wiatrownica stożkowa (górnozaworowa)

Rejestrowa wiatrownica stożkowa (nazywana czasem wiatrownicą górnozaworową jest najczęściej spotykaną odmianą wiatrownicy podłużnej (rejestrowej). Nazwa tej wiatrownicy związana jest z kształtem zaworów, które sterują przepływem powietrza do piszczałek. W wiatrownicy rejestrowej każda piszczałka (w głosie pojedynczym) ma własny zawór i najczęściej ma on wygląd odwróconego stożka; stąd rozpowszechnione używanie określenia "stożkowa" w odniesieniu do tego typu wiatrownic.

W tego typu wiatrownicy (jak we wszystkich wiatrownicach rejestrowych) rozdział powietrza do wybranych rejestrów (głosów organowych) odbywa się przez uchylenie odpowiedniego wentyla rejestrowego, a tym samym wpuszczenie sprężonego powietrza do podłużnego kanału rejestrowego (każdy rejestr ma swój kanał) - to pierwsza funkcja wiatrownicy podłużnej
Aby wiatrownica ta mogła spełniać również drugą funkcję - rozdzielania powietrza piszczałkom poszczególnych tonów - konieczne jest rozmieszczenie w komorach rejestrowych (kanałach rejestrowych) zaworów tonowych. W wiatrownicy stożkowej zawory te mają - jak już wspomniano - kształt odwróconych stożków.
Budowę pojedynczego zaworu stożkowego przedstawia ilustracja poniżej.(BO)

budowa stożka

Zawór ma czasem kształt półkulisty lub jest całkiem płaski, ale w większości przypadków wszystkie tego typu zawory bywają potocznie nazywane stożkami. Sam stożek, który na rysunku opisany jest jako drewniany, w nowszych rozwiązaniach bywa również wykonywany z aluminium lub tworzywa sztucznego. W celu uszczelnienia zaworu jego powierzchnia oklejona jest miękką skórą. Dodatkowo brzegi otworów wlotowych (mające bezpośredni kontakt z powierzchnią stożka) bywają przypalane odpowiedniej wielkości stożkiem metalowym; w ten sposób otrzymuje się gładkie brzegi otworu, a ponadto lekko zwęglona powierzchnia jest bardzo twarda i trwała.(BO)

Do górnej, płaskiej powierzchni zaworu przyklejona jest deseczka stabilizacyjna. Deseczka ta na końcach ma wycięcia, w które po zamontowaniu stożka w wiatrownicy wchodzą metalowe bolce (bolce stabilizacyjne). Dzięki bolcom stożek podnosi się do góry i opada bez przechylania się na boki. Niemożliwe jest również obracanie się stożka, co ułatwia kręcenie śrubą regulacyjną i orzeszkiem.(BO)
Zawór stożkowy zakrywający otwór wlotowy do kanału powietrznego zamyka ten otwór od góry - stąd nazwa wiatrownica górnozaworowa.(BO)

Fotografia obok przedstawia fragment wewnętrznej części komory rejestrowej, w której umieszczony jest rząd wentyli stożkowych zakrywających wloty do piszczałek jednego głosu organów.

