowa z trakturą pneumatyczną

Podobnie jak w poprzednim przykładzie, tak i tutaj klawisz działa bezpośrednio tylko na wentyl w komorze wiatrowej znajdującej się w pobliżu klawiatury. Dalej sprężone powietrze przepływa rurką w kierunku wiatrownicy i działa na wentyl przekaźnika. Mechanizm przekaźnika (tzw. relais) wyróżniono na rysunku innym kolorem tła.

przekaźnik - stan spoczynku (klawisz zwolniony)

Przekaźnik jest dodatkowym urządzeniem umieszczonym przy wiatrownicy, które bezpośrednio steruje przepływem powietrza w konduktach. Wentyli w komorze powietrznej przekaźnika oraz konduktów na ogół jest tyle, ile klawiszy (jeżeli nie rozszerzono wiatrownicy przez zainstalowanie dodatkowych piszczałek dla połączeń oktawowych).(OPdU)
Gdy przez rurkę biegnącą od stołu gry nie dopływa powietrze do przekaźnika (klawisz nie jest naciśnięty), wentyl przekaźnika spoczywający na mieszku uniemożliwia napłynięcie powietrza z komory wiatrowej przekaźnika do odpowiadającego mu konduktu.


przekaźnik - stan aktywny (klawisz naciśnięty

Gdy sprężone powietrze dotrze z traktury gry (przez rurkę) do mieszka przekaźnika, następuje jego uniesienie. Wypełniony mieszek podnosi wentyl w komorze przekaźnika, co powoduje napłynięcie powietrza z komory do konduktu.
Na kondukcie rozmieszczone są mieszki (fotografia) bezpośrednio działające na wentyle stożkowe w wiatrownicy.

Wypełnienie konduktu powietrzem pod ciśnieniem powoduje uniesienie tych mieszków, a tym samym otwarcie wentyli w przegrodach rejestrowych wiatrownicy i następuje zadęcie piszczałek.

Działanie tego systemu w całości ilustruje kolejna animacja.

Również w takim układzie mamy do czynienia z opóźnieniem gry (czas między naciśnięciem klawisza a zadęciem piszczałki). Niedogodność ta spowodowana jest w tym przypadku długością kanałów, którymi przepływa sprężone powietrze. Chodzi tutaj zarówno o rurki biegnące od stołu gry do przekaźników, jak i o długość konduktów - kanałów powietrznych z mieszkami znajdującymi się pod wentylami wiatrownicy. Im więcej głosów ustawionych na wiatrownicy, tym więcej zamontowanych jest w niej wentyli stożkowych, które poruszane są mieszkami rozmieszczonymi na konduktach w określonych odstępach. Zatem przy większej ilości rejestrów konieczne jest zbudowanie dłuższych konduktów, które mniej równomiernie wypełniają się sprężonym powietrzem po otwarciu wentyla przekaźnika. W skrajnym przypadku może to skutkować nierównoczesnym zadęciem piszczałek, które prawidłowo powinny się odezwać w tej samej chwili.


Przedstawiony powyżej system pneumatyczny działa na zasadzie aktywnej, tzn. wentyle otwierają się po wpuszczeniu powietrza do mechanizmów sterujących.
W budownictwie organowym można się również spotkać z systemami biernymi (OPdU) (opróżniającymi, zapadkowymi (BO); będąca w użyciu nazwa "systemy ssące" (OPdU) uznawana jest przez niektórych za błędną (BO)). Przykład wiatrownicy sterowanej pneumatycznie w sposób bierny przedstawia rysunek poniżej. Rozwiązanie to nazywane jest (od nazwiska wynalazcy) systemem Witziga. Sama wiatrownica jest w tym przypadku typu rejestrowego (wiatrownica podłużna); ze względu na kierunek otwierania zaworów tonowych do dołu nazywana bywa wiatrownicą "dolnozaworową".(BO)

wiatrownica rejestrowa ze sterowaniem ssącym

Jak we wszystkich przykładach dotyczących traktury pneumatycznej, tak i tutaj mamy klawisze uruchamiające wentyle w komorze wiatrowej stołu gry oraz rurki którymi sprężone powietrze dociera do przekaźnika przy wiatrownicy. Przekaźnik ten skonstruowany jest jednak nieco inaczej niż w przypadku systemów aktywnych. Również inaczej (to istota systemu biernego) rozwiązano sposób otwierania i zamykania wlotów powietrza do piszczałek.

