Parti fondamentali di un organo elettronico a tastiera

Virtualmente ogni strumento elettronico a tastiera ha alcune parti che sono fondamentali per il suo funzionamento. In primo luogo viene impiegato un particolare tipo di circuito generatore dei suoni allo scopo di produrre segnali elettrici a corrente alternata che siano udibili e che abbiano frequenze prefissate in modo da poter essere convertite in note musicali emesse da un altoparlante.

Il suonatore controlla i segnali in uscita dal generatore di note per mezzo di interruttori inclusi in ciascun tasto della tastiera dello strumento.

Quando si abbassa un tasto per produrre una nota il circuito controllato da esso permette il passaggio dei segnali dal generatore ai circuiti di uscita del suono.

Generalmente vi sono diversi "registri" nei circuiti di generazione del suono, uno per ciascuna ottava musicale, e cioè 8 piedi per i suoni acuti, 16 piedi per un'ottava sotto, 4 piedi per un'ottava superiore, 2 piedi per un'ottava ancora superiore, etc.

Nei circuiti di filtraggio dei suoni le forme d'onda in ingresso possono essere variamente modificate per variare il timbro del suono che sarà ottenuto all'ascolto. Il suonatore aziona questi circuiti per mezzo di controlli a pulsante o a commutatore preposti alla produzione di singole voci o timbri dello strumento.

Questi ultimi sono montati vicino, generalmente sopra, alla tastiera. Quando tutti i controlli sono abbassati o in posizione di inattivazione, i segnali in ingresso ai circuiti elaboratori sono bloccati in modo che all'uscita non vi sia alcun segnale e lo strumento non emette alcun suono.

Quando il suonatore agisce su uno dei controlli permette il passaggio dei segnali nei circuiti fino all'uscita altoparlante.

I segnali originari sono elaborati in accordo al controllo di timbro azionato. Con questi controlli il suonatore può scegliere differenti coloriture timbriche delle note emesse.

Dai circuiti elaboratori il segnale passa poi in una sezione detta sezione effetti controllata da una diversa serie di controlli di effetti o di percussione. In questa sezione speciale gli effetti sono inclusi: controlli dei bassi e degli acuti, vibrato tremolo, riverberazione, eco, sustain (prolungamento del suono), e variazioni nel tempo di attacco e di estinzione del suono.

Il resto del sistema operativo di uno strumento elettronico a tastiera è relativamente semplice dal momento che comprende in genere un amplificatore audio (con un controllo di volume o di livello costituito da un pedale di espressione o di crescendo e azionato da uno dei piedi del suonatore, generalmente il destro e un altoparlante.

Principali tipi di organo elettronico

Vi sono tre tipi principali di organo elettronico che si sono diffusi maggiormente.

In primo luogo, è da menzionare l'organo a semplice tastiera nel quale non vi è alcuna pedaliera separata, sebbene quest'ultima sia generalmente prevista come accessorio acquistabile a parte.

In questo tipo di strumento i controlli per le "voci" (registri) sono generalmente montati nella fascia immediatamente al di sopra della tastiera. Altoparlanti montati sotto il piano della tastiera provvedono all'emissione dei suoni, sebbene spesso questi strumenti siano progettati per l'uso con amplificatori e altoparlanti separati.

Il pedale d'espressione è generalmente connesso al corpo dello strumento tramite un cavo flessibile.

Molto più simile all'organo a canne convenzionale è l'organo domestico, molto comune, a due tastiere, dette anche manuali, con una pedaliera a tasti di legno solitamente posta in basso a sinistra.

Le due brevi tastiere di questo tipo di strumento sono disposte in modo che la mano sinistra azioni quella inferiore e la destra quella superiore, mentre i controlli delle voci e degli effetti sono montati al di sopra delle tastiere o all'estremo sinistro sul piano di queste.

L'organo tradizionale a canne è simulato più esattamente nel tipo detto da concerto.

Esso comprende due tastiere complete, l'una al di sopra dell'altra, come negli organi normali, mentre i controlli
accessorii sono disposti al di sopra della tastiera superiore. Una pedaliera completa si estende lungo tutto il frontale dell'organo, mentre il pedale d'espressione è montato immediatamente al di sopra di questa in modo da poter essere azionato dal piede destro.

Sistemi generatori di note

Qualsiasi congegno che possa generare segnali stabili a frequenza udibile può essere impiegato come generatore di note per organo elettronico.

Fino agli anni '60 nell'uso commerciale venivano impiegati generatori rotanti (elettromagnetici, per gli organi Hammond, elettrostatici per i Compton) ed ance vibranti di metallo.

Al giorno d'oggi i generatori meccanici hanno ceduto il posto quasi generalmente a generatori esclusivamente elettronici, che non hanno alcuna parte mobile.

Sono stati usati tre tipi principali di generatori di note per organo:

oscillatore per ogni nota,
a fase libera;
dodici oscillatori principali con divisori sub-ottava;
unico oscillatore principale con frequenze più basse prodotte digitalmente.

Nel sistema a fase libera viene impiegato un oscillatore separato per ogni frequenza musicale richiesta.

