Tremolo

Tremolo (tremulant) je pomocné zařízení, které pomocí cyklického rozkolísání tlaku vzduchu pro píšťaly způsobí shodné „rozhoupání“ zvuku nástroje nebo jeho části – tremolování (obdoba vibrata u strunných nástrojů). Tremolo nenajdeme ve všech varhanách, chybí u malých a historických nástrojů.

Rozkolísání tlaku se týká samozřejmě jen vzduchu pro ozev píšťal, tlak vzduchu např. pro pneumatickou trakturu musí zůstat konstantní. Tremolo může působit na celý nástroj (generální) nebo jen na vybraný stroj (manuál), pak tento stroj musí mít samostatný měch a regulátor tlaku vzduchu (více v kapitole o vzduchovém hospodářství), výjimečně se setkáme s tremolem pro jeden hlas (pouze v nástrojích se vzdušnicí s rejstříkovými kancelami, u nichž lze tremulant nechat působit jen na jednu kancelu).

Tremola mohou pracovat na více principech, základní dělení tremulantů podle typu působení na vzduchový systém varhan - tremola výpustná (vypuštěním vzduchu z agregátu způsobí chvilkový pokles tlaku), tlaková (stlačením např. míšku způsobí chvilkový vzestup tlaku) a kanálová (pohybujícím se prvkem v cestě vzduchu ovlivňují okamžité tlakové poměry před a za překážkou).

Výška tónu píšťaly je silně závislá na tlaku vzduchu proto musí být tlak vzduchu v nástroji konstantní a dobře stabilizovaný nezávisle na odběru. Při jeho zvýšení se zvyšuje i výška znějícího tónu (jen v určitých mezích, při překročení jistého tlaku píšťala „přefoukne“ o kvintu či oktávu výše) a naopak při snižování tlaku tón klesá. Jsou-li tyto změny tlaku cyklické, stejně cyklické je i mírné rozlaďování v vzniká tremolo. Musíme ještě odlišit tremolo od obdobně znějícího chvění zvuku u tzv. „výchvěvných“ rejstříků. U nich je efekt vibrování důsledkem interferencí zvukových vln, generovaných dvojicí píšťal s mírně odlišnou výškou tónu (frekvencí) pro každý tón. Tyto rejstříky používají dvě řady (sbory) stejných píšťal, z nichž jedna je laděna o několik centů odlišně (zpravidla výše) oproti základní. Teprve složením zvuku z těchto dvou řad vzniknou slyšitelné vibrace, tento efekt však s tremolem nemá nic společného.

Princip činnosti tremulantu si ukážeme nejprve na kanálovém tremolu pro jeden hlas. Jedná se o malé zařízení, způsobující kolísání tlaku malého množství vzduchu v rejstříkové kancele příslušného hlasu. Konstrukčně se jedná o dřevěnou skříňku, rozdělenou vodorovnou přepážkou na dvě části. Ve spodní části je stlačený vzduch s konstantním tlakem. V přepážce je otvor, který je v klidovém stavu překryt klapkou ventilu. Ventil je ovládán pneumaticky pomocí klínového míšku a kuželky relé ve dně skříňky (kuželku by šlo samozřejmě ovládat i mechanicky či elektromagnetem).

 

Součást způsobující pravidelné cyklické kolísání tlaku vzduchu je ukryta v otvoru přepážky nad ventilem a je přímo v cestě vzduchu od zdroje (zásobníku, měchu) ke spotřebě (vzdušnici, píšťalám). Je to pružný kovový pásek – jazýček, upevněný v kovovém rámečku. Otvor v rámečku je nepatrně větší, než samotný jazýček, umožňuje tak pohyb jeho volného konce ve svislém směru (nahoru i dolů – průrazný jazýček):

V klidovém stavu je jazýček v rovině s rámečkem, takže prakticky překrývá jeho otvor a brání průchodu vzduchu. Otevřeme-li ventil pod jazýčkem, přetlak vzduchu z komory v dolní části skříňky jej vychýlí do horní polohy. V této poloze jazýček díky své pružnosti a závaží na volném konci setrvá jen velmi krátce, vrátí se do výchozí polohy a setrvačností překmitne v opačném směru. V okamžiku maximální výchylky nahoru či dolů proudí kolem jazýčku vzduch dále směrem k příslušné kancele. Tuto situaci zachycují následující nákresy:

V okamžiku průchodu jazýčku střední polohou tlak vzduchu prudce poklesne, při jeho vychýlení naopak stoupne. Kmitáním jazýčku tak vzniknou právě žádoucí cyklické změny charakteristické pro tremolo. Frekvence kmitání je závislá na vlastnostech jazýčku (pružnosti a velikosti přidaného závaží). Činnost zařízení tremola pro jeden hlas (zpomaleně!) přibližuje následující animace:

