Technical Description

A computer controlled acoustic organ with complete wind control and individual pipe-adressability. The Dutch article describes the prehistory of the project as well as how we are realizing it technically. The concept was to build an organ that would be completely modular, such that the different registers could be freely placed throughout the concert space, surrounding the audience for example. Since the concept is modular, the project could be realized through different phases spread over a period of about twenty years. We started in 1996 and by December 2007 we had already ten modules up and working. Bourdonola is one of the many organ modules that make up the 'Gorgola' project. Together with many other robot instruments, it constitutes the <M&M> robot orchestra.

The <Bourdonola> module and register makes use of 27 open wood pipes in the low register (midi notes 36 to 62). Thus, other than its name suggests, it is not a real bourdon register since bourdons are always closed pipes. Hence its name refers rather to the musical function the module fulfills in the orchestra. The tuning is chromatic and in equal temperament. Harmonic brakes (Gavioli, 1876) were added to to lowest pipes in 2007 to improve the fundamental in the speech of the pipes and to give them a more string-like sound. All tuning slides, blocks, ears on the pipework etc. are mounted with brass screws. Diapason is kept at 440Hz at nominal air pressure of 105mm H20. The windpressure can be controlled over a very wide range. For the electronic control, a PIC controller was used, such that the module can accept midi input directly. The wind control is mapped on midi controller 1. A programmable 3-phase motor controller (Hitachi) was used to steer the Laukhuff compressor in this module. Circuit details are given in the Dutch text below. Technical details (in English) can be found at the very end of this page.

Collaborators on building <Bourdonola>:

• Marc Maes (pipe works)
• Kristof Lauwers (GMT-coding)
• Johannes Taelman (PIC board & coding, 2005)

Note range:

Sizes:

• depth: 600mm
• height: 3200mm
• length: 1600mm
• weight: ca.240 kg

Module 4: 'Bourdonola'

Voor de restauratie van dit register, de oortjes (of baarden) links en rechts van het labium, hadden veel te lijden gehad, en er moest nogal wat aan het pijpwerk geintoneerd worden, deden we in de beginfaze beroep op orgelbouwer in opleiding Marc Maes. Enkele pijpen werden ook geheel nieuw gebouwd, gebruik makend van oud hout van andere orgelonderdelen en oud pijpwerk. . Het register bestaat slechts uit 27 open pijpen, midi noten 36 tot 62 en kan gebruikt worden als bas of pedaal. Het oorspronkelijke orgel, wellicht gebouwd door Oscar Van Peteghem, had meer pijpen in dit register (het ging tot lage Fa), maar de grootste pijpen ervan waren in een dermate wormstekige staat, dat we ze zelfs niet konden restaureren. De grootste pijpen in dit register hebben reeds een hoogte van niet minder dan 2m95, waardoor hun gebruik in een werkelijke mobiele module aan de problematische kant leek. Vrachtwagens met een dergelijke hoogte in de laadruimte zijn eerder zeldzaam. Om aan dit euvel tegemoet te komen monteerden we de pijpen in een gelast stalen rek met een eenvoudige bevestiging, zodat voor transporten, de langste pijpen makkelijk uit de windlade kunnen worden verwijderd. De hele windlade werd voorzien van twee grote wielen en twee zwenkwielen, zodat verplaatsen eenvoudig mogelijk is.

Met opzet hebben we de pijpen niet op zo'n wijze gemoderniseerd en gerestaureerd dat het oorspronkelijke werk en de ingrepen en toevoegingen onzichtbaar zouden zijn. Wel integendeel hebben we het kontrast tussen historisch materiaal en veranderingen goed tot uiting laten komen. Zo werd waar aanwezig de oorspronkelijke verflaag samengesteld uit een soort menie, behouden zonder de nieuwe delen in dezelfde kleur te schilderen. Het nieuwe houtwerk werd uitsluitend voorzien van een dunne laag celulose-vernis.