Questo sistema, ora obsoleto, prevedeva un oscillatore per ogni nota della tastiera (con oscillatori supplementari sub-ottava e super-ottava per produrre differenti timbri con la mescolanza di frequenze al di fuori della reale portata della tastiera).

Così per un manuale standard da 61 note, erano necessari qualcosa come ottanta oscillatori separati, ciascuno dei quali richiedeva un accordo separato. I sostenitori del sistema a fase libera argomentano che questo è il solo sistema valido per simulare un vero organo a canne nel quale ogni canna è separatamente accordata.

Comunque, l'alto costo e le difficoltà di accordo negli organi a fase libera ha condotto al loro abbandono commerciale.

In quello che è generalmente noto come sistema a divisori, si impiegano invece soltanto dodici oscillatori accordabili, separati uno per ciascun grado cromatico della scala normale musicale vale a dire Do, Do diesis, Re... La, La diesis, Si.

Essi operano generalmente nella banda dei 2000-4000 Hz per dare direttamente le note più acute di una tastiera convenzionale per organo.

Le note più basse sono prodotte inviando il segnale di uscita dei generatori principali in circuiti divisori per due, ciascuno dei quali produce un segnale la cui frequenza fondamentale è un ottava al di sotto della nota originaria.

Così un oscillatore del Do insieme al suo circuito divisore produce tutti i Do della tastiera che si trovano più in basso, l'oscillatore del Re tutti i Re, etc; in ogni circuito tutte le note dell'ottava sono agganciate in accordo con quella prodotta dall'oscillatore principale relativamente a quella nota.

Sebbene dodici oscillatori siano più facilmente accordabili di circa un centinaio, è stato possibile, mediante le moderne tecniche digitali operazionali, produrre tutte le frequenze richieste per ogni nota della tastiera dell'organo impiegando un solo oscillatore principale.

Questo generatore di nota a oscillatore singolo ha tre elementi base: un singolo oscillatore principale (che opera generalmente nella gamma da 500 KHz a 5 MHz), il cui segnale di uscita (del tutto inudibile essendo ultrasonico) viene inviato a un generatore cromatico di note che dà le dodici uscite relative all'ultima ottava, quella acuta, di una tastiera d'organo.

Come nel sistema a dodici oscillatori le note più basse sono prodotte da circuiti accordati divisori di ottava.

I progetti recenti di organi usano invariabilmente il sistema a oscillatore principale, dal momento che è possibile impiegare come generatore cromatico un microcircuito singolo di dimensioni molto piccole.

Ciascun circuito accordato di divisori può anche essere prodotto in forma di microcircuito molto piccolo. Il risultato è che è stato possibile produrre il sistema generatore completo in forma circuitale non più grande di una scatola di fiammiferi, il che non è certo un paragone favorevole con il mastodontico Thelarmonium di Cahill, datato 1867..!

Oltre alla convenienza dal punto di vista della produzione commerciale, il sistema a oscillazione singolo ha anche il vantaggio che il suonatore ha la possibilità di controllare completamente la frequenza da esso prodotta per mezzo di una manopola accessibile.

Quindi egli può facilmente accordare il suo strumento per accompagnarsi con qualsiasi altro, per esempio un pianoforte.

Stabilità della frequenza negli organi elettronici

Gli organi elettronici costruiti secondo principi diversi da quello ad oscillatore singolo erano difficili da mantenere stabilmente accordati, dal momento che era richiesto un grado molto elevato di stabilità dell'oscillatore.

Un semitono nella scala a temperamento equabile rappresenta un fattore di frequenza pari alla radice in base 12 di 2 a 1 e cioè di 1, 05946309, un numero con otto cifre decimali.

Ciò rappresenta approssimativamente una differenza in frequenza di circa il 6%. Quando singole note sono suonate una di seguito all'altra, l'orecchio umano può discernere differenze di altezza dell'ordine dell'1% circa.

Quando le note sono suonate contemporaneamente, a causa del prodursi dei fenomeni di battimento, l'orecchio può accorgersi di una stonatura se una di esse è fuori tono di un entità pari soltanto allo 0,1%.

A causa della deriva di frequenza prodotta da differenze di temperatura, gli organi a fase libera e a dodici oscillatori dovevano essere progettati in modo che il sistema di generatori avesse una stabilità di frequenza assoluta con deriva totale inferiore a quello 0,1% che l'orecchio umano può percepire.

Ciò imponeva una stabilità dell'ordine dello 0,01%, cioè 1 a 10000, il che non era certo un facile compito.

Produzione delle note cromatiche negli organi ad oscillatore singolo

Differenti metodi sono stati proposti per fare in modo che da un oscillatore principale ad alta frequenza si potessero ottenere i dodici suoni dell'ottava cromatica completa ad altezze inferiori a quella sopracuta.

Una versione, però, conosciuta come divisione per la radice di due in base dodici, costituisce una delle più semplici soluzioni del problema ed è stata adottata commercialmente.