V popsané konstrukci se tremolo zapíná pomocí nadzvednutí kuželkového ventilu ve dně skříňky. Přes tento ventil se naplní klínový míšek a ten otevře klapku ventilu pod jazýčkem. Nadzdvižení kuželky způsobí akční člen traktury (míšek, páka, elektromagnet), řídicím členem bude ovládací prvek na hracím stole, označený jako „tremolo pro hlas…“, tedy např. Tremolo Flétna 8‘, Tremolo Gamba 8‘. Na hracím stole samozřejmě najdeme i ovládací prvky pro zapnutí těchto rejstříků bez tremola - Flétna 8‘ a Gamba 8‘, hlas tak lze použít buďto bez tremola či s tremolem. Zůstanou-li zapnuty oba rejstříky současně (hlas i tentýž hlas s tremolem), efekt tremola se neprojeví, vzduch o stabilním tlaku přímo z měchu nedovolí rozkolísání tlaku tremulantem, který navíc při shodném tlaku nad a pod jazýčkem nebude fungovat. Tento typ tremulátoru působí jen na jeden hlas, je-li v nástroji hlasů s tremolem tohoto typu více, má každý svůj samostatný tremulant.

Dále popisované typy tremulantů mohou působit na větší počet hlasů, celý stroj či nástroj (generální, sborové, kolektivní).

Abychom zajistili působení tremulantu izolovaně na jednu vzdušnici, musí mít tato vzdušnice samostatný měch s regulátorem tlaku (případně i se samostatným ventilátorem, není to ale podmínkou) nebo mít alespoň samostatný přívod vzduchu (větev vzduchovodu) přímo z hlavního měchu (tím je zajištěno žádné či minimální ovlivnění tlaku pro ostatní vzdušnice, které následně eliminují např. vyrovnávací měchy – amortizéry – viz. popis vzduchového hospodářství). V závislosti na konkrétní konstrukci se pak tremulant nachází buď na vzduchovodu ke vzdušnici nebo je součástí měchu, ze kterého je vzdušnice zásobována vzduchem nebo (u současných konstrukcí) je konstrukčně spojen s vyrovnávacím měchem (amortizérem – více opět v kapitole o vzduchovém hospodářství). Zapnutí tremola tohoto typu způsobí odpovídající rozvibrování horní (volné) desky měchu, ze kterého je příslušná část nástroje napájená vzduchem, kolísání tlaku tak působí na všechny hlasy daného stroje současně a stejně (stejnou frekvencí). Generální tremolo (působící na celý nástroj) najdeme většinou jen u malých nástrojů. Tím, že působí úplně na všechny hlasy nástroje současně je jeho využití při hře někdy problematické, nelze např. odlišit hranou melodii a doprovod.

Při vypnutém tremolu vzduch s konstantním tlakem ve vzduchovodu proudí přímo od měchu ke spotřebě ve vzdušnici. Zapneme-li tremolo, traktura otevře ventil ve dně komůrky, vzduch ze vzduchovodu ji naplní a nadme míšek. V jeho víku je další ventil, k jehož klapce je připevněna pružina se závažím, které je pohyblivé a lze jím v určitých mezích regulovat frekvenci vibrací.

Následující ilustrace zobrazují dvě fáze činnosti tremulantu. Víko míšku se tlakem vzduchu zespod rychle zvedá až do polohy, ve které narazí na omezující zarážku. Tím se jeho pohyb zastaví, dále v něm však stoupá tlak. Ten po chvíli nadzvedne klapku ventilu (napomáhá tomu i setrvačnost pohybu závažíčka na pružině) a vzduch začne unikat přes ventil (druhá fáze):

Únik vzduchu způsobí pokles tlaku v míšku, komůrce i propojeném vzduchovodu (a v souvislosti s tím i ve vzdušnici, tón zvuku píšťal mírně poklesne). Díky nižšímu tlaku poklesne i víko míšku, po chvíli díky tíze závažíčka (a kmitu, způsobeného pružinou) klesne i klapka ventilu a uzavře otvor míšku. Tím se celá soustava opět těsně uzavře, tlak stoupne (a tím stoupne i výška tónu píšťal). Míšek se opět nadme (první fáze) a celý děj se cyklicky opakuje. Rychlost opakování (frekvenci kmitů) lze regulovat pohybem závažíčka po pružině, přiblížením k ventilu (zkrácením ramena pohybu) se frekvence zvýší, oddálením naopak sníží. Pružina je klíčový prvek tohoto tremulantu, označuje se často jako pružinový a řadíme jej mezi výpustná tremola ("upouští" vzduch ze systému).