De windlade werd ontworpen en gebouwd door Marc Maes in de ateliers van Stichting Logos. Daarbij werd vooral een kompakte opbouw nagestreefd. De windlade zelf meet slechts 1500mm x 420mm. De ventielen betrokken we bij de firma Laukhuff in Weikersheim. Deze elektrische ventielen werden binnenin de windlade gemonteerd. Voor de besturing werd aanvankelijk beroep gedaan op een Pavo module zoals oorspronkelijk ook gebruikt in de oerversie van <Piperola>. In plaats van darlington transistoren werden hier echter power mosfets (IRL640) gebruikt die rechtstreeks vanuit logische schakelingen kunnen worden aangestuurd. De stuurschakelingen zijn hier dezelfde die we ook ontwierpen en gebruikten bij de bouw van onze player piano. In 2005 werd de bersturingselektronika gemoderniseerd door gebruikmaking van een enkele PIC controller, zowel voor de ventielen als voor de motorbesturing. Ook de winddruk kan via komputerkommandos geregeld worden. Daartoe ontwierpen we een schakeling die vanuit 230V driefazen stroom genereert met een veranderlijke frekwentie. Hoewel uit onze experimenten bleek dat individuele velocity sturing van de pijpen goed mogelijk was -al moet gezegd dat 7-bit sturing absoluut overkill bleek en dat met 4 bits alle wenselijke aanzet variaties reeds makkelijk konden worden bereikt- hebben we daar in de uiteindelijke realisatie toch van af gezien. Aanzetvariaties kunnen nu globaal worden bereikt via sturing van de luchtdruk, door regeling van de frekwentie van de motorstroom. Aangezien we niet van een extra drukstabilisator gebruik maken (de blazer is zwaar overgedimensioneerd, zodat de 'kondensator' funktie ervan overbodig was) is het instrument behoorlijk responsief op verandering van luchtdruk. Alleen de inherente traagheid van de motor en de ventilatorschoepen zorgen voor wat vertraging. De sturing voor de winddruk was oorspronkelijk gemapt op midi-noten in het bereik 24 tot 31, waarbij elke 'noot' een enkel bit set'te. Een uiterst simpele en aan het opzet van de Laukhuff 3-fazemotorregeling aangepaste DAC bouwden we aanvankelijk op alsvolgt:

Deze schakeling kon op het bestaande board voor het laagste oktaaf worden gemonteerd in plaats van de normale Weidmueller konnektors voor de ventielen. In de vernieuwde versie gebouwd in 2005 evenwel , kon deze schakeling worden vervangen, immers de gebruikte PIC controller heeft een hardware PWM aan boord zodat de stuurspanning voor de motorkontroler (0 tot 10V DC) rechtstreeks kon worden opgewekt. Een bijkomend voordeel was, dat nu niet langer van een mapping op een noten-gebied gebruik diende te worden gemaakt, en dat we rechtstreeks midi kontroller nr.1 (wind controller) konden implementeren. Opzettelijk werd hier voor kontroller 1 gekozen, omdat binnen de kontekst van het M&M orkest, <Bourdonola> als een geheel wordt gebruikt in samenwerking met <piperola> (die de hogere registers dekt), en waarbij kontroller 7 voor de winddruk werd voorzien. <Piperola> en <Bourdonola> gebruiken immers een gemeenschappelijk midi-kanaal. De motor kan -eveneens via een midi controller, meer bepaald nr. 66, aan en uit worden geschakeld. De bestaande waarde voor de motorsnelheid (de en daarmee proportionele winddruk) blijft daarbij behouden. De nieuwste schakeling voor de PIC controller versie uit 2005 ziet eruit alsvolgt:

Naast de voeding, die klassiek en analoog werd opgebouwd, en de Hitachi motorcontroller, beslaan de schakelingen twee printen: de midi-input en PIC controller print en de quad-latch print. De onderlinge bedrading kwam eruit te zien alsvolgt:

De kompressor voor de windvoorziening (een Laukhuff Ventus met 105 mm H20 of 1050 Pascal druk en een debiet van 5 m3 / min, motor vermogen 0.25 HP bij 50Hz voedingsfrekwentie) werd als een afzonderlijke aanzetmodule gebouwd, ten gerieve van de transporteerbaarheid. Dit aspekt maakt natuurlijk dat voor deze automaat iets meer montage en opbouwtijd noodzakelijk kan zijn dan voor de andere automaten in deze reeks het geval is.

