Opravy pian Jolana a Melodic

Klávesové nástroje MELODIC (tři oktávy) a JOLANA (pět oktáv)

Výrobce nástrojů: Hudební nástroje Hořovice (1967)

Výrobce elektronické části: Tesla Lanškroun, závod Blatná

Autor příspěvku: Ing. Miroslav Kovář

Celý příspěvek je zaměřen nejenom na základní rady a postupy při vrácení "života" již nefunkčnímu nástroji, ale také přijatelnou formou vysvětluje základní principy generování a zpracování tónů u těchto nástrojů. Příspěvek je určen zájemcům s průměrnými znalostmi elektronických obvodů.

NÁSTROJE MELODIC A JOLANA

Fyzikální princip generování tónů:

K lepšímu pochopení funkce slouží blokové schéma zapojení:

BLOKOVÉ SCHÉMA ZAPOJENÍ

Oba nástroje jsou vybaveny ocelovou deskou s přinýtovanými ocelovými jazýčky, které jsou po stisku klávesy páčkovým mechanismem rozechvěny a pokud se klávesa přidrží, jazýček postupně doznívá. Při okamžitém puštění klávesy chvění jazýčku (tón) zanikne. V blízkosti jazýčků jsou umístěny kovové plíšky ve tvaru komůrky (blok 2), které jsou součástí druhého laděného obvodu oscilátoru (1). Ocelová deska s jazýčky a kovové plíšky tvoří kapacitu, která se při chvění jazýčků mění a tím ovlivňuje amplitudu napětí na druhém laděném obvodu. Po demodulaci/detekci (4) a kmitočtové úpravě (6) je signál zesilován (7) a přiveden na výstup přes potenciometr (9) pro řízení výstupní úrovně. Nástroj MELODIC je ještě vybaven kmitočtovými korekcemi (hloubky - výšky) (8). Oba nástroje jsou osazeny téměř stejnou elektronickou částí pro zpracování signálu (kmitání jazýčků) a v elektronické části jsou použity elektronky. Oba nástroje jsou vybaveny volitelnou funkcí VIBRATO (3) pomocí oscilátoru subakustického kmitočtu, kterým se moduluje (5) amplituda výstupního signálu. Velikost i frekvenci VIBRATA je možno volit pomocí dvou vnitřních odporových trimrů na zadní stěně vestavěné elektronické části. U nástroje MELODIC je pro nastavení nutno odšroubovat zadní kryt, u nástroje JOLANA jsou v jeho zadní stěně otvory pro nastavení. Snímání chvění jazýčků lze přirovnat k principu činnosti vysokofrekvenčního kondenzátorového mikrofonu.

Ladění nástrojů je možné pouze mechanicky a to opatrným nanášením nebo ubíráním cínové pájky na konce jazýčků.

Detailní popis elektronické části klávesových nástrojů - schéma zapojení:

SCHÉMA ZAPOJENÍ ELEKTRONICKÉ ČÁSTI PO ÚPRAVÁCH

Zařízení je osazeno třemi elektronkami a to ECC83, ECH81 a EZ80. Elektronka ECC83 je dvojitá trioda, jedna její část tvoří LC oscilátor v běžném zapojení "s uzemněnou anodou", rezonanční obvod L1-C1 (v hliníkovém krytu) je zapojen mezi zem a mřížku elektronky, katoda je zapojena na odbočku cívky L1. Kmitočet oscilátoru je přibližně 1 MHz a dá se částečně přeladit pomocí šroubovacího jádra

ze spodní strany krytu LC obvodu. Výstupem oscilátoru je sinusovka, jejíž amplituda je daná pracovním bodem použité elektronky a je několik desítek voltů. V určité vzdálenosti od vinutí cívky oscilátoru je umístěno druhé vinutí, tvořící spolu s kapacitou jazýčků (u nástroje MELODIC ještě s další přídavnou kapacitou Cx) druhý laděný obvod, který má však s cívkou oscilátoru volnou vazbu. Tato volná vazba způsobuje fázový posun mezi amplitudou střídavého napětí oscilátoru a amplitudou tohoto volně vázaného obvodu (L2-Cx + kapacita jazýčků). Při změnách kapacity druhého laděného obvodu kmitáním jazýčků se mění i amplituda sinusového signálu druhého laděného obvodu (amplitudová modulace), zatímco amplituda oscilátoru zůstává stálá. Druhý laděný obvod se dá "doladit" pomocí šroubovacího jádra, přístupného z horní části hliníkového krytu. Běžnou amplitudovou detekcí/demodulací pomocí germaniové diody D1 se získá modulační obálka, což je tón kmitajícího jazýčku. Původní nosný kmitočet (1 MHz) je potlačen filtrem (C3 R2).

