 |
||
|
STARTSIDA Datorer Elkraft Program Transport Mobilt-radio Forskning Medicin Vardag Övrigt Om oss Kontakta |
||
Så styrs konserthusorgelnJörgen Städje, 2017 Vad är det som är 24 meter brett, har 6000 blanka rör och körs med en industricontroller à la pappersmassafabrik och 20.000 rader programkod?
Den stora Grönlundsorgeln i Stockholms Konserthus är förmodligen den finaste konserthusorgeln i norra Europa. Den installerades 1982 och har sedan dess förnöjt hundratusentals åhörare med sin sköna klang. Allt eftersom tiden gått har den moderniserats och den senaste moderniseringen av den elektromekaniska delen gjorde att den nu ligger i orgelteknikens framkant. Omfånget är fantastiskt. Från de 32 fot (10 meter) långa subbaspipornas 17 hertz upp till en 1 centimeters tennpipas dryga 16.000 hertz i steg om tolfte roten ur två. Orgeln har två spelbord, ett mekaniskt och ett elektriskt, med fyra manualklaviaturer och en pedalklaviatur vardera, som kan spelas samtidigt. Det är bara ett problem: Det är 6000 pipor, de ska fjärrstyras från ett elektriskt spelbord på scenen och reagera på 16 millisekunder. Före den senaste ombyggnaden var varenda tangent i scenbordet direkt ansluten med en egen ledning upp till orgeln. Detsamma gällde omvänt, så att andragen i det elektriska spelbordet manövrerades direkt med ström uppifrån orgeln. Ledningarna blev tämligen grova eftersom andragsmanövreringen kunde dra 75 ampere. Anslutningen skedde med 12 stycken 150-poliga mil-specade kontaktdon, men tyvärr blev det ändå kontaktfel så att vissa toner inte fungerade. Orgeln brukar betecknas som instrumentens drottning och det kan bero på skönheten och klangrikedomen, men, inser vi efter att ha tittat inuti, det kan också bero på nyckfullheten hos den oändligt komplexa konstruktionen. Femhundra träpinnar kan inte ha fel. De måste strejka ibland, framför allt genom att kärva vid hög luftfuktighet. Det finns gott om pinnar, membran, fjädrar, vajrar och leder som kan krångla. Tusentals. Och alla är individer. Instrumentet måste ha daglig skötsel. Firma Jan Börjeson Orgelvård AB (JBO) fick ta hand om saken och gjorde en radikal systemförändring. Vi träffade Sven Olof Åkerlund som jobbar med orgelunderhåll och dessutom var med och gjorde ombyggnaden. JBO tar ett helhetsgrepp på orgelstyrning och betraktar orgeln som en industrimaskin som ska fjärrstyras, om än med ovanligt många sensorer och ställdon. Under ombygganden av Konserthuset sommaren 2008 åkte alla gamla kablar ut och in kom en industricontroller och ett system föga romantiskt kallat KS 20. Ett av kraven var att ombygganden av orgeln inte fick synas. På utsidan hittar man bara en liten diskret, infällbar kontrollpanel med en display, som används för registrering och vissa underhållsuppgifter. Elektriska spelbordet
En tekniker på NASA skulle inte kunna önska sig något mera imponerande än detta spelbord. I mitten ser du de fyra manualerna. Över dessa sitter tre röda termometerdisplayer, varav två är tända, som visar var svällpedalerna står. Under manualerna sitter ett antal knappar för att stega fram det förlagrade registerprogrammet. På höger- och vänstersidorna sitter andragen. Dessa används för att koppla register, orgelpipor med olika klang, till de olika manualerna. Nedanför den högra andragspanelen sitter den nytillkomna kontrollpanelen för programmering.
