La progettazione del somiere

Il somiere è un vero e proprio centro di smistamento dell'aria: a seconda dei segnali che riceve dai comandi dei registri e dai tasti della tastiera provvede a distribuire l'aria alle canne che poggiano su di esso.

La secreta del somiere è mantenuta costantemente in pressione grazie all'aria che arriva dalla manticeria: premendo un determinato tasto della tastiera (o della pedaliera) viene azionato il corrispondente ventilabro: l'aria entra quindi nel canale della nota selezionata e da lì va ad alimentare le canne dei registri precedentemente impostati.

Quello fin qui descritto è, per sommi capi, il funzionamento del somiere a canali per tasto, che è la tipologia più diffusa e che anch'io ho utilizzato per il mio organo a canne.

Il mio organo a canne ha 54 note e 6 registri per cui servono:

• 54 canali (uno per tasto) e quindi 54 ventilabri
• 12 stecche di registro (2 per registro, sussistendo la suddivisione tra bassi e soprani)
• 324 fori totali (uno per ogni canna)

La larghezza di un canale e del corrispondente ventilabro determinano la portata di aria massima che potrà essere consumata dalle canne collegate a quel tasto: solitamente i canali delle note più gravi sono più larghi visto il maggiore consumo di aria.

Lo stesso ragionamento si può applicare, a maggior ragione, alla dimensione del foro di alimentazione delle canne che solitamente aumenta all'aumentare delle dimensioni della canna.

Per la determinazione di questi e di altri parametri costruttivi del somiere, durante la fase di progettazione ho effettuato una comparazione delle misure dei somieri di vari organi storici italiani e stranieri che ho ricavato da relazioni di restauro pubblicate a stampa o su Internet.

Di tutte le relazioni di restauro analizzate quella dell'organo della chiesa di Notre Dame ad Auxonne in Francia ha rappresentato per me la più preziosa e dettagliata fonte di informazioni.

Le prime canne dei registri principali dell'organo sono molto più larghe dei corrispondenti canali e per questo motivo non possono essere posizionate sopra al proprio foro di alimentazione: devono essere posizionate in un altro punto dell'organo e vengono alimentate a distanza grazie a dei trasporti d'aria cioè dei tubi o dei canali che trasportano l'aria dal foro del somiere al piede della canna.

Come si vede dallo schema che propongo qui sopra (vista dall'alto della disposizione delle canne sul somiere) nel caso dei registri di XV, XIX e XXII non sussistono problemi di spazio.

Con il registro di Ottava 4' iniziano i problemi: le prime otto canne non sono posizionate sopra al somiere e sono collegate con dei tubi; le successive dodici poggiano sul somiere ma non sopra al rispettivo canale e quindi anch'esse sono collegate al loro foro di alimentazione attraverso dei trasporti d'aria. Soltanto dal Sol#2 in poi non si rende necessario un trasporto d'aria e le canne posso poggiare direttamente sopra al loro foro di alimentazione, cioè sull'asse del rispettivo canale.

Per il registro di Principale 8' quasi tutte le canne sono troppo larghe e sono quindi collocate o in facciata o in altre zone del mobile dell'organo: soltanto le ultime cinque poggiano direttamente sul proprio foro di alimentazione (da Do#5 a Fa5).

Una volta definite le larghezze dei canali e la posizione delle canne sulla tavola superiore del somiere ho proseguito la progettazione con un programma di CAD 2D utilizzando i dati inseriti e calcolati su un programma di fogli di calcolo, con le dovute rettifiche effettuate in un secondo momento.

I disegni CAD sono stati successivamente utilizzati anche per la progettazione della catenacciatura di collegamento del somiere al manuale.

Registri, timbri, armoniche - 1° parte

L'altezza del suono emesso da una canna d'organo labiale (ovvero la sua frequenza acustica, misurata in Hz) dipende, in prima approssimazione, dalla lunghezza del suo risuonatore interno (cioè la lunghezza della colonna d'aria che parte dalla bocca e arriva fino alla sommità della canna).

Il timbro del suono emesso dipende invece dalla forma del suo risuonatore.