Druhá část elektronky ECC83 tvoří RC oscilátor subakustického kmitočtu pomocí tří fázovacích RC článků (C5-R4+R5, C6-R6, C7-R7), zapojených mezi anodu a mřížku triody. Subakustický kmitočet se používá při zapnutí funkce VIBRATO k amplitudové modulaci původního kmitočtu aktivovaného jazýčku . Podmínka vzniku oscilací u RC oscilátoru je fázová a amplitudová. Fázový posun napětí mezi mřížkou a anodou elektronky je 180°, proto je třeba pomocí minimálně tří RC článků vytvořit další fázový posun 180° a tím vytvořit kladnou zpětnou vazbu, potřebnou pro vznik oscilací. RC články jsou si svými hodnotami podobné, proto každý článek posouvá fázi přibližně o 60°. Při tomto fázovém posunu je útlum (zeslabení), každého článku asi 6 dB, tj. dvakrát. U tří RC článků, řazených za sebou, je to pak minimálně 18 dB (tj. osmkrát), v praxi více, protože vázané články nejsou impedančně přizpůsobené, vzájemně se ovlivňují a útlum se zvětšuje. Tento úbytek amplitudy (útlum) kompenzuje zesílení elektronky. Pokud je dostatečně velké, oscilátor se rozkmitá a na anodě elektronky se objeví téměř sinusový signál o amplitudě až několika desítek voltů (dáno pracovním bodem elektronky) a o kmitočtu několika hertzů (Hz). V obvodu elektronky jsou zapojeny dva odporové trimry, jeden slouží k regulaci kmitočtu vibrata (R5), druhý (R11) k regulaci jeho amplitudy, která se přivádí dále na směšovací elektronku. Pomocí vypínače "VIBRATO" na předním panelu nástroje se výstup trimru R11 spojí se "zemí" a modulace je vypnuta.

Elektronka ECH81 se skládá opět ze dvou systémů a to směšovací heptody a triody. Běžná elektronka (trioda, tetroda, pentoda) má jednu řídicí mřížku a to první (nejblíže katodě). Heptoda má ještě další řídicí mřížku, v pořadí třetí, která se využívá taktéž k řízení anodového proudu. Přivádíme-li signál současně na první mřížku a jiný signál na třetí mřížku heptody, objevují se na anodě zesílené nejenom původní signály, ale i modulační složky obou signálů (jejich součet a jejich rozdíl). V zapojení se na první mřížku přivádí detekovaný (demodulovaný) signál z kmitajících jazýčků (přes kondenzátor C11) a na třetí mřížku (při rozpojeném spínači VIBRATO) subakustický kmitočet několika hertzů (z výstupu trimru R11). Výsledný vjem je pak skutečné VIBRATO. Další zesílení obstará druhý systém elektronky - trioda. Signál z anody heptody postupuje na mřížku triody přes kondenzátor C14 a zároveň je sem zaveden i zpětnovazební signál z její anody (C15, R16). Hodnoty vazebního kondenzátoru C14 a ostatních rezistorů (odporů), především R17, jsou voleny tak, že spolu tvoří značnou kmitočtovou korekci pro potlačení hlubokých (basových) tónů. Je třeba si uvědomit, že basové jazýčky kmitají z fyzikálního principu s daleko větším rozkmitem, než jazýčky vyšších tónů a tento rozdíl v amplitudě by byl v reprodukci nepřirozený. Oprava: hodnota kondenzátoru C14 2n2 platí pro Jolanu, pro Melodic je tato hodnota 10n. Z anody triody postupuje už zesílený a kmitočtově korigovaný signál přes omezovací odpor R19 na výstupní regulační potenciometr (uveden pouze na blokovém schématu) (JOLANA) nebo nejdříve přes běžně zapojené pasivní korektory (hloubky - výšky) s normálním útlumem 20 dB (zeslabení 10x), jsou-li potenciometry vytočeny zhruba do středu jejich drah, a teprve pak na výstupní regulační potenciometr (MELODIC).

