Zásuvková vzdušnice

Zásuvková vzdušnice je nejrozšířenějším typem vzdušnice s tónovými kancelami. Používá se v několika konstrukčních obměnách prakticky od počátku historie varhan a považuje se za nejoblíbenější a nejspolehlivější vzdušnici vůbec. Stejně jako v ostatních vzdušnicích s tónovým uspořádáním se i u této vzdušnice vzduch jednotlivým tónům přivádí ze společného prostoru – tónové kancely. Do něj se dostane z ventilové komory po otevření příslušného tónového ventilu (téměř výhradně v podobě klapky).

Způsob rozmístění píšťal nad kancelami byl popsán v úvodní kapitole o vzdušnicích s tónovými kancelami. Píšťaly jsou zasazeny do otvorů desky, která se nachází nad kancelami. Tato deska ale nemůže tvořit přímo horní víko kancel, chyběla by zde totiž možnost ovládat zapínání či vypínání jednotlivých rejstříků.

Při tomto uspořádání vzdušnice by se po stisku klávesy kteréhokoliv tónu ozvaly všechny píšťaly, stojící nad příslušnou kancelou. Abychom mohli použít jen některé z nich, musíme zabránit v přístupu vzduchu k těm zbývajícím. Mezi kancelu a desku s otvory pro píšťaly (píšťalnici) tak musíme vložit další vrstvu, která umožní uzavírat otvory pod píšťalami celého rejstříku současně (ovládání přidělování vzduchu píšťalám v podélném směru na vzdušnici). U zásuvkové vzdušnice je tímto zařízením zásuvka.

Rejstříkové zásuvky (na obrázku zvýrazněny zeleně) jsou dlouhé lišty s řadou otvorů, které se pohybují v podélném směru mezi rozhrádkami (přepážkami mezi rejstříky) v prostoru mezi horní deskou tónové kancely a píšťalnicemi pod píšťalami. Tvoří tedy jakousi pohyblivou střední vrstvu. Pokud se všechny tři otvory (nad kancelou – v zásuvce – v píšťalnici) kryjí, vzduch může k píšťale procházet, pokud zásuvku posuneme, otvory se přestanou překrývat a přívod vzduchu k píšťale se uzavře.

Nejvrchnější vrstvu vzdušnice představuje píšťalnice (štok). Je tvořena silnou deskou (častěji deskami – pro každý rejstřík zvlášť). Jejím úkolem je přivést vzduch od místa nad kancelou do místa, ve kterém skutečně stojí píšťala (vzhledem k lepšímu využití místa uvnitř nástroje jsou jednotlivé píšťaly v řadě někdy mírně posunuty oproti ostatním v příčném i podélném směru). Pokud se jedná o vícehlasý rejstřík (např. mixturu), je rozvod pro všechny píšťaly jednoho tónu ze společného spodního otvoru proveden právě v píšťalnici.

Následující animace ukazuje zásuvku ve vzdušnici v pohybu (při zapínání a vypínaní rejstříku) v řezu, který je veden podélně středem zásuvek. Je patrný okamžik zapnutí – otvory všech tří desek se v tuto chvíli kryjí:

Animace ukazuje zásuvku, u níž jsou všechny otvory v jedné linii. Častější je ale použití širší zásuvky s dvěmi či třemi řadami otvorů, rozmístěných střídavě (tak, jako na této fotografii) podle skutečného rozložení píšťal na vzdušnici, usnadňuje to konstrukci píšťalnic (viz výše).

Pokud se otvory v zásuvkách nekryjí s otvory ve vzdušnici a píšťalnici, vzduch z kancely se nemůže dostat k píšťale a ta nezazní ani v případě, že je otevřen tónový ventil a příslušná tónová kancela je naplněna stlačeným vzduchem. Rejstřík, kterému tato píšťala patří je tedy vypnut. Pro jeho zapnutí musíme zásuvku posunout (pomocí příslušného registračního aparátu a navazující traktury) do polohy, kdy se všechny tři otvory překryjí. Tím se otevře přístup vzduchu ke všem píšťalám rejstříku, zazní však samozřejmě jen ty píšťaly, do jejichž kancel vpustí vzduch příslušné tónové ventily po stisku klávesy na odpovídající klaviatuře.