Ricordo che "il timbro è quella particolare qualità del suono che permette di distinguere due suoni con uguale frequenza o altezza" (cit. Wikipedia).

Quindi il timbro della canna d'organo labiale dipende da:

a) dalla forma geometrica della sua sezione trasversale

b) dall'area della sua sezione trasversale

c) dall'eventuale variazione dei due parametri precedenti lungo l'asse della canna

d) dalla forma e dalla dimensione della bocca

e) dall'eventuale presenza di una seconda bocca

f) dall'eventuale presenza di un freno armonico

g) dalla presenza di un tappo sulla sua sommità (che, inoltre, dimezza la frequenza acustica)

"Giocando" su uno (o più) dei fattori sopra esposti è possibile ottenere una notevole quantità di registri tra loro differenti, ognuno caratterizzato dal suo particolare timbro.

È importante sottolineare il fatto che ci sono altri fattori, questa volta non geometrici, che possono influire, anche pesantemente, sul timbro di un registro una volta costruito: uno su tutti è la pressione di esercizio dello strumento, generalmente misurata in millimetri in colonna d'acqua.

Se si allarga il raggio d'azione alle canne ad ancia le possibilità aumentano in modo esponenziale: in un certo senso si può dire che l'organo a canne è il primo sintetizzatore della storia della musica, sviluppato molto tempo prima dell'avvento dell'elettronica.

Il sito web "Encyclopedia of Organ Stops" offre un corposo elenco di registri d'organo corredato da note bibliografiche e traduzioni multi-lingua e, in alcuni casi, foto e campioni audio.

Molte delle raffigurazioni presenti in quel sito sono tratte dalla meravigliosa monografia Organ-Stops And Their Artistic Registration scritta dall'architetto George Ashdown Audsley nel 1921.

Nell'immagine che segue sono rappresentate le forme delle canne di alcuni registri d'organo.

I primi 14 sono registri labiali (canne ad anima):

1) Principale

2) Flauto aperto

3) Viola da gamba

4) Flauto conico (Spitzflöte)

5) Flauto a imbuto (Trichterflöte)

6) Bordone

7) Flauto tappato

8) Quintadena

9) Flauto a camino

10) Flauto conico  tappato (Spitzgedackt)

11) Principale di legno

12) Flauto di legno

13) Bordone di legno

14) Flauto tappato di legno

Gli ultimi 7 sono invece registri ad ancia, comunque dotati di risuonatore:

15) Tromba

16) Cromorno

17) Dulciana

18) Regale (con risuonatore in legno)

19) "Trombetta regale"

20) Regale a imbuto

21) Doppelkegelregal

La costruzione della panca

Per costruire la panca (su cui sedersi durante l'esecuzione dei brani) ho utilizzato delle tavole in legno lamellare di abete. Una volta assemblata, la panca è stata verniciata con un impregnante colore ciliegio.

L'unione della pedaliera alla tastiera

Come ho già avuto modo di illustrare nel post dello scorso 6 Ottobre, nel mio organo a canne la pedaliera non comanda un corpo d'organo proprio ma si limita ad azionare il corrispondente tasto del manuale (cioè della tastiera).

Tale funzione di unione è svolta da un dispositivo meccanico che deve trasmettere il movimento di ogni tasto della pedaliera a quello del corrispondente tasto della tastiera.

Visto che:

      1) la corsa (escursione verticale) dei tasti della pedaliera è maggiore di quella dei tasti della tastiera

      2) la distanza tra due tasti contigui è più alta nel pedale, rispetto al manuale

non è possibile realizzare l'unione tramite dei semplici fili; serve un sistema composto da tiranti e catenacci denominato catenacciatura di riduzione o più semplicemente catenacciatura.

Anche nel caso del collegamento tra la tastiera e il somiere si presenta lo stesso problema, che infatti viene risolto con una catenacciatura appositamente costruita (lo vedremo più avanti).

Per la progettazione della catenacciatura di unione del tasto al pedale mi sono avvalso del programma AutoCAD (versione per studenti) e di un programma, scritto da me in Visual Basic nel 2011, che ho denominato Wellenbrett (traduzione del termine tecnico catenaccio in lingua tedesca).