Animacja (BO) prezentuje przekrój poprzeczny przez fragment wiatrownicy obejmujący tylko jeden kanał rejestrowy (komorę rejestrową). Sprężone powietrze znajduje się w kanale rejestrowym, a więc zostało do niego wpuszczone przez uchylenie odpowiedniego wentyla rejestrowego. Aby powietrze to mogło dostać się do wlotu piszczałki konieczne jest otwarcie wentyla tonowego (wentyla stożkowego).
Zawór stożkowy zakrywa otwór wylotowy od góry. Wentyl zamyka otwór wlotowy własnym ciężarem; dodatkowo wspomagany jest sprężonym powietrzem zawartym w kanale rejestrowym.(BO) Zadziałanie na zawór odpowiednią siłą powoduje jego uniesienie, a przez odkryty otwór wlotowy sprężone powietrze wydostaje się z komory rejestrowej do otworu (kanału) poziomego dolnego i dalej przez kolejne otwory (pionowy i poziomy górny) wpływa do stopy piszczałki, powodując jej zadęcie. Uniesienie zaworu stożkowego powoduje otwarcie otworu wlotowego ale i równocześnie zamknięcie drugiego otworu wylotowego, co uniemożliwia wypłynięcie powietrza na zewnątrz drogą inną niż przez piszczałkę.
Gdy na zawór przestaje działać siła zewnętrzna, stożek pod wpływem własnego ciężaru a także na skutek działania ciśnienia powietrza zgromadzonego w kanale rejestrowym, opada do pierwotnego położenia zamykając otwór wlotowy. Tym samym zostaje odcięty dopływ sprężonego powietrza z kanału rejestrowego do piszczałki; dodatkowo opadający zawór powoduje otwarcie drugiego otworu wylotowego, przez który powietrze znajdujące się w kanalikach prowadzących do piszczałki ulatuje na zewnątrz.
Przedstawione rozwiązanie zapewnia bardzo precyzyjne włączanie i wyłączanie dopływu powietrza, chroniąc równocześnie przed niepotrzebnym ulatywaniem i syczeniem. W niektórych przypadkach, gdy nie jest wymagana najwyższa precyzja odcinania dopływu powietrza, nie wykonuje się w wiatrownicach dużych otworów wylotowych (na rysunku powyżej nazwano go drugim otworem wylotowym w odróżnieniu od głównego otworu wylotowego, na którym ustawiona jest piszczałka). Zamiast tego otworu pozostawia się w spodniej części wiatrownicy tylko niewielki otworek, przez który przechodzi drut stożka.(BO)
Prezentowane na tych stronach przekroje wiatrownic w większości przypadków uwzględniają właśnie to, mniej skomplikowane rozwiązanie - zaznaczony jest sam stożek i orzeszek, pominięty natomiast zostaje otwór wylotowy wraz z zamykającym go krążkiem.

W zaworach stożkowych w "pełnym wydaniu" możliwa jest regulacja położenia względem siebie poszczególnych jego części: samego stożka, krążka zamykającego otwór wylotowy oraz orzeszka. Takie rozwiązanie pozwala na bardzo precyzyjną regulację całego mechanizmu.

zawór stożkowy bez nakrętki regulacyjnej

Jednak spotyka się również stożki bez nakrętki regulacyjnej. Krążek zamykający otwór wylotowy opiera się wtedy bezpośrednio na stożkowato zatoczonym orzeszku (rysunek po prawej). Przy takim rozwiązaniu nie można już osobno regulować położenia krążka i orzeszka.(BO)

Wracając do budowy wiatrownicy stożkowej...

wiatrownica rejestrowa - komory rejestrowe

Jak w każdej wiatrownicy rejestrowej, tak i w tym przypadku wiatrownica podzielona jest na podłużne kanały (komory) rejestrowe. Nad tymi kanałami ustawione są poszczególne głosy organowe (piszczałki tych głosów). Aby było możliwe sterowanie przepływem powietrza z kanałów rejestrowych do wybranych piszczałek, w kanałąch tych umieszcza się całe szeregi zaworów stożkowych, z których każdy przypisany jest jednej piszczałce (w przypadku głosów pojedynczych).

Animacja poniżej ilustruje właśnie takie rozwiązanie. W każdej z komór rejestrowych (na rysunku są trzy takie komory - co odpowiada trzem rejestrom) umieszczona jest grupa stożków, które blokują wloty do kanałów zasilających piszczałki.

Przepływ powietrza z komory wiatrowej do przegród rejestrowych możliwy jest przez otwory znajdujące się wewnątrz komory wiatrowej. W zaprezentowanym przypadku otwory te zamykane są wentylami stożkowymi (choć częściej jako zawory rejestrowe stosuje się klapy). Wszystkie wentyle (rejestrowe i tonowe) poruszane są za pośrednictwem traktur, których mechanizmów nie widać na ilustracji.