KMITOČTOVÉ KOREKCE

SÍŤOVÁ ČÁST

Napájení celé elektroniky obstarává síťový transformátor se sekundárním vinutím s napětím 6,3 V pro žhavení všech elektronek a dalšími dvěma sekundárními vinutími pro získání požadovaného anodového napětí. Dvoucestné usměrnění zajišťuje elektronka EZ80 v běžném zapojení. Na její katodu je připojen filtrační kondenzátor C21. Další zmenšení zbytkového střídavého zvlnění zajišťuje seriový rezistor (odpor) R25 a další elektrolytický kondenzátor C20. Celý transformátor je proti zkratu a přetížení chráněn předřazenou tavnou pojistkou Po1.

Repase a oživení celého nástroje:

Závada na klávesovém nástroji bývá ve většině případů v elektronické části, smí nástroj otevřít a opravovat pouze technik s příslušnou elektrotechnickou znalostí (Vyhláška č. 50/1978 Sb.).

VYJMUTÁ ČÁST CELÉ ELEKTRONIKY

Klávesový nástroj otevřeme a zkontrolujeme správnou funkci mechaniky kláves a kmitání jednotlivých jazýčků. Dále doporučuji elektronickou část nástroje zcela vymontovat z nástroje ven.

VYJMUTÁ ČÁST ELEKTRONIKY NA TEXTITOVÉ DESTIČCE (POHLED SHORA)

VYJMUTÁ ČÁST ELEKTRONIKY NA TEXTITOVÉ DESTIČCE (POHLED ZESPODU)

Předem je nutné, označit si jednotlivé vodiče, kam jsou připojené. Po jejím otevření a vyšroubování nosné textitové destičky ven, vyměňte všechny použité svitkové kondenzátory řady TC 170 (papírové) a TC 180 (metalizovaný papír) za svitkové kondenzátory novější konstrukce, nejlépe s radiálními vývody na napětí 250 V, kromě C10, který postačí na 63 V (viz foto). Kondenzátory uvedených starších řad totiž časem buď získaly příliš velký svod, případně změnily natolik kapacitu, že jsou nepoužitelné a nástroj z těchto důvodů vůbec nehraje. Ponecháme pouze svitkové kondenzátory řady TC 280 (polystyrénové) (C1) v oscilátoru, vazební v mřížce triody (C2) a filtrační (C3) za detekční diodou. Pozn.: v některých nástrojích mohou být zapojeny dva kondenzátory paralelně. Pokud máme oživit nástroj, který nebyl dlouhou dobu připojen k síti, zkontrolujeme nejdříve, zda je v pouzdru správná hodnota tavné pojistky. Výrobce uvádí hodnotu 0,1 A, což odpovídá dnešnímu označení T100L250, doporučuji pro malou spotřebu nástroje raději používat hodnotu T63L250 (zpožděná, 63 mA). První zapnutí doporučuji provést přes běžnou žárovku 230 V, 25 W, případně i 40 W. Pokud se po zapnutí žárovka pouze "nažhaví", můžeme ji odstranit a nástroj připojit k síti přímo. Pokud se žárovka rozsvítí ihned po zapnutí větším jasem, je zkrat v síťovém transformátorku, pokud až po nažhavení elektronek, pak je pravděpodobně zkrat v prvním kondenzátoru (C21) síťového filtru, který je připojen na katodu EZ80. V tomto případě kondenzátor odpojíme a pokus zapnutí opakujeme. Pokud je kondenzátor vadný, vyměníme ho za jiný podle dalších pokynů, pokud má pouze malou kapacitu, připojíme k němu další kondenzátor 10 μF až 22 μF pro napětí 250 V (viz foto).