I dati relativi alle posizioni dei tasti del manuale e del pedale devono essere inseriti in un file "elenco.txt" che viene successivamente caricato da Wellenbrett all'avvio.

AGGIORNAMENTO Metto a disposizione degli interessati un file ZIP contenente il software, il suo codice sorgente e le note di programmazione. Se qualcuno poi volesse modificarlo per apportare delle migliorie, segnalare degli errori o magari renderlo multipiattaforma, è il benvenuto: potete contattarmi ad esempio tramite la mia pagina Facebook Omnia Vincit Musica.

Il programma legge i dati e genera una schermata grafica della catenacciatura: a questo punto è possibile modificare tale schema iniziale di collegamento spostando, a proprio piacimento, in alto o in basso ogni singolo catenaccio con l'apposito comando "sposta" posto alla destra della schermata, fino ad arrivare ad una situazione ottimale nella quale non sussistono più sovrapposizioni tra i tiranti verticali (tali sovrapposizioni genererebbero problemi in fase costruttiva).

Cliccando poi "genera istruzioni AutoCAD" il software genera un set di istruzioni che possono essere ricopiate direttamente nella linea di comando del programma CAD in modo da disegnare automaticamente le varie parti meccaniche che compongono il sistema.

Una possibile evoluzione futura del programma è quella che consente di evitare il riposizionamento manuale dei catenacci, applicando qualche sorta di algoritmo topologico scritto appositamente.

Torniamo quindi all'aspetto costruttivo vero e proprio: la tavola che supporta la catenacciatura è stata ricavata da un pannello rettangolare multistrato in legno di pioppo successivamente sagomato a forma di trapezio (allo scopo di alleggerirne il peso eliminando le zone non necessarie).

Per costruire i catenacci ho acquistato dei lunghi parallelepipedi a sezione quadrata in legno di abete (già piallati) tagliandoli alla lunghezza adeguata, stessa strategia utilizzata anche per la costruzione dei tiranti che però sono in legno di koto e hanno sezione rettangolare, così come le levette dei bilancieri. Per collegare le estremità dei tiranti ai tasti del manuale e del pedale e alle levette dei catenacci ho usato del filo di ferro dolce.

Ogni catenaccio è sostenuto da due supporti laterali in legno di mogano sapelli nei quali sono inseriti due chiodini di ferro.

Per ovviare al problema del punto 1, ovvero la differenza di corsa tra il pedale e il manuale, ho dovuto costruire un ulteriore dispositivo di riduzione (realizzato in koto e in pino) che riduce il movimento verticale generato dai tasti della pedaliera prima di trasmetterlo a quelli del manuale: di seguito propongo alcune foto della sua costruzione.

Qui di seguito si può ammirare il risultato finale: la catenacciatura di unione tasto al pedale collegata alla tastiera e al meccanismo di riduzione dell'escursione dei tasti della pedaliera.

In quest'ultima foto si può vedere, oltre alla catenacciatura di unione pedale-manuale, anche quella che collega la tastiera al somiere:

Il rifornimento d'aria nell'organo a canne

Durante il suo utilizzo l'organo a canne consuma una certa quantità di aria in pressione: tale consumo varia in continuazione durante l'esecuzione dei brani, in funzione del numero di tasti premuti e del numero di registri inseriti in un determinato momento.

Affinché la frequenza dell'onda acustica emessa da ogni canna rimanga costante nel tempo è assolutamente necessario che la pressione dell'aria all'interno dello strumento non subisca variazioni significative, né durante una sessione di utilizzo, né tantomeno nel corso degli anni.

Generalmente i valori di pressione di un organo a canne, che vengono fissati in fase di costruzione, oscillano tra i 45 e i 90 mmH₂O (millimetri in colonna d'acqua): molto però dipende dallo stile costruttivo scelto dall'organaro e dalle tradizioni che variano a seconda del luogo: ad esempio gli organi a canne di fabbricazione tedesca utilizzano generalmente pressioni di esercizio più elevate rispetto a quelli di fabbricazione italiana.

