Elektrické spojky

Funkce spojek v elektrické traktuře je stejná, jako u spojek mechanických či pneumatických. Spojky zajišťují jednosměrné propojení klaviatur navzájem (např. II/I či I/P) nebo připojení tónů či rejstříků v jiné poloze (superpojky a subspojky) či z jiného stroje (transmise či extenze – viz popis v úvodní kapitole o trakturách).

Elektrické spojky se nepoužívají pouze u nástrojů s elektrickou trakturou, najdeme je i u nástrojů s elektropneumatickou trakturou či u nástrojů jinak čistě mechanických. U nových nástrojů se elektrická spojka buduje z několika důvodů:

Nedostatečný prostor v hracím stole – elektrická spojka zabírá méně místa než mechanický systém a u stísněných konstrukcí je mnohdy jediným možným řešením.
Snížení ovládací síly – mechanické spojky mají jednu nectnost – hráč při propojení klaviatur ovládá jednou klávesou dvě (či více) traktur současně, vzroste tím i ovládací síla nutná ke stisku klávesy. Tu lze sice částečně eliminovat zvláštní úpravou konstrukce traktury a ventilů, ne vždy je to však možné. Pak je lepší spojku realizovat elektromechanicky (doplnit spojovanou klaviaturu spínači a připojovanou trakturu elektromagnety).

Dalším případem, kdy se setkáme s elektrickou spojkou u jiného typu traktury jsou staré a rekonstruované nástroje. Tady jsou důvody pro použití elektrické spojky následující:

Doplnění spojky do nástroje, původně spojkou nevybaveného. Především u starších a historických nástrojů spojky chybí, jejich vybudování ve složité mechanické traktuře bylo poměrně náročné a u nástrojů s kuželkovou vzdušnicí téměř nemožné - ovládací síla na manuálech by jistě přesáhla únosnou mez. Elektrickou spojku lze v současné době dobudovat prakticky do každého nástroje, její konstrukční řešení navíc může být takové, že nebude vůbec měnit původní konstrukci traktury (citlivý přístup především k památným starým nástrojům, u nichž bychom neměli používat žádné nevratné zásahy a zachovat vše pokud možno v původním stavu). Klávesy spojované klaviatury se pouze vybaví dodatečnými spínači (elektromechanickými, elektromagnetickými – např. jazýčkovými kontakty či optoelektronickými) a k některému bodu traktury připojovaného stroje se mechanicky navážou akční členy (např. raménka páčkových elektromagnetů). Obojí vyžaduje jen minimální zásah do původních komponentů (přilepení magnetu či clonky na klávesy a doplnění zarážky na abstrakt či očka pro drát u ventilu) a je snadno v budoucnu odstranitelné či zaměnitelné za jiné řešení.
Nahrazení nefunkční původní spojky. Některé konstrukce mechanických a většina pneumatických spojek jsou velmi citlivé na seřízení a po čase se stávají nespolehlivými. Pokud se jedná o systém, u něhož je v současné době známá konstrukční vada a i po mnohonásobné opravě a seřízení lze očekávat nespolehlivou funkci a potřebu dalších častých oprav je lepší spojku nahradit elektrickou.

Realizace spojek je (ve srovnání s mechanickou a především pneumatickou trakturou) u elektrické traktury poměrně jednoduchá, spočívá v elektrickém propojení obvodů traktur spojovaných tónů. Vlastní propojení se provede sepnutím kontaktů spojkového aparátu. Konstrukce spojkového aparátu může být elektromechanická (v podstatě mnohokontaktní elektromagnetické relé - viz dále, počet párů kontaktů odpovídá počtu propojovaných tónů tj. 30 až 32 u spojky do pedálu a 56 až 61 u spojek manuálů) nebo elektronická (diodový či tranzistorový systém bez pohyblivých součástí).