Midi Implementatie:

• Note On/OFF commands: notes 36 to 62, velocity is disregarded.
• 
• Notes 32-35: auxiliary switches (used for the lights). Mapping: 32= orange light between pipes from left side, 33= light between pipes, right side, 34 = white light front row pipes, 35= LED light on circuitry.
• Controller nr. 1: 0-127 motor speed (wind pressure) . The 'normal' or default value should be set at value 92 for a 50Hz motor frequency.
• Controller nr. 66: motor on (1-127) or off (0)
• The default midi channel for Bourdonola is 2 (or 3, if counting 1-16). The default midi port in the M&M orchestra is port 2 (counting 1-8).

Stroomvoorziening & aansturing:

• 230V - monofaze, 4A (de differentieelautomaat moet een gevoeligheid hebben groter dan 100mA, vanwege de inherent grote lekstroom ten gevolge van de interne omzetting naar 3-fazen stroom. Zoniet moet ofwel een scheidingsstranfo worden toegepast, ofwel mag bourdonola in het geheel niet worden geaard).
• Motor: 0.25 HP, 1A/3x230V, 2850 rpm bij 50Hz. Nominale winddruk: 105mm H20. Winddruk regelbaar van 0 tot 125mm H20
• midi, channel 3, zoals <piperola>, noten 36-62. (Noten 24-31 werden vroeger gebruikt voor winddrukregeling, sedert 2005 geschiedt dit echter via midi controller nr. 1) Wanneer het kanaal op 3 wordt ingesteld is er een overlapping van de noten 60,61 en 62 tussen beide automaten. Aangezien <Piperola> voor deze noten erg zacht klinkt, zal Bourdonala hier overstemmen. In de nieuwe versie uit 2005 is het kanaal niet langer instelbaar, maar vast ingesteld op 3.(tellend van 1 tot 16)
• Er zijn 2 gebufferde midi thru uitgangen beschikbaar op deze schakeling.

Afmetingen:

• diepte: 600mm
• hoogte: 3200mm
• lengte: 1600mm
• gewicht: ca.240 kg

[bourdonola, version1.0]

Collaborators on building <Bourdonola>:

• Marc Maes (pipe works)
• Kristof Lauwers (GMT-coding)
• Johannes Taelman (PIC board & coding, 2005)

Specifieke komposities voor Bourdonola:

Moniek Darge "After Morning Phill", gekreerd op 13.03.2003, M&M koncert, Logos Tetraeder, Gent.(verschenen op LPD012)

Godfried-Willem Raes "GeroPiBo", gestrobo study, voor een naakte danser(es) en het onzichtbaar muziekinstrument. (2002)

Windcontroller versus motorfrekwentie en muzikale output tabel:

(Terug) naar logos-projekten: projects.html

Terug naar Logos' index-pagina :index.html

Naar Godfried-Willem Raes personal homepage...