Tar man bort bänken ser man det som sitter under manualerna. Pedalklaviaturen är det mest iögonfallande, ett extra tangentbord för fötterna på två och en halv oktav. "Gaspedalerna" kallas för svällare och används till att antingen öppna dörrar framför piporna för att öka ljudstyrkan, eller som registersvällaren längst till höger, för att koppla in allt fler register (stämmor) och därmed öka ljudstyrkan och ge mäktigare klang (jämför lägena med termometerdisplayerna i förra bilden). De runda pistongerna är till för att välja ytterligare programsteg eller koppla samman orgelns olika verk. Registrering och minnenGrunden för allt orgelspel är att man måste bestämma klangen. Fem oktaver plus ett C är bara 61 toner, men genom att kombinera uppsättningar av pipor med olika klang kan man med orgelns dryga 6000 individuella pipor uppnå en väldig mängd olika klanger, övertonsbilder och ljudstyrkor. En enskild klang kallas för en stämma eller register och den kopplas till en av manualerna och pedalverket genom att man drar ut ett andrag. Detta resulterar i att en lucka med hål i, slejfen, förflyttas inuti luftlådan så luften får tillträde till piporna i denna stämma. Att bestämma orgelns klang på detta sätt kallas för registrering. Man kan koppla en eller flera stämmor till de olika klaviaturerna samtidigt. Det ger en blixtsnabb metod att byta klangfärg: man bara flyttar händerna från en manual till en annan. Från att ha spelat en enkel flöjtstämma kan man omedelbart göra ett fortissimo genom att flytta händerna till en klaviatur med en mängd olika stämmor inkopplade. Eller varför inte båda på en gång? Att skjuta flera andrag ut eller in under en konsert kan bli så betungande att organisten måste ha en medhjälpare vid sidan, särskilt om många klanger behövs och det ska gå fort. De 86 andragens lägen kan numera förprogrammeras i körlistor som lagras i KS 20. En mängd kombinationer kan sparas i en lista som kan stegas framåt manuellt med en knapptryckning. När en ny kombinations väljs, skjuts andragen ut och in allt efter programmeringen. Det är taktilitet. Man ska kunna se och känna inställningen, ungefär som en pilot får känna autopilotens åtgärder i flygplansratten. Orgelns funktion
Nu går det inte längre utan att vi visar på hur en orgel fungerar. Högst förenklat fungerar en orgel så här: En fläkt bygger upp ett arbetstryck i en tryckbehållare, luftlådan. Som tryckutjämnare finns i lådans övre del en bälg som belastas med en vikt. Denna ska kompensera för de snabba tryckfallen som uppstår då piporna ljuder, medan fläkten långsamt fyller på igen. Skissen visar inte luftlådans tryckreglering. När man vill använda en stämma öppnar man först slejfen för denna stämma. Slejfmagneten drar (i bildens djupled) och slejfen, en list med hål för alla pipor i en stämma, lämnar vägen fri för luft till piporna från deras respektive kanceller. När man trycker ned en tangent överförs rörelsen via ett tämligen komplicerat nätverk av abstrakter (pinnar) som drar i och öppnar spelventilen. Den fjärrstyrda trakturmagneten påverkar samma spelventil på betydligt närmare håll än tangenten, men resultatet är detsamma. Luft strömmar upp i kancellen och kan strömma vidare ut i alla de pipor vars slejfer är öppna. Spelar man ett C är det ju rimligt att det ska komma luft till alla C-pipor på en gång. De 6000 piporna aktiveras alltså i en X-Y-matris och inte en och en, vilket sparar mängder med maskinvara. Större pipor, eller pipor som sitter illa till, såsom de spanska trumpeterna (chamaderna) på konserthusorgeln, har dock en egen spelventil. Orgelpipor, en exkursion
Orgelpipor finns i alla varianter. Det går inte åt mycket lufttryck för att spela, bara cirka 100 millimeter vattenpelare. Stick ned ett sugrör 10 centimeter i ett glas vatten och blås så får du en uppfattning. Mängden luft kan däremot vara ansenlig för de stora piporna.
De allra minsta piporna är lillfingerstora. Det är längden från spelöppningen (labiet) upp till toppen som räknas och i det här fallet är avståndet cirka två centimeter. Piporna får inte vidröras, eftersom de dels kan stämma om sig, dels för att de består av en legering liknande lödtenn och lätt blir buckliga.