Pro pochopení funkce spojek je nejnázornější jejich provedení z čistě kontaktních prvků (bez polovodičových součástek či jiné elektroniky). U nejjednodušší elektrické traktury klávesa spíná kontakt a ten řídí tok elektrického proudu k akčnímu členu – elektromagnetu, který otevírá tónový ventil:

Animace ukazuje oddělené obvody tónových traktur u dvoumanuálového nástroje. Společný je pouze napájecí zdroj (symbolizovaný schématickou značkou baterie). Stisk klávesy každého z manuálů způsobí otevření příslušného ventilu v odpovídající vzdušnici. Doplňme teď schéma zapojení traktury o spojku:

Součásti elektrické spojky II/I

Na obrázku jsou zvýrazněny součásti, nutné pro realizaci spojky II/I. U klávesy prvního manuálu přibude jeden pár kontaktů (pro každou další funkci klávesy potřebujeme v kontaktním provedení samostatný kontakt, každá další spojka tedy znamená další pár).Tento kontakt je mechanicky svázaný s tónovým kontaktem (spíná současně, technické řešení je popsáno v kapitole o komponentech elektrické traktury). Spínač s označením Sp je kontakt spojky, slouží k jejímu zapínání a vypínání a je samostatný pro každý spojovaný tón (klávesu), jen tak může být zajištěno oddělení obvodů kláves navzájem. U manuálu se tedy tento spínač opakuje 56 až 61 krát. Všechny spojkové kontakty jsou ovládány současně řídicím prvkem spojky (např. sklopkou s označením II/I). Přímé (např. mechanické) ovládání by vzhledem k počtu kontaktních per bylo obtížné, použije se proto mezičlen – spojkový aparát (v podstatě mnohopólové elektromagnetické relé). Jednu z jeho možných konstrukcí ukazuje následující animace a skutečná provedení jsou zachycena na fotografiích:

Spojkové aparáty s páry pérových kontaktů v hracím stole. Stonava, Foto: BRT

Spojkové aparáty s příčnými jehlovými kontakty. Beroun, Foto: BRT

Animace je zjednodušená, spojkový aparát je ve skutečnosti delší (párů kontaktů je většinou 30, u pedálové spojky použijeme jeden aparát, u manuálové spojky dvojici se společným ovládáním). Nevýhodou spojkového relé je značná složitost, citlivost na seřízení kontaktů a náročná údržba (čištění, výměna kontaktů…). Proto se u novějších systémů používá pro oddělení obvodů diodové matice (polovodičová dioda propouští proud jen jedním směrem, chová se tedy obdobně jako jednosměrný zpětný ventil u pneumatiky) ve spojení s tranzistorovými spínači (tranzistor se chová podobně jako kontakt relé, nemá ale žádné pohyblivé součástky):

Diodová matice spojky. Brtnice, foto: BRT

Diodová matice spojky (pro 30 tónů, spojky do pedálu).

Následující animace ukazuje činnost spojky. Stisk klávesy v prvním manuálu (MAN I) otevírá v závislosti na stavu spínače Sp buďto jen ventil ve vzdušnici I nebo oba ventily ve vzdušnicích I a II současně:

Jednosměrnost spojky je zajištěna oddělením obvodů přidaným (druhým) kontaktem u klávesy prvního manuálu MAN I. Bez ohledu na polohu spínače Sp klávesa druhého manuálu MAN II ovládá pouze ventil ve vzdušnici II, pokud není klávesa v MAN I stisknuta, obvody jednotlivých vzdušnic jsou navzájem izolovány rozpojeným kontaktem na klávese. Pro každou spojku proto potřebujeme další kontakt, v případě, že by jejich počet přesáhl únosnou mez (cca 8, napružení kontaktů ztěžuje chod klávesy, obtížná je regulace současného spínání apod.), je výhodnější oddělení obvodů pomocí polovodičových diod:

Oddělení obvodů u klávesy pomocí kontaktů a diod.

Na obrázku je srovnání obou způsobů. Zatímco v kontaktním provedení klávesa ovládá pětici kontaktů (jeden tónový - přímý a čtyři pro další funkce, např. spojky, extenze apod.), stačí u zapojení s diodami kontakt jeden. Diody propouštějí proud jen v jednom směru (zde zleva doprava - od klávesy k dalším obvodům), pokud se na některý obvod přivede proud zprava, diodou neprojde a k dalším obvodům se tak nedostane.