MOŽNÝ ZPŮSOB VESTAVĚNÍ PŘÍDAVNÝCH FILTRAČNÍCH KONDENZÁTORŮ

Pokus "zapnutí" opakujeme, po nažhavení všech elektronek změříme stejnosměrné napětí na prvním filtračním kondenzátoru (C21) anodového napětí. Správná hodnota má být asi 160 - 165 V. Pokud nemáme měřicí přístroj pro měření střídavého napětí přes vestavěný oddělovací kondenzátor (např. DU10, Avomet II), zařadíme do série s měřidlem kvalitní svitkový kondenzátor asi 100 nF/250 V a na střídavém rozsahu změříme velikost zvlnění na prvním filtračním kondenzátoru (C21). Toto napětí nemá být větší než 1 V. (Novější digitální multimetry mají většinou pro měření střídavé složky oddělovací kondenzátor již vestavěn, takže měří zvlášť složku stejnosměrnou a zvlášť složku střídavou.) Na druhém filtračním kondenzátoru (C20) má být stejnosměrné napětí asi 150 V, střídavá složka má být neměřitelně malá. Kdo je vybaven osciloskopem, může tyto hodnoty měřit pomocí osciloskopu. Pokud je střídavá složka větší, vyměníme oba elektrolytické kondenzátory nebo k nim paralelně připojíme další elektrolytické kondenzátory s radiálními vývody s hodnotou 22μF/250V. Pokud ponecháme špatnou filtraci anodového napětí, objeví se ve výstupním signálu brum 100 Hz (dvoucestné usměrnění síťového napětí/kmitočtu). V některých případech může být vhodné vyměnit i oba elektrolytické kondenzátory 50 μF (C8, C13) v katodových přívodech druhého systému ECC83 a ECH81. Vzhledem k ceně kondenzátorů tuto výměnu preventivně doporučuji.

Konstruktér elektronické části udělal při návrhu zapojení některé chyby, které se projeví hlavně při stárnutí elektronek. Chybou je především to, že pracovní bod heptody je nevhodně nastaven, takže elektronka větší signály basových kláves zkresluje, pracovní bod není stabilizován a přes společnou katodu ovlivňuje i pracovní bod triody (ECH81). Původně byl u obou nástrojů odpor R12 zapojen na společnou katodu heptody a triody (ECH81) - jakoby se na schématu odpor v bodu A odpojil a připojil do bodu B. Provedeme proto následující úpravy: Do společné katody obou systémů zapojíme místo původního rezistoru 470 Ω nový (R15) s hodnotou 1 kΩ. Původní společný rezistor 1 MΩ ve druhé a čtvrté mřížce heptody nahradíme hodnotou (R13) 470 kΩ. Rezistor (R12) 2,2 MΩ zapojený původně mezi první mřížku heptody a společnou katodu přepojíme mezi mřížku a zem. U druhého systému ECC83, který je používán pro VIBRATO, nahradíme původní rezistor 100 kΩ zapojený mezi mřížku a zem, hodnotou (R7) 150 kΩ (v případě, že se oscilátor velmi nízkého kmitočtu sám nerozkmitá, zvýšíme jeho hodnotu až na 180 kΩ).

Správnou funkci elektronek můžeme určit měřením jejich provozních napětí. Pokud tato provozní napětí nenaměříme, musíme elektronky nahradit novými. Všechny typy elektronek lze pořídit ještě na aukci, typy ECC83 a EZ80 lze zakoupit i v prodejnách GES electronic. Měřená napětí jsou: Na anodě triody oscilátoru 70 - 100 V, na anodě triody VIBRATO 50 - 100 V, na anodě heptody 30 - 80 V, na její druhé a čtvrté mřížce 20 - 40 V, na anodě triody ECH81 30 - 80 V.