Ljudvågorna bryr sig inte om ifall piporna är raka eller böjda, som de här tuba-piporna. Det är totallängden som räknas.
Baspiporna i principalstämman på 32 fot (drygt 10 meter) är av trä. Som du ser är de öppna upptill vilket betyder att de är halvvågsresonatorer. På grund av den begränsade takhöjden på åtta meter måste de böja av. De tre främsta grå piporna är raka, men sedan böjer de av framåt. Från sjätte pipan och vidare pekar toppen nedåt. Den skjutbara luckan används vid stämning.
Adopterade pipor. Genom att bidra med en summa pengar kan man få adoptera en pipa. Det här är tungpipor som intoneras genom att tungan förlängs eller förkortas med pinnen som sticker upp.
Sven Olof Åkerlund betraktar orgelns innanmäte. En makalös manick. Orgelmekanik
Vad du ser här är baksidan på manualklaviaturerna på det mekaniska spelbordet på balkongen uppe under orgeln. Varje tangent påverkar en lång serie abstrakter (4 millimeters pinnar) som drar direkt i spelventilen. Det går att räkna till fyra lager abstrakter för det är fyra manualer. De lite grövre fyrkantiga stängerna längs bildens kanter är kopplande till andragen, som påverkar slejferna mekaniskt.
Allt är mekaniskt, även tremulant, en sorts vibrato. Dessa två tunga fjäderupphängda solenoider fås att gunga upp och ned på elektrisk väg. De töjer lite i botten på luftförrådet (ovanför bilden) så att trycket varierar sinusformigt. Då varierar även amplituden på tonerna sinusformigt.
Svälluckorna är dörrar som man stänger framför piporna för att ljudet ska bli svagare. En enkel och urgammal metod. Luckorna styrs proportionellt från en svällarpedal vid spelbordet och ställs med en motor med kuggstång. Orgeln har två uppsättningar luckor och således två ställdon. Det sitter en grön filtremsa på luckornas kant för att de ska sluta tätt och ljudlöst. Att undvika resonanser
De flesta orglar är i huvudsak delade i två spegelvända sidor - vänster-höger - som kallas C-sidan och ciss-sidan. Till vänster sitter alla C, D, E fiss, giss och aiss och till höger alla B, A, G, F, diss och ciss, i den ordningen. Dels är det en skönhetssak, men man måste också hålla isär pipor som ligger för nära varandra i frekvens. Annars kommer de att påverka varandra. En ciss-pipa kan mycket väl komma i resonans om en C-pipa intill ljuder och då låter det falskt. Bild: Jan-Olav Wedin. StyrenheternaOrgeln datoriserades med två PLC (Programmable Logic Controller). En PLC är en standardmodul som används för att styra maskiner inom industrin. Den har en digital ingång för varje tangent och andrag. Dessutom finns digitala drivsteg för att manövrerna andragsmagneterna styrt av sekvensprogrammet. Det kan bli ganska många kontaktpunkter och den svenske leverantören visade stor förvåning när de såg JBOs första installation, den i Jacobs kyrka. Så många som 1800 kontaktpunkter är mycket ovanligt. Men systemet är modulärt och kan byggas ut hur långt som helst. Alla tangenter söks av i en cykel på några millisekunder, precis som i ett tangentbord i en persondator. Dessutom finns tre prioritetsnivåer så viktigare funktioner kan utföras oftare. Det hela programmeras i språket Prodoc-U, som i stort sett liknar assembler. JBOs program belöper sig till ungefär 20.000 rader kod. Ut ur PLC:n kommer en seriell kommunikationsledning med datapaket på ungefär 500 bitars längd som överför tangenternas lägen, data till displayen och en del annan overhead. Det tar 16 millisekunder från att en tangent tryckts ned tills att en pipa aktiverats. Styrsystemets princip