Tento tremulant je konstrukčně jednoduchý a spolehlivý, jeho nevýhodou je poněkud vyšší hlučnost při chodu (narážení víka míšku na doraz a klapání ventilu se závažíčkem se projeví jako charakteristické tupé rány, které jsou slyšitelné i poměrně daleko od nástroje).

Další konstrukcí je pneumatické tremolo, využívající stlačený vzduch pro pohon agregátu, vytvářejícího oscilace tlaku. Činnost pneumatického agregátu je poněkud tišší, než činnost předchozího řešení s míškem a klapkovým ventilem, jeho konstrukce je však podstatně složitější, (v podstatě se jedná o pneumatický multivibrátor). Na následujícím obrázku je řez tímto agregátem (vlevo v podélné rovině, vpravo příčný) v klidovém stavu (vypnuté tremolo). Zařízení se zapíná nadzvednutím kuželkového ventilu 7, o které se zde postará míšek, plněný rourkou 9 pneumatické traktury (tuto kuželku lze u jiného typu traktury ovládat i mechanicky či elektromagnetem bez vlivu na funkci agregátu):

Celé zařízení tremulantu je spojeno se vzduchovodem přes otvor 2, který přivádí stlačený vzduch do vnitřního prostoru skříňky (komůrky 1). V komůrce je rovnoběžný míšek (typ měchu, u něhož jsou dno a víko v rovnoběžné poloze v celém rozsahu pohybu viz popis měchů). Víko míšku v nadmutém stavu přiléhá těsně k otvoru 4 v horní desce skříňky (z důvodu utěsnění je navíc polepeno měkkou kůží či podobným materiálem). Součástí agregátu je i dvojice rourek, přivádějících vzduch z komůrek ventilů 6 a 7 k míškům, které ovládají ventily 6 a 8.

V klidovém stavu (vypnutém tremolu) je kuželka 6 v dolní poloze, rourkou od komůrky této kuželky je vzduch ze skříňky agregátu 1 přiveden do míšku pod kuželkou 8, ten se nadme a kuželku nadzvedne. Vzduch ve skříňce 1 se tak dostane dovnitř velkého míšku 3. Tlaky vzduchu uvnitř a vně tohoto míšku se tedy vyrovnají a pomocná pružina míšek natáhne. Jeho horní víko se přitiskne k otvoru ve víku skříňky 4 a uzavře jej. Napětí pružiny je možné regulovat pomocí regulační matičky (oříšku). V tomto stavu agregát setrvá až do zapnutí tremola.

Tremolo se uvádí do činnosti tlakovým impulsem v rource 9 (vpuštění vzduchu do rourky zajistí řídicí člen traktury v hracím stole, tento okamžik zachycuje obrázek napravo). Míšek na konci rourky se nadme a nadzvedne kuželku ventilu 7, čímž vpustí vzduch ze skříňky do rourky k míšku pod ventilem 6. Tento ventil je dvojitý – jeho nadzvednutím se současně uzavře přívod vzduchu do míšku 8 a umožní se jeho vypuštění do okolí. Míšek splaskne a kuželka 8 poklesne.

Situaci po poklesu kuželky 8 zachycuje obrázek nalevo. Kuželka uzavírá přívod vzduchu do velkého míšku 3 a současně s ní spojený kontraventil otevírá otvor, kterým vzduch z míšku unikne do okolí (opět výpustný systém). Rozdíl tlaků uvnitř a vně míšku způsobí jeho splasknutí a pokles horního víka, které odkryje otvor 4 v horní desce skříňky agregátu. Stlačený vzduch ze skříňky proudí tímto poměrně velkým otvorem rychle ven a tlak ve skříňce a současně v připojeném vzduchovodu prudce poklesne.

Pokles tlaku uvnitř velkého míšku 3 současně způsobí pokles tlaku v malém míšku, který udržuje kuželku ventilu 6 v horní poloze, ta tedy poklesne a vpustí vzduch ze skříňky 1 do míšku pod kuželkou 8. Míšek se nadme, nadzvedne kuželku 8 a vpustí vzduch ze skříňky do velkého míšku 3. Tlaky uvnitř a vně se vyrovnají, míšek se nadme, jeho víko se přitiskne k otvoru v horní desce skříňky 4 a uzavře jej, tlak ve skříňce se tak rychle vrátí k původní hodnotě tlaku ve vzduchovodu. Vzduch proudící do míšku 3 se rourkou dostane i k míšku pod ventilem 6, ten se nadme, nadzvedne kuželku ventilu a celý děj se cyklicky opakuje, dokud se tremolo nevypne pomocí ventilu 9. Celý cyklus trvá zlomek sekundy a jeho opakováním se docílí rozkolísání tlaku ve vzduchové soustavě nástroje (rozvibrování horní desky příslušného měchu a tremolování zvuku píšťal).