La pressione viene espressa in millimetri in colonna d'acqua perché lo strumento con il quale viene misurata è un tubo manometrico a U che viene riempito con una certa quantità di acqua, preferibilmente colorata per una più facile leggibilità del valore sulla scala.

Quello che vedete qui sotto è il tubo manometrico che ho costruito personalmente: il tubo è in plastica trasparente e l'acqua è stata colorata con un po' di inchiostro ciano (quello per stampanti ink-jet).

Una delle due estremità del tubo viene collegata al somiere dell'organo mentre l'altra estremità è libera. Quando lo strumento entra in pressione si crea un dislivello tra i due rami del tubo a U: la misura di tale dislivello, misurata ed espressa in millimetri, corrisponde alla (sovra)pressione raggiunta nel somiere.

 

L'organo a canne necessita pertanto di un sistema di rifornimento di aria a pressione costante e portata variabile: negli organi moderni questo sistema viene realizzato accoppiando un elettroventilatore ad un mantice stabilizzatore.

L'elettroventilatore deve essere "sovradimensionato" rispetto alle reali esigenze dell'organo: dovrebbe in teoria essere in grado di fornire una portata d'aria sufficiente a far suonare tutte le canne dello strumento contemporaneamente, alla pressione di esercizio fissata in fase di costruzione.

Il mantice stabilizzatore di pressione può essere costruito a cuneo, a lanterna o a vasca: io ho scelto la seconda opzione perché è quella consigliata da alcuni testi di arte organaria.

La base del mantice è stata costruita con tavole di legno lamellare di abete spesse 18 mm mentre le stecche tagliate ad angolo sono state realizzate con legno di multistrato di pioppo spesso 5 mm i cui bordi sono stati adeguatamente smussati con la sega circolare inclinabile. La tavola superiore, flottante, e' stata realizzata con multistrato in legno di pioppo di spessore adeguato. La tenuta d'aria è assicurata da pelle incollata al legno con colla vinilica.

Sopra al mantice vengono posizionate delle zavorre (mattoni, blocchi di metallo, ecc...) il cui peso totale, unito a quello della tavola superiore del mantice, determinerà la pressione di esercizio dello strumento: io ho utilizzato un set di dischi in ghisa (quelli che si utilizzano in palestra per fare sollevamento pesi).

Affinché il sistema elettroventilatore + mantice funzioni in modo adeguato è necessario interporre tra i due elementi una apposita valvola a tendina che effettui un controllo in retroazione (feedback) sulla quantità di aria che viene immessa all'interno del mantice: la tavola del mantice è collegata con un filo di nylon al meccanismo della valvola a tendina.

Grazie a questo meccanismo più il mantice si gonfia e più a valvola a tendina viene progressivamente abbassata, diminuendo a portata d'aria in ingresso al mantice stesso.

Il foro di ingresso dell'aria nel mantice inoltre è dotato di una valvola di non ritorno che può tornare utile nel momento in cui si decidesse di alimentare l'organo a canne con un mantice ausiliario azionato meccanicamente anziché utilizzare l'elettroventilatore:

Così facendo l'aria potrà solo entrare e mai uscire dal foro di alimentazione del mantice a lanterna. Qui di seguito propongo alcune immagini relative alla costruzione e al meccanismo di funzionamento della valvola regolatrice a tendina.

Per quanto riguarda l'elettroventilatore centrifugo si deve ricordare che un dispositivo professionale per organo a canne ha un costo che può partire dai 700 euro per strumenti di piccole dimensioni fino ad arrivare a cifre molto più importanti per i grandi organi da chiesa che consumano quantità d'aria molto elevate: il costo relativamente elevato è giustificato dal fatto che tali dispositivi sono dotati di modernissimi sistemi di insonorizzazione che garantiscono una silenziosità estrema, requisito fondamentale nel caso di uno strumento musicale.

Per il mio organo a canne al momento ho optato per una soluzione di gran lunga più economica e cioè ho acquistato un soffiatore centrifugo in polipropilene da 280 W di potenza e 2850 giri al minuto che si può acquistare con meno di 100 euro: ovviamente è molto rumoroso e anche inserendolo all'interno di una cassa insonorizzante (che ho appositamente costruito) genera una certa quantità di rumore indesiderato.