Så fjärrstyrs en orgel med KS-20. Spelbordet (vänster) innehåller en PLC som agerar mästare och känner av alla kontaktpunkter (tangenter, pedalklaviatur, andrag, svällarpedaler) och sammanställer allt data till datapaket med cirka 500 bitars längd i ett seriellt protokoll som matas via ledning till orgeldelen med en andra PLC som agerar slav. Tangenter och andrag är enkla brytare, även om andragen råkar vara tungelement. Svällarna är intressanta ansamlingar av 20 brytare som påverkas mekaniskt via länkarmar. Man kunde ha använt en potentiometer eller optisk encoder också, men nu blev det en rad brytare som sluts allt eftersom man trampar ned pedalen. Pedalerna kan ges olika karaktäristik genom att man förskjuter pinnarna som påverkar brytarna. Återigen kunde man ha gjort detta i programvara, men nu är det engång finare med 20 brytare. När en ny registrering väljs i sekvensprogrammet ska andragsknapparna skjutas ut eller in för att visa detta. Varje andrag innehåller ett ställdon med två dragande solenoider som drar i en permanentmagnet som sitter på andragets manöveraxel. Då varje solenoid drar närmare en ampere behövs det 75 ampere när alla andrag ska skjutas ut, då man spelar fullt verk. PLC:n kunde inte hantera display och tangentbord själv, så det sköts av en extern controller. Uppe i orgeln går datapaketen in i den andra PLC:n där de blir till dra- och släppkommandon för de dryga 700 trakturmagneter som manövrerar spelventilerna. Slejfmagneterna är dubbelriktade, medan trakturmagneterna har en återfjädrande mekanism. Dessutom finns två svällmotorer som öppnar och stänger dörrarna framför piporna. Allt detta drar 280 ampere från ett 10-tal distribuerade switchaggregat på 24 volt, alltså maximalt 6,7 kilowatt. Här och var inuti orgeln sitter det serviceuttag där man kan plugga i en fjärrkontroll och köra alla pipor och slejfer i olika sekvenser. Det används när man ska stämma orgeln eller utföra annat servicearbete. Det sitter samma typ av Promodul-U i båda ändarna av förbindelsen. Tillsammans har de båda PLC-erna cirka 2000 digitala in- och utgångar. Fläktarna startas från spelbordet när man väljer in huvudorgeln, via en diskret, av-på-signal. Den går till en sekvensstyrning som startar de fyra fläktarna med ett visst tidsmellanrum, för att utjämna effektuttaget vid start.
Den enda modifikation som JBO har gjort åt själva framsidan är att lägga till en liten infällbar kontrollpanel som används för att välja register och programmera följder av registreringar till ett sekvensprogram, som sedan kan stegas fram ett och ett med knapparna under nedersta manualen. Olika organister kan lagra sina program under egna lösenord, redigera program och kopiera från andra program. Systemet kan också visa felmeddelanden om till exempel kommunikationsproblem. Det finns en anslutning för yttre dator så man kan tanka in ytterligare program. Med de tre röda knapparna kan man starta spelbordet, huvudorgeln eller ett litet soloverk.
Den verkliga magin sitter innanför spelbordets baksida i form av en PLC, en industristyrenhet kallad Promodul-U från tyska Schleicher Electronic. PLC:n består egentligen av två modullådor, på grund av de väldigt många kontaktpunkterna som skulle kännas av. Överst till vänster sitter tre 24-voltsaggregat som kan lämna de 75 ampere som behövs när alla andrag ska manövreras samtidigt. Den svarta lådan under dessa är styrenhet för displayen i kontrollpanelen på framsidan.
Sven Olof Åkerlund med ett ställdon till andragen. Den vita lådan innehåller två dragande solenoider och ett avkännande tungelement. OrgelelektrisktLåt oss nu titta på de elektromekaniska komponenter som lagts till för att få orgeln fjärrspelbar.
Trakturmagneterna, i detta fall dubbla parallellkopplade för extra kraft, drar nedåt och påverkar spelventilen via de dubbla eller trippla hävstängerna överst. Luft kan komma in i kancellen, den slutliga kammaren under pipan, men pipan ljuder bara om slejfen samtidigt är öppen. Träpinnarna med krokar är abstrakterna som kommer från det mekaniska spelbordet. De drar också i spelventilen, via samma hävstänger överst. Det är alltså här som spelorder från de elektriska och mekaniska klaviaturerna strålar samman.