Frekvenci kmitání lze nastavit změnou napětí pružiny 5 a rovněž šktícími šroubky 10 v rourkách pod míšky ventilů 8 a 7 (jejich umístění je zachyceno na příčném řezu na prvním obrázku agregátu). Tyto šroubky regulují velikost výpustných otvorů pod míšky, jejich zašroubování urychluje naplnění míšku a zpomaluje jeho vyprázdnění a naopak (podrobněji v kapitole o komponentech pneumatické traktury). Regulační šroubek má i střední ventil 9 pro ovládání celého agregátu, jeho seřízení však nemá vliv na frekveci. Pro správnou funkci agregátu je tedy nutné správně seřídit tři (plus jeden) regulační prvky, změna frekvence tremola je tak poměrně obtížná a není možné ji regulovat např. z hracího stolu (to umožňují jen elektronické agregáty).

Pro snazší pochopení funkce agregátu je jeho činnost zachycena na následující animaci. Děj je zpomalen (skutečná frekvence kmitů je cca 5 Hz) a navíc jej můžete v kterékoliv fázi zastavit pomocí tlačítka se symbolem pauzy:

Skutečný vzhled pneumatického tremulantu ukazuje tato fotografie (provedení je od předchozích ilustrací a animace mírně odlišné, konstrukce používá o jednu soupravu míšků a ventilu navíc). Dobře jsou viditelné plastové kondukty a regulační šroubky pod míšky. Volný otvor pod třetím míškem zleva je určen pro kondukt, kterým bude přiveden ovládací vzduch (impuls k zapnutí a vypnutí od hracího stolu).

Další konstrukční skupinu tremulantů představují tremola, pracující na tlakovém principu - kolísání tlaku je dosaženo pomocí periodického stlačování vzduchu (změny objemu) ve vzduchové soustavě nástroje (příslušného stroje). Možných řešení je několik, tremulant může být součástí amortizéru (pracuje inverzně k jeho funkci - amortizér brání kolísání tlaku zatímco tremulant jej způsobuje, po dobu činnosti proto musí být amortizér zablokován nebo přímo využit k tremolování mechanickým rozvibrováním volné desky jeho měchu - viz kapitola o vzduchovém hospodářství) nebo přímo měchu (zásobníku, regulátoru tlaku). Na následujícím obrázku je řez zásobním měchem s tremolem:

Na plováku měchu je připevněn menší míšek, spojený přes pohyblivou páku a táhlo s otáčivým excentrem (klikou). Excentr je poháněn elektromotorem či vzduchovou turbínkou. Při jeho roztočení táhlo periodicky pohybuje pákou ve svislém směru, s pákou spojená horní deska měchu tremulantu tento pohyb sleduje a způsobuje jeho cyklické stlačování a natahování. Měch tremola je otvorem ve dně spojen přímo s hlavním zásobníkem - vnitřním prostorem měchu (regulátoru tlaku) nástroje. Změny objemu měchu tremola se přenesou na cyklické změny tlaku vzduchu v zásobníku a tím i celého nástroje (příslušného stroje, pokud má tento měch jen sám pro sebe).

Horní deska zásobníku se pohybuje vůči měchu tremola protisměrně, vzrůst tlaku v měchu ji nadzvedává. Tato konstrukce je použitelná jen u plovákového měchu, u kterého je svislý pohyb horní desky (plováku) omezen jen na krátkou dráhu, danou velikostí záhybu (koženého límce mezi skříní měchu a plovákem viz popis plovákového měchu). Skutečné provedení tremulantu ukazuje fotografie, od nákresu se liší jen použitým plovákovým měchem s pružinami místo zátěže, vlevo je vidět motor s řemenem, pohánějící excentr. Pomocný míšek na víku měchu lze zcela vynechat a nechat páku působit přímo na plovák měchu, pak ale spojení páky s excentrem musí být pružné (např. vinutou pružinou) nebo musí být odpružení vloženo mezi páku a plovák, v případě pevného spojení by byla narušena regulační funkce měchu (volná pohyblivost plováku). Celé zařízení v pohybu (zpomaleném) ukazuje následující animace:

Tremolo je pomocné zařízení, které je přímou součástí vzduchové soustavy varhan. Na souvisejících stránkách najdete popis vzduchového hospodářství, jednodílných a dvoudílných měchů a elektrického ventilátoru.