W każdej z komór rejestrowych widać szereg wentyli tonowych tzn. stożków otwierających wloty do kanalików, którymi sprężone powietrze przepływa do piszczałek ustawionych na wiatrownicy. Animacja przedstawia ruchy zarówno stożka rejestrowego jak i tonowego, jednak należy w tym miejscu zaznaczyć, że w sprawnie funkcjonującej wiatrownicy stożkowej nigdy stożki tonowe nie unoszą się pojedynczo, lecz zawsze w grupach - jeden klawisz uruchamia wszystkie stożki przyporządkowane piszczałkom wybranego tonu.
Fotografia obok również przedstawia wewnętrzną budowę kanału rejestrowego. Na górze zdjęcia widać otwór, którym powietrze dostaje się z komory wiatrowej do kanału. Wzdłuż kanału rozmieszczone są zawory stożkowe. Na krawędziach znajdują się wyloty kanałów zasilających piszczałki. Wloty tych kanałów znajdują się natomiast na dnie komory rejestrowej - są one przykryte stożkami.

wiatrownica rejestrowa - rozmieszczenie piszczałek jednego głosu

Na rysunku obok przedstawiono piszczałki jednego głosu (rejestru), umieszczone nad odpowiednimi otworami w górnej pokrywie wiatrownicy. Wszystkie piszczałki jednego rejestru umieszczone są wzdłuż jednej komory rejestrowej. Przy takim ustawieniu piszczałek i przy wypełnionej sprężonym powietrzem komorze rejestrowej każde naciśnięcie klawisza powoduje uniesienie odpowiedniego stożka tonowego wewnątrz tej komory, a tym samym zadęcie odpowiedniej piszczałki.

wiatrownica rejestrowa - rozmieszczenie piszczałek jednego tonu

Na tym rysunku natomiast widać piszczałki różnych głosów (rejestrów); każda z nich zasilana jest powietrzem z odrębnej komory rejestrowej. W jednym takim poprzecznym rzędzie stoją piszczałki, które mogą zabrzmieć równocześnie po naciśnięciu jednego klawisza, np. wszystkie piszczałki wydające dźwięk "c", "d", następnie "e" itd... ... Na ogół stożków (wentyli) w każdej komorze rejestrowej jest tyle, ile klawiszy (jeżeli nie są przewidziane dodatkowe piszczałki wykorzystywane w tzw. połączeniach oktawowych).

Niezależnie od rodzaju traktury gry, zasada uruchamiania wentyli zawsze jest taka sama: naciśnięcie klawisza powoduje uniesienie wszystkich stożków otwierających wloty powietrza do piszczałek o tej samej wysokości dźwięku, należących do wszystkich możliwych głosów rozmieszczonych na wiatrownicy. Na powyższym rysunku był to rząd trzech piszczałek. W większych instrumentach z tego typu wiatrownicą, naciśnięcie jednego klawisza może powodować równoczesne otwarcie nawet kilkunastu wentyli (w zależności od ilości rejestrów). Oczywiście to, że przy każdym naciśnięciu klawisza unoszą się wentyle wszystkich piszczałek o tej samej wysokości dźwięku, nie oznacza wcale, że wszystkie one będą wydawać dźwięk. Zadęte zostaną piszczałki tylko tych głosów, w których komorach rejestrowych znajduje się sprężone powietrze. A o tym decyduje oczywiście otwarcie odpowiednich wentyli rejestrowych. Mechanizm ten ilustruje poniższa animacja.


W powyższych opisach działania wiatrownicy rejestrowej nie uwzględniono sposobu wywoływania ruchu wentyli w wiatrownicy. W organach można spotkać się z wieloma systemami przenoszenia ruchu klawisza na ruch wentyla wpuszczającego powietrze do piszczałki. Kolejny rysunek przedstawia przykładowe rozwiązanie połączenia rejestrowej wiatrownicy stożkowej z trakturą pneumatyczną. Układ wiatrownicy jest bardzo podobny do opisywanego powyżej. Łatwo zauważyć wentyle rejestrowe (H) znajdujące się w komorze wiatrowej (WK) oraz wentyle (stożki) tonowe rozmieszczone w poszczególnych komorach rejestrowych (RK).

wiatrownica rejestrowa z trakturą pneumatyczną - Rys. 'Gramy na organach'

Funkcjonowanie powyższego układu opisano na podstronie dotyczącej traktury pneumatycznej. Należy tutaj jednak zwrócić uwagę na fakt, że ten typ wiatrownicy może współpracować praktycznie z każdym rodzajem traktury i to zarówno traktury gry, jak i traktury rejestrowej.