Přistoupíme ke kontrole funkce základního oscilátoru. Prvně opatrně sundáme hliníkový kryt laděných okruhů a zkontrolujeme, zda s nimi někdo nemanipuloval. Správné vzdálenosti středů vinutí od patky kostřičky jsou u spodní cívky 13 mm a u horní 30 mm. Paralelně ke spodní cívce L1 je zapojen svitkový kondenzátor C1 160 pF. Opatrně protočíme obě dolaďovací jádra. U obou nástrojů, které jsem "oživoval", nebyla jádra zakápnuta voskem. Pokud jsou zakápnuta, nebudeme spodní jádro raději uvolňovat, horní jádro uvolníme nahřátím horní části kostřičky fénem. Pozor, používejte správnou velikost šroubováku, abyste drážku jádra nezničili. Jádro je poměrně měkké. Pokud jsou jádra volná, je nejlépe je pro další manipulaci fixovat proti samovolnému otáčení pomocí vložené tenké gumičky mezi závity jádra a závity kostřičky (jedna gumička vytažená z ploché našívací "gumy"). Horní jádro musíme pro správné nastavení elektroniky uvolnit. Nasadíme hliníkový kryt na kostřičku a pro další oživování kryt spojíme pomocným drátem se zemí. Zapneme elektronickou část nástroje a zkontrolujeme činnost oscilátoru. Kdo má osciloskop, připojí jeho sondu na katodu triody, kde naměří sinusové napětí až několik desítek voltů. Kmitočet není podstatný, ale je asi 1 MHz, lze ho upravit spodním jádrem. Někdy to může být nutností, pokud nám nebude stačit horní jádro pro správné "nastavení". Kdo nemá osciloskop, může měřit činnost oscilátoru za detekční diodou D1 (1NN41). Tam by mělo být stejnosměrné napětí několik voltů. Germaniová dioda bývá většinou dobrá, pokud by byla vadná, doporučuji ji nahradit diodou 1N60, která je běžně k sehnání. Křemíkové diody nejsou pro amplitudovou detekci malých signálů vhodné.

U nástroje MELODIC jsou vestavěny kmitočtové korekce. Protože jsem měl k dispozici pouze jeden nástroj, do kterého byl učiněn neodborný zásah včetně korekcí, nevím, jak byly původně zapojené, proto uvádím jejich správné zapojení třeba citací z knihy Korektory (B. Kovařík, C. Smetana, SNTL 1965). Oba použité potenciometry R21, R24 jsou logaritmické s hodnotou 1 MΩ. Začátky potenciometrů se zapojí blíže zemnímu potenciálu. Natočením hřídelky potenciometrů něco málo před jejich poloviční otáčku mají korekce rovný kmitočtový průběh. Opět doporučuji použít pro korekce hloubek i výšek nové svitkové kondenzátory (C16 až C19).

Finální seřízení elektroniky nástroje:

Textitovou destičku se součástkami vložíme a zašroubujeme do plechového šasi, k hliníkovému krytu kostřičky oscilátoru vložíme uzemňovací pružný plíšek, ke svorce "X" připojíme delším, ale nestíněným vodičem společnou sběrnici plíšků pod jazýčky a ocelovou desku s jazýčky spojíme se svorkou "zem". U nástroje MELODIC ještě připojíme mezi svorku X a zem kondenzátor (Cx) 33 pF (někdy to může být i 47 pF, pokud nelze provést doladění podle následujícího postupu). Svorku VIBRATO spojíme se svorkou "zem". Výstupní svorku připojíme k osciloskopu nebo přímo k externímu zesilovači. Pokud máme dvoukanálový osciloskop, připojíme jeho sondy (použijeme sondy 10:1, mají velmi malou vstupní kapacitu a nebudou tolik ovlivňovat nastavení) ke katodě triody oscilátoru a ke svorce X, ze které jde pomocný vodič ke sběrnici pod jazýčky. Protáčením horního jádra laděného obvodu L2-Cx se pokusíme vytvořit rozlišitelný fázový posun zobrazení jedné a druhé sinusovky. Stisknutím libovolné klávesy se na výstupu objeví tón, jehož velikost (bohužel i zkreslení) můžeme měnit fázovým posunem mezi sinusovkou oscilátoru L1-C1 a sinusovkou volně vázaného laděného obvodu L2-Cx (otáčením jeho jádra). Kdo nemá osciloskop, může se orientovat měřením velikosti stejnosměrného napětí za detekční diodou D1 a velikostí i zkreslením signálu, který jde do zesilovače. Musí najít určitý kompromis.

Po odstranění zkratu (spojení V-zem) pro VIBRATO, lze jeho amplitudu nastavit trimrem R11 (blíže ECH81) a jeho kmitočet trimrem R5 (blíže ECC83). Provedeme akustickou zkoušku.

Pokud jsme byli úspěšní, můžeme k šasi elektroniky přišroubovat spodní krycí plech a celou elektroniku vestavět do nástroje, připojit vodiče podle označení a provést konečnou kontrolu.

Všem elektronikům, kteří se pokusí některý z nástrojů oživit podle tohoto návodu, přeji úspěch a závěrem radost z pěkného zvuku.