Samostatnou kapitolou mezi spojkami jsou multiplexní varhany (UNIT systém). U těchto varhan se z praktických důvodů používá téměř výhradně elektrická traktura, u níž je realizace spojek (extenzí a transmisí, na nichž jsou v principu multiplexní varhany založeny) nejjednodušší.

Zapínání rejstříků se u UNIT varhan děje stejně, jako zapínání spojky u varhan vystavěných. Každý ovladač rejstříku zapíná spojkové relé, které má tolik kontaktů, kolik je kláves. Toto relé připojí klaviaturu na příslušný úsek píšťalové řady (podle polohy zapnutého rejstříku). Pro každý extenzovaný rejstřík potřebujeme z výše popsaného důvodu oddělení obvodů samostatný kontakt na klávese, pokud je řad více než cca 8, je lepší vložit ke klávesám tónové mezirelé (klávesa bude mít jen jeden kontakt, který sepne proud do cívky mezirelé a to teprve spojí svazek kontaktů).

Zjednodušené schéma dvoumanuálového nástroje systému "UNIT"

Na obrázku je elektrické schéma části traktury "UNIT" - multiplexního nástroje se dvěmi manuály a šesti rejstříky, které jsou extenzovány ze dvou píšťalových řad - principálové a flétnové. Zobrazeny jsou pouze tři klávesy v každé klaviatuře (velké C, malé c a jednočárkované c') a jim odpovídající část vedení, kontaktů včetně elektromagnetů ve vzdušnici.

První manuál ovládá celkem 5 rejstříků, každá klávesa má tedy pětici kontaktů, u druhého manuálu je kontakt jen jeden. Relé pro spínání rejstříků mají tolik kontaktů, kolik je kláves (v tomto případě 56, naznačeno symbolicky ve schématu). Elektromagnety pro ovládání ventilů píšťal jsou značeny značkou píšťalové řady (P pro principálovou a F pro flétnovou) a pořadovým číslem píšťaly v řadě.

Stiskneme-li klávesu velké C v prvním manuálu, v závislosti na zapnutém rejstříku bude ovládat magnet pod píšťalou č. 1 (Principál 8'), č. 13 (Oktáva 4'), č. 19 (Kvinta 2 2/3') v principálové řadě a č. 1(Flétna 8') nebo č. 13 (Flétna 4') ve flétnové řadě. Ve schématu jsou dobře vidět rejstříky, které jsou napojeny v jiné než základní poloze (oktávy a kvinty), jsou to ty, u kterých je spoj mezi rejstříkovým relé a výstupní svorkou hracího stolu veden šikmo, ne přímo.

U současných systémů elektrických traktur s klávesovým kodérem v hracím stole (v podstatě zařízením na bázi počítače, který je s akčními členy v nástroji propojen pomocí sběrnice tvořené tenkým kabelem, optickým vláknem apod. viz úvodní kapitola o elektrické traktuře) je realizace spojek záležitostí úpravy software kodéru (a případně připojením ovládače příslušné spojky – vypínače, sklopky apod.). Tato zdánlivá jednoduchost vede často ke snaze disponovat do nástroje značný počet spojek (nejen klaviatur navzájem, ale také spojek v jiných než základních polohách, spojek jen některých rejstříků apod.) s cílem jednak „opticky“ zvýšit počet rejstříků, jednak vyhovět zákazníkovi (ve smyslu mít co nejdokonalejší a nejsložitější nástroj při relativně nízkých nákladech na další rejstříky). Využití takového množství spojek při hře je často neúčelné až problematické, málokdy totiž vedou k vytvoření nové barvy zvuku nástroje, spíše zvyšují hlasitost a zhutňují zvuk.

Na souvisejících stránkách jsou popsány komponenty elektrické traktury, tónová traktura a rejstříková traktura. Tématiku spojek rovněž popisují stránky o mechanických spojkách a pneumatických spojkách.