Pohyb zásuvky (podélný posun) je omezen na vzdálenost, odpovídající průměru největšího vrtaného otvoru. U tónů v basové poloze a u píšťal s velkou menzurou je potřebný otvor mnohonásobně větší, než u konce tónového rozsahu a u malých píšťal, kde by pak byl pohyb zásuvky zbytečně velký. Proto se pro velké píšťaly nevrtá jeden otvor velkého průměru, ale dva či více menších otvorů vedle sebe tak, aby byl zachován celkový průřez. Potřebný posun zásuvky se tak značně změnší. Typická velikost posunu se pro většinu rejstříků pohybuje okolo 20mm.

Následující animace ukazuje řez zásuvkovou vzdušnicí v příčném směru. Tónová kancela probíhá pod všemi rejstříky (tady pro jednoduchost jen třemi), zobrazeny jsou píšťaly jednoho tónu. Jednotlivé píšťaly zazní (dostanou vzduch) podle toho, v jaké poloze se nachází zásuvka příslušného rejstříku (na animaci v červené barvě):

Na předchozích ilustracích každá zásuvka ovládá přívod vzduchu pouze k jedné řadě píšťal. Jak již bylo naznačeno výše u píšťalnic, ve většině varhan se nachází minimálně jeden víceřadý (vícesborový) rejstřík (mixtury apod.). V tomto případě má horní část vzdušnice (píšťalnice) jinou konstrukci:

Na tomto obrázku jsou zobrazeny píšťaly jednoho tónu opět pro tři hlasy (ale pětici píšťal). Rejstřík napravo je totiž tvořen trojicí píšťal, které mají přívod vzduchu společný (toto je právě takový vícesborový, tady tříhlasý rejstřík). U tohoto rejstříku zásuvka otevírá přívod vzduchu celému sboru, vždy tedy zazní všechny píšťaly (tady trojice) bez možnosti dalšího ovládání některé z nich samostatně, buď tedy zní všechny nebo žádná.

Zásuvky jsou vyrobeny z tvrdého dřeva, které podléhá stárnutí a především atmosférickým vlivům (změny rozměrů, kroucení či borcení vlivem teploty a vlhkosti). Díky tomu se se zásuvkou někdy obtížně pohybuje nebo naopak ztrácí jednu z důležitých vlastností – těsnost. Vzduch pak proniká k sousedním otvorům (tónům) a zhoršují se zvukové vlastnosti celé vzdušnice. Animace napravo ukazuje normální stav - zásuvka těsní, vzduch se dostane pouze k odpovídající píšťale a ta zní.

Tato animace ilustruje situaci ve vzdušnici s netěsnou zásuvkou. Vzduch proniká i k sousedním píšťalám a ty příznívají - znějí společně s píšťalou, která dostává vzduch přímo z kancely (patří hranému tónu). Vzhledem k tomu, že se netěsností k píšťalám dostane jen část vzduchu, nemusí znít naplno a mohou vydávat jen pazvuky. Tento stav je nežádoucí, snižuje estetickou hodnotu nástroje a v krajním případě jej může činit nepoužitelným.

První konstrukce zásuvkových vzdušnic spoléhaly na přesné opracování a použití kvalitního materiálu, zásuvky se pohybovaly dřevo na dřevo bez dodatečného těsnění. Tato konstrukce však není schopna zajistit těsnost při změnách vlhkosti a teploty, kdy dřevo, jako základní materiál pro výrobu vzdušnice "pracuje". Postupem času se proto objevila celá řada konstrukčních variant, které se snažily tento nedostatek odstranit. Můžeme se tak setkat se zásuvkami s lichoběžníkovým (klínovým) průřezem či vyrobenými z plastů (kompozitních materiálů na bázi sklolaminátu apod.) nebo kovů.

Jedním z řešení omezení vlivu netěsnosti jsou španělské jezdce - obrázek napravo. Vyfrézované šikmé drážky do zásuvky zamezují přiznívání sousedních tónů - unikajicí vzduch dojde po povrchu zásuvky až k drážce a ta jej odvede do mezery mezi krajem zásuvky a vzdušnicí, kde volně unikne do okolí. Tato konstrukční úprava sice zamezuje přiznívání, nezabrání však ztrátám vzduchu (a tím změnám jeho tlaku v píšťale a rozlaďování). Logickým způsobem řešení utěsnění zásuvky je opatřit ji přídavným těsněním. Přidat však k zásuvce těsnění není až tak jednoduché. Pokrytí celé plochy zásuvky pružným materiálem (např. pásem kůže) je sice možné, díky zvýšenému tření by však zásuvkou prakticky nešlo hýbat.V současnosti se těsnění řeší např. pomocí teflonových kroužků (teflon je velmi houževnatý a přitom "kluzký" - nezvyšuje zbytečně tření) pod zásuvkou a odpružených trubiček s osazením či teleskopů nad zásuvkou.