Si è trovato che la frazione 196/185 ha un valore sufficientemente vicino alla radice in base dodici di 2 (precedentemente indicata come 1,05946309). Il circuito divide una frequenza in ingresso per 196 e successivamente la moltiplica per 185 inviando all'uscita una frequenza pari a 185/196 di quella in entrata, vale a dire un semitono sotto di essa.

Nello schema a blocchi una frequenza f1 in ingresso nel circuito A ne esce divisa per 196 (f1 / 196) ed è poi inviata ad un comparatore, B. Un oscillatore separato D, operante a frequenza f2, invia la sua uscita alla sezione di uscita e poi indietro nel circuito C, dove viene divisa per 185 per uscire a sinistra come f2/185 ed essere inviata poi al comparatore B.

Quest'ultimo compara i due segnali ricevuti ed invia una tensione di controllo a corrente continua all'oscillatore di controllo D allo scopo di regolare la frequenza f2 fino a che le due frequenze presenti nel comparatore siano uguali. Quando ciò avviene f1/196 = f2/185 cioè f2 =185f1/196.

Come esempio pratico se f1= Do (4186,009 Hz), allora f2 = Si (3951,006 Hz), nota che si trova appunto un semitono sotto. Il procedimento può essere ripetuto con altri divisori per ottenere una completa scala cromatica al di sotto del Do fino cioè al Do diesis inferiore.

Tastiere dell'organo elettronico

Gli strumenti elettronici hanno in genere tastiere abbastanza convenzionali, sebbene di queste ne esista una varietà di tipi tale da generare confusione. Gli strumenti commerciali avranno, naturalmente, almeno un manuale. Più frequentemente hanno due manuali detti di solito manuale solista (quello superiore) e di accompagnamento (quello inferiore).

Possono essere anche chiamati, per conformità con la terminologia tradizionale degli organi a canne, manuale del gran-d'organo, e manuale dell'organo eco-espressivo.
Quando un organo elettronico deve sostituire un organo a canne tradizionale non è infrequente che abbia tre manuali detti del grand'organo, dell'organo eco-espressivo e manuale del coro, rispettivamente dal basso verso l'altro.

Nella sezione pedale due sono le soluzioni che sono divenute di più comune impiego nell'organo elettronico standard. La prima, è di gran lunga la più comune, consiste nella pedaliera di 13 note generalmente adottata per gli organi domestici.

La pedaliera classica di 32 note non è invece ugualmente adottata per gli organi elettronici sebbene alcuni modelli abbiano una pedaliera un po' più corta (25 note cioè due ottave).

Per quanto riguarda la tastiera, essa può avere varie estensioni in comparazione con la familiare tastiera del pianoforte che comprende, nella versione da concerto, 88 note.

Le due manuali più comuni sono quella da 61 note (derivata dagli organi a canne) vale a dire di cinque ottave, e quello di quattro ottave o 49 note, spesso impiegato sdoppiato negli organi a due manuali per dare una normale tastiera di 61 note per entrambe le mani.

Le tastiere per organo vanno di solito da DO a DO, sebbene non sia infrequente incontrare tastiere con estensione da FA a FA, una volta comuni per gli armonium e per gli organi americani.

Funzionamento dei tasti

Visti dall'esterno i tasti di un organo elettronico sono del tutto indistinguibili da quelli di un organo a canne, ma all'interno essi sono completamente differenti.

Quando il tasto è premuto, la parte posteriore si alza ed una leva tira verso l'alto una molla a filo per disconnetterla da un contatto inferiore e connetterla ad un contatto superiore.

Quando il tasto viene rilasciato la molla di ritorno richiama la sua parte anteriore nella posizione originaria in modo che il tasto sia pronto per essere di nuovo azionato.

Quando il tasto non è abbassato il segnale immesso nella molla a filo circola attraverso il contatto inferiore, mentre quando è premuto circola attraverso il contatto superiore, realizzando così un semplice commutatore.

Nelle tastiere commerciali esistono molte varianti meccaniche, ma tutte operano in base al principio del tasto che aziona un interruttore elettrico. In pratica le tastiere contengono spesso un certo numero di interruttori indipendenti collegati a catena in modo da essere azionati dal singolo tasto, ma ciò non inficia il principio generale adottato.

Gli interruttori collegati ai tasti controllano il passaggio dei segnali sonori dagli oscillatori ai circuiti di modulazione e possono dare origine a rumori impulsivi (clic) nel suo finale. Per questa ragione, nella singola sezione riguardante un tasto, possono incontrarsi speciali circuiti che impiegano semiconduttori controllati dallo stesso tasto e destinati a ridurre i rumori di commutazione al di sotto della soglia di udibilità rispetto al segnale musicale.

I tasti o i circuiti, ad essi collegati sono generalmente del tipo in serie che apre e chiude il circuito lungo il percorso del segnale o del tipo shunt che apre e chiude il circuito lungo le connessioni a terra del circuito che porta il segnale. Ognuno dei due tipi può essere impiegato, ma il tipo shunt è il più usato comunemente, dal momento che rende quasi nulla la possibilità di formazione di segnali spuri sui segnali provenienti dal generatore di note.