Naar katalogus instrumenten gebouwd door Godfried-Willem Raes

Last update: 2007-11-13 by Godfried-Willem Raes

Technical notes and construction log:

• 1998: pipe restauration works. Start construction of the windchest.
• picture of the new tuning slides:
• 2002: Bourdonola version 1.0 finished and fully operational.
• 02.01.2005: New PIC controller board designed and soldered.
• 04.01.2005: old Pavo control circuitry dismantled. New stainless steel chassis welded for replacement. Old 14/16V power supply reused. Hitachi motor controller installed. Corcom mains filter installed.
• 05.01.2005: wiring finalized. First electric test, without PIC.
• 06.01.2005: GMT coding adapted to new hardware and midi implementation. Documentation and service details written out.
• 07.01.2005: lights added. Problem with Harley Davidson orange lights (21W/12V bulbs): they have a ground connection and thus cause a short in our circuit... Either changing the lamp fitting or else insulated mounting is required.
• 08.01.2005: Voltage range for the PWM circuit on the PIC board with the Hitachi motor controller is 0-6.8V, hence we have to reprogram the motor controller to cover a range from 0-75Hz minimum.
• 09.01.2005: Test under GMT. Metingen midi windkontroler versus motorfrekwentie opgenomen.
• 07.02.2005: PWM schakeling rond de PIC gewijzigd: nu met Schottky diode 1N5819 en 200 microfarad buffer. Samen met de ingangsimpedantie van de kontroller (30k) geeft dit een RC tijd van 6 sekonden. De PIC kode moet nu wel gewijzigd worden om rekening te houden met deze nieuwe scaling.
• 07.03.2005: PIC code adapted to new circuitry.
• 09.07.2005: Motor controller reprogrammed with slower (30") decelleration timing.
• 14.07.2007: Bourdonola mee op verplaatsing naar Spiegeltent voor de M&M maraton. Een pijpvoet raakte beschadigd tijdens transport.
• 16.07.2007: Nazicht pijpwerk en intonatie.
• 17.07.2007: Harmonic bridges (cfr. Gavioli, 1876) aangebracht op alle pijpen van 37 tot en met 54. Dit geeft een veel beter uitgesproken grondtonigheid hoewel de klankleur nu iets strijkers-achtigs verkrijgt. Als materiaal gebruikten we 2mm dikke platte roodkoperen strips, breedte 20mm, afgezaagd gelijk met de breedte van de pijp aan de kant van het labium. Stemming uitgevoerd bij 105mm H20 winddruk bij 23° Celsius, wat meer in overeenstemming is met de praktische gebruiksomstandigheden van het instrument in het M&M orkest. Pijp 37 moet eens grondig nagezien worden. We krijgen die noot niet echt goed op toon. 36 is perfekt, ook zonder harmonic bridge.
• 

Specifications of components:

Motor Controller: Hitachi L100-004NFE. Max. motor power: 0.4kW (0.5 HP). Input: 200-240Vac, 5.8A

Output: 1-360Hz - 200-240V 3-phase, 2.6A

Programming details:

(Refer to Hitachi - ESCO controller manual to understand the parameters)

• A01 = 01 (frequency motor proportional to applied voltage on analog input) (voltage als PWM bezorgd door de PIC)
• A02 = 01 stop/run command in function of signal input
• A03 = 50 (nominal motor frequency)
• A04 = 75 (maximum motor frequency)
• A11 = 10 (minimum motor frequency) [mimimum motor frekwentie ingesteld op 10Hz].
• A12 = 75 (maximum frequency bij Ui= 10V)
• A13 = 0 scaling factor for frequency
• A16 = 8 (tijdkonstante analoge ingang)
• A44 = 01 (stijgend koppel)
• A51 = 00 (gelijkstroomrem niet aktief)
• A54 = 20 (remstroom, percent)
• A76 = 01 (PID referentie is analoge ingang)
• A81 = 02 (regeling uitgangsspanning niet aktief tijdens vertraging)
• B01 = 02 sync op motor frekwentie bij heropstarten
• B82 = 10 (minimum frequency)
• B83 = 12 (in kHz, frekwentie van de PWM draaggolf) [bij lagere waarden maakt de motor extra lawaai]
• B84 = 01 (wis foutmeldingen)
• B85 = 01 (Europa)
• C01 = 00 (klem 1 = forward run) gestuurd door de PIC-controller

All mounting screws: brass, with round heads. Never replace with steel screws!