Následující obrázek ukazuje nákres řezu vzdušnicí v místě zásuvky. Těsnicí prvky jsou zvýrazněny barevně:

Zásuvka je u této konstrukce vyrobena z plastu nebo plechu. Zespodu je zásuvka těsněna teflonovým kroužkem (na nákresu zvýrazněn žlutě), který je nalepený na horní desce ventilové komory. Na horní straně je o zásuvku opřeno osazení plastové trubičky (modré, v detailu na následujícím obrázku), která je volně zasazena v otvoru píšťalnice.

Trubička je vyrobena zpravidla z tvrdého houževnatého plastu a k zásuvce je přitlačována pomocí pružného těsnicího kroužku (zeleného na předchozím nákresu), vyrobeného např. z měkkého PVC. Pružnost tohoto těsnění zaručuje těsnost celého uzlu i při pohybu zásuvky a dokáže eliminovat i drobné deformace jednotlivých těsnicích ploch.

Jinou variantou těsnění zásuvek na bázi těsnicích kroužků s pružným elementem jsou tzv. "Schmidovy" kroužky (Schmidringe), vyrobené z pružné plastové pěnové hmoty s pojezdovým kroužkem z prešpanu (tvrdé celulózové desky příbuzné papíru).

  

Schmidovy těsnicí kroužky.

 

U všech výše popsaných způsobů těsnění je těsnicí element na horní straně zásuvky. Pod zásuvkou je rovněž těsnicí kroužek (na obrázcích výše vybarvený žlutě), který těsní zásuvku zespodu. Ten se většinou vyrábí z tkané plsti, kašmíru, méně často z kůže nebo syntetické kůže (barexu), moderním řešením jsou pak tkaniny na bázi teflonu viz výše.

Všechna řešení těsnění mají ještě jednu společnou vlastnost - pod i nad zásuvkou je dostatek volného prostoru (min 3mm) a těsnění obklopují jen otvory ne vzdušnici a pod píšťalnicí, mezi kroužky či oválky je opět volný prostor. Jakýkoliv únik vzduchu tak z principu nemůže způsobit přiznívání sousedních tónů, vzduch vždy unikne volně ven.

Na obrázcích zachycené konstrukce zásuvek používají zásuvky pravoúhlého průřezu. Ještě jinou variantou jsou zásuvky kruhového průřezu (v podobě válcové tyče ze dřeva či kovu), které se nepohybují lineárně, nýbrž se pootáčejí kolem své podélné osy. Princip je obdobný, jako u běžné zásuvky, v jedné poloze otáčení se překryjí otvory a otevře se tak přítok vzduchu z kancely k píšťale.

V předchozím popisu zásuvkové vzdušnice nebyl zmíněn systém, řídicí pohyb zásuvek či ventilů ve vzdušnici. Následující obrázek ukazuje jedno z možných řešení – spojení zásuvkové vzdušnice s mechanickou trakturou (podrobný popis obrázku najdete v kapitole o mechanické traktuře).

Tento typ vzdušnice (registrační aparát – zásuvky i tónová část – ventily) však může být ovládán prostřednictvím jakékoliv traktury (mechanicky, pneumaticky, elektricky i kombinovaně). U velmi malých nástrojů může dokonce rejstříková traktura chybět úplně, zásuvky jsou ovládány přímo pomocí k nim připevněných úchytů (viz kapitola o mechanické rejstříkové traktuře).

Na navazujících stránkách najdete popis dalších konstrukčních variant vzdušnic s tónovými kancelami. Jsou to ventilová vzdušnice a pružinová vzdušnice.

Popis pak pokračuje další velkou skupinou vzdušnic s rejstříkovými kancelami - kuželková vzdušnice, membránová vzdušnice a vzdušnice se svislými ventily a skříňovou vzdušnicí (Unit).