Slejfmagneterna: Dessa solenoider kopplar in eller ur en stämma (eller register, en hel rad pipor med samma klang), men varje enskild ton ljuder bara om trakturmagneten för denna samtidigt är dragen. Du ser ett antal olika typer av pipor av trä, koppar och tenn, med olika klang ovanpå slejflådan. Det blir fler slejfmagneter än det finns stämmor eftersom en del stämmor är uppdelade på flera slejfer. Varje solenoid är dubbel för att kunna dra eller skjuta. Den vita skivan på den blanka axeln är en dämpare så att ankarets slag inte ska höras när det slår i botten. Varje spole drar 2 ampere.
Ett av drivskåpen för slejfmagneterna. Här kommer signalerna från PLC:n in och går igenom drivkretsar (kretskorten i plåtlådorna) och vidare ut till slejfmagneterna. Den taggiga grå modulen till höger bakom plåtlådorna är raden med 2-amperesäkringar. Det hela ser ut som en mindre telefonstation. I botten syns nätaggregatet på 24 volt och 40 ampere. Kablage här och var
En innovation inom scentekniken: en RJ 45-kontakt för slagtåligt scenbruk. Hela spelbordet ansluts med en åttapolig signalkabel, plus el. Det ligger i övrigt kablar här och var inuti orgeln som inte hör dit. Högtalarkabel, gamla signalkablar, brandlarmskablage och annat som icke-orgelbyggare har spikat dit, som man helst inte vidrör efteråt. Det händer att elektriker drar fram kabel som direkt hindrar mekanikens funktion. Utredningsarbete och åter utredningsarbete. Elsäkerheten är viktig i en apparat som drar 120 ampere och brandinspektörerna har tidigare bara gått förbi orgeln med kommentaren "Jaha, där har vi en orgel. 24 volt." för det mesta helt omedvetna om det virrvarr av kablage som finns inuti och de höga effekter det rör sig om. AvslutningNär man villar runt inuti orgeln, går upp och ned i dess fyra våningar, kryper på knäna genom korridorer och uppför stegar och fingrar på allt som är tillåtet att fingra på, är det som att befinna sig i en okänd stad. Den är ett imponerande vackert bygge med väggar i perfekt lackerat ädelträ och parkettgolv, och med lampetter i mässing. Är det mäktigt att spela på orgeln? Ja. Skakar hela magen när man spelar med subbaspiporna? Ja. Vill man bli organist och så förbli resten av livet? Utan tvekan. Läs merStockholms konserthus: http://www.konserthuset.se/ Grönlunds orgelbyggeri i Gammelstad: http://www.gronlunds-orgelbyggeri.se/ Jan Börjeson Orgelvård AB: http://www.orgelvard.se/Start.html Orglar allmänt: https://sv.wikipedia.org/wiki/Orgel http://www.orgel.nu/akerman.html Om Schleicher. Promodul tillverkas inte längre. Idag heter produkterna ProNumeric: http://schleicher.berlin/en/products/automation/controls/product-list-controls/ OrgelterminologiVad betyder egentligen Principal 8'? Principal betyder grundstämma, den stämma man normalt spelar melodin med. 8 fot är längden på den längsta pipan i stämman, normalt ett C. 8 fot är 2,4 meter och eftersom en så lång pipa är öppen upptill är den en halvvågsresonator. Hela våglängden är således 4,8 meter vilket blir cirka 68 hertz. Vilket C det blir beror på vilken stämma man kopplar in, eftersom de börjar på olika oktaver. Ovanpå principal kan man koppla en mängd andra stämmor med olika övertonsmönster. Konserthusets orgelmanual omfattar 5 oktaver plus ett C längst upp. |
|
|
|
Nyhetschef och ansvarig utgivare: Jörgen Städje | Copyright © 2017 Techtext Media AB |
||