budowa wiatrownicy membranowej

Podstawą działania systemu ssącego (biernego) jest zastosowanie membran ze sprężynkami (sprężynki mają za zadanie usprawnienie funkcjonowanie membran). Wykorzystanie tego elementu w budowie wiatrownic sprawia, że nazywane są one czasem wiatrownicami membranowymi lub kieszonkowymi.(OKOK)
Sama membrana wykonana jest najczęściej ze skóry, choć niektórzy budowniczy używają również membran wytwarzanych z tworzyw syntetycznych. Poniżej przedstawiono przykładowe dwie membrany: skórzaną i z tworzywa sztucznego. Krążek uszczelniający wykończony jest filcem, co gwarantuje dobrą szczelność i cichą pracę urządzenia.

Jak współpracują przekaźnik i membrany w układzie ssącym?

przekaźnik - stan spoczynkowy (klawisz zwolniony)
przekrój membrany poziomej - Rys. katalog Aug. Laukhuff GmbH & Co

W stanie spoczynkowym (gdy nie jest naciśnięty klawisz) wentyl przekaźnika znajduje się w położeniu umożliwiającym napłynięcie powietrza z komory powietrznej przekaźnika do konduktu zasilającego membrany. W komorach rejestrowych (włączonych rejestrów) znajduje się sprężone powietrze, które otacza rurkę wylotową. Nie dostanie się ono jednak do wnętrza rurki (a tym samym do piszczałki), gdyż jej wlot zakryty jest przez krążek uszczelniający dociskany przez membranę. Powietrze zgromadzone w komorze rejestrowej co prawda naciska na membranę (od góry), jednak ciśnienie powietrza wypełniającego membranę od strony konduktu (od dołu) wraz z siłą docisku sprężyny nie pozwala na otwarcie wlotu do piszczałki.

przekaźnik - stan aktywny (klawisz naciśnięty)

Dopiero naciśnięcie klawisza zmienia sytuację. Napłynięcie powietrza z traktury do mieszka przekaźnika powoduje uniesienie wentyla, który w tym momencie odcina dopływ powietrza do konduktu. Jednocześnie ten sam wentyl otwiera odpływ powietrza znajdującego się w kondukcie. Powietrze z konduktu wydostaje się na zewnątrz, co powoduje spadek ciśnienia pod membranami do wartości ciśnienia atmosferycznego. Powietrze z komory rejestrowej (mowa tutaj tylko o włączonych rejestrach) naciska na membranę z taką samą siłą jak przed naciśnięciem klawisza, ale w związku z tym, że pod membraną nie ma już sprężonego powietrza, następuje odkształcenie membrany i po odchyleniu krążka uszczelniającego powietrze wpływa do stopy piszczałki powodując jej zadęcie.

Wiatrownice tego rodzaju działają sprawniej, jeżeli powietrze w kanale rejestrowym (komorze rejestrowej) służące do zadęcia piszczałek ma niższe ciśnienie, a napełniające mieszki sterujące zaworami, ma ciśnienie wyższe.(BO)

Animacja poniżej ilustruje działanie całego systemu pneumatycznego współpracującego z wiatrownicą membranową.

Wiatrownice tego typu odznaczają się bardzo szybkim działaniem i repetycją (są szybsze niż systemy aktywne), jednak ich podstawowym mankamentem jest samoistne funkcjonowanie w przypadku uszkodzenia membran.
W systemach aktywnych uszkodzenia objawiają się poprzez niefunkcjonowanie piszczałek. Taka usterka jest mniej dokuczliwa niż awaria w wiatrownicy membranowej, powodująca stałe brzmienie jednej lub kilku piszczałek, przy wlotach których została uszkodzona membrana. Niezamierzone granie piszczałek jest bardzo trudne do usunięcia i najczęściej jedynym sposobem na doraźne obejście problemu jest wyjęcie piszczałki z organów.(OPdU)
Wadami wiatrownic ze sterowaniem ssącym są również: duża czułość na zmiany temperatury i wilgotność powietrza oraz kłopotliwa wymiana membran (trudniejsza niż wymiana mieszka na kondukcie w systemie aktywnym).

wiatrownica z membranami pionowymi
membrana pionowaprzekrój membrany pionowej

Wiatrownica membranowa może występować w wersji z membranami poziomymi (dotychczas omawiane rozwiązanie) lub z membranami pionowymi (rysunki obok), jednak w obydwu przypadkach zasada działania wiatrownic pozostaje niezmieniona.



2001-2016 © Copyright by Konrad Zacharski