Wiatrownice stożkowe (podobnie jak wszystkie wiatrownice rejestrowe) są wiatrownicami o stosunkowo dużych rozmiarach i dość skomplikowanej budowie, m.in. ze względu na dużą ilość wentyli (praktycznie każda piszczałka ma oddzielny wentyl, w przeciwieństwie do wiatrownic tonowych, w których jeden wentyl obsługuje całą grupę piszczałek).

wiatrownica rejestrowa z trakturą mechaniczną

Ponieważ naciśnięcie jednego klawisza powoduje otwarcie wielu wentyli równocześnie (tylu, ile głosów na wiatrownicy), niezbędne jest odpowiednie wyregulowanie każdego z nich tak, aby wszystkie otwierały się w tej samej chwili. Na rysunku obok przedstawiającym fragment wiatrownicy rejestrowej z trakturą mechaniczną widać wyraźnie, że wszystkie wentyle uruchamiane są tym samym abstraktem a każdy ze stożków wymaga oddzielnej regulacji. Dokładniejszy opis współpracy traktury mechanicznej z wiatrownicą rejestrową można znaleźć na podstronach poświęconych trakturze mechanicznej. Dodatkowo proces regulacji może komplikować stosowanie podwójnych wentyli stożkowych w przypadku niektórych piszczałek, które wymagają bardzo dużej ilości powietrza, niemożliwej do przepuszczenia przez pojedynczy wentyl (pogarsza to precyzję działania wiatrownicy). (OPdU)

Spotykanym często sposobem zmniejszenia rozmiarów wiatrownicy stożkowej jest stosowanie bloków złożonych z dwóch kanałów. W takim rozwiązaniu jedna ścianka jest wspólna dla dwóch sąsiadujących ze sobą kanałów rejestrowych.(BO) Zaprezentowany poniżej przykład ilustruje takie właśnie rozwiązanie - sterowanie za pomocą traktury elektro-pneumatycznej.

Konieczność dostępu do traktury obsługującej tę wiatrownice np. w celu przeprowadzenia regulacji wentyli wymaga, aby cała skrzynia wiatrowa była montowana na pewnej wysokości nad podłożem, co może dodatkowo zwiększyć wymiary całego instrumentu. Ponieważ wentyle znajdują się wewnątrz komór rejestrowych (patrz rysunki powyżej), dostęp do nich jest bardzo ograniczony. Właściwie tylko jeden koniec wentyla, ten który styka się z trakturą, jest dostępny z zewnątrz. Niestety w przypadku konieczności konserwacji, naprawy lub wymiany poszczególnych stożków (wentyli) w wiatrownicy, nie obejdzie się bez jej zdemontowania, gdyż nie ma innego sposobu na dostanie się do wnętrza komór rejestrowych, w których znajdują się stożki. (OPdU)

Wadą tego typu wiatrownicy jest także zmienny ciężar gry w zależności od ilości włączonych rejestrów. Jak widać na przekrojach wiatrownicy, każdy ze stożków uruchamianych równocześnie jednym klawiszem znajduje się w oddzielnej komorze rejestrowej. Siła jaką należy zadziałać na stożki, aby je unieść, a tym samym wpuścić powietrze do piszczałek, jest różna w zależności od ilości komór rejestrowych wypełnionych sprężonym powietrzem. W przypadku gdy rejestr jest wyłączony (w komorze rejestrowej nie ma sprężonego powietrza) siła niezbędna do uniesienia stożka wynika głównie z ciężaru samego wentyla. Jeśli natomiast komora wypełni się powietrzem pod ciśnieniem (rejestr włączony), niezbędne jest zwiększenie tej siły tak aby pokonała dodatkowy opór wynikający z różnicy ciśnień. I tak w zależności od ilości włączonych rejestrów wartość siły z jaką należy działać na wentyle, w każdym przypadku jest nieco inna. Należy zwrócić uwagę również na to, że wielkość wentyla też nie jest bez znaczenia (wentyle o dużych rozmiarach czyli te, które obsługują większe piszczałki bardziej obciążają trakturę). Różnice w ciężarze gry bezpośrednio odczuje organista grający na instrumencie z wiatrownicą tonową w połączeniu z trakturą mechaniczną. W przypadku zastosowania dźwigni Barkera, lub traktury pneumatycznej, organista co prawda nie poczuje bezpośrednio tej różnicy, jednak przełoży się to na zwiększenie opóźnienia działania traktury (więcej szczegółów na podstronach dotyczących traktur).


2001-2016 © Copyright by Konrad Zacharski