Drehorgelmusik vom Feinsten

Prozessorsteuerung - elektronische Steuerung

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf meine 38er Hofbauer Drehorgel, Baujahr 1992. Diese Steuerung ist im Vergleich zu heute technisch schon lange überholt, sie entspricht dem Stand der Technik von 1990. Sie funktioniert nach wie vor zuverlässig, ohne Fehl und Tadel!

Grundsätzlich muss man wissen, dass Prozessor- / Computergesteuerte oder elektronisch gesteuerte Drehorgeln von dem konzeptionellen Aufbau einer Drehorgel - seien es Walzenorgeln oder Lochbandorgeln - nicht abweichen!
Kurbel, Blasbalg, Windlade, Ventile, Pfeifen und Datenträger sind wie bei allen Drehorgeln üblich, vorhanden! Die gesamte erzeugte Luft steht hauptsächlich der Tonerzeugung und eventuellen Rhythmus Instrumenten zur Verfügung.

Wichtig zu wissen ist die Tatsache, dass in den elektronisch gesteuerten Drehorgeln die Tonerzeugung physikalisch genau gleich erfolgt wie in den Walzen-, Lochband- oder Kirchenorgeln!

Von Lautsprecher- oder elektronisch erzeugter Musik kann überhaupt keine Rede sein! Eine solche Aussage ist in der Sache absolut falsch und in keiner Weise haltbar!

Genauso falsch und unhaltbar ist die Aussage, dass eine elektronisch gesteuerte Drehorgel eine elektrische bzw. elektronische Orgel sei!
Eine elektronische Orgel ist stumm, sie benötigt immer zur Umwandlung der Signale - Schwingungen - einen Lautsprecher. Ein Lautsprecher ist ein Signalwandler der "stumme" elektrische Schwingungen in hörbare Schwingungen umwandelt. Ohne Lautsprecher ist eine elektronische Orgel stumm, sie ist unhörbar.

Was ist überhaupt anders?
Baut man aus einer Drehorgel die Walzen- oder Lochbandsteuerung aus, stellt man fest, dass diese Steuerungen relativ viel Platz und Raum einnehmen. Die Steuerung einer elektronisch gesteuerten Drehorgel, ohne Akku und Ventiltreiberstufe, ist im Vergleich mit der Walzen- oder der Lochbandsteuerung, eher klein.
Die Grundfläche der Steuerung entspricht ungefähr der einer Schreibmaschinenseite und weist mit eingesetzten Datenspeicherboxen eine Höhe von ca. 20 cm auf. In diesem Raum ist das gesamte Steuersystem eingebaut. Das Steuersystem ist auf einem Grundträger - einer Platine oder gedruckten Schaltung - aufgebaut. Auf dieser Platine, von der Fläche einer Schreibmaschinenseite ist die gesamte Steuerelektronik mit den 8 auswechselbaren Datenspeicherboxen den so genannten Microboxen auf- bzw. eingebaut.

Das Blockbild zeigt den prinzipiellen Aufbau der Steuerung

Die einzelnen Baugruppen und Elemente können für sich alleine nicht sinnvoll arbeiten. Im System bzw. Verbund und mit den entsprechenden Befehlen - Programm - verwaltet "managt" die CPU - Central Processing Unit - den gesamten Ablauf. Die CPU ist in der Lage, logische und mathematische Verknüpfungen, sowie Vergleiche mit einer unvorstellbaren Geschwindigkeit von einigen 1/1000000 sec. selbst auszuführen oder herzustellen. Heute sind sehr viel schnellere CPU auf dem Markt. Die Kommunikation erfolgt über Adress- und Datenleitungen "Bus" gemäss dem fest eingegebenen Steuerprogramm. Zusätzlich benötigt das Micro Computersystem noch einen Musikdatenträger. Das System kann mit maximal 8 Musikdatenträgerboxen - Microboxen, welche beliebig austauschbar sind - bestückt werden. Jede Box ist intern mit bis zu 7 Datenspeicherschaltungen, so genannten EPROM - Erasable Programmable Read Only Memory, (lösch- und wieder programmierbare Speicher "Gedächtnis") bestückt. Mit einer maximalen Boxenbestückung können so 120 Musiktitel im System - in der Drehorgel -gespeichert, beliebig adressiert, abgerufen und wiederholt werden! Die Spieldauer pro Box beträgt ca. 40 Minuten für bis zu 30 Titel. Somit kann bei einem voll bestückten System für ca. 5 ½ Stunden Musik zur Verfügung stehen, ohne dass ein Titel wiederholt werden müsste!

Wenn ich Ihnen jetzt sage, dass diese gewaltige Datenmenge von 120 Titeln in 8 Boxen mit je 7 EPROM abgespeichert ist, werden Sie sicher staunen. Damit Sie aber noch mehr staunen können, sage ich Ihnen die dazu benötigte Speicherfläche. Jedes EPROM besitzt einen Silizium Halbleiterchip von 4x4 mm Kantenlänge = 16 mm2 Fläche. Also, 8 Boxen mit je 7 EPROM ergeben eine Gesamtchipfläche von 896 mm2, oder würden einem einzelnen Chip mit einer Kantenlänge von 30x30 mm entsprechen. Oder noch anders gesagt, diese enorme Datenmenge würde auf der Fläche von 3 Einfrankenstücken Platz finden!!!! Eine macro Menge (gross) von Daten, auf einem micro Platz (klein), in 8 Boxen abgespeichert. Der Name Micro Box, kommt er wohl daher? Logisch wäre es, denn in der Computerbranche spricht man ja von Microcomputern.

Ein Vergleich
Beim Lochband weisen die Stanzlöcher einen Durchmesser von ca. 2 mm auf. Sie wissen ja, ein Loch bedeutet ein Ton. Die Fläche eines Stanzloches beträgt 3.14 mm2. Mit nur 285 Stanzlöchern, also 285 kurzen Tönen, bedeckt man schon eine Fläche von 896 mm2 !! Ein enormer Fortschritt bezüglich der Speicherkapazität des elektronischen Datenspeichers im Vergleich mit dem Lochband, und mit der Walze.

Diese elektronische Steuerung ist einem Micro Computersystem gleichzusetzen. Solche Systeme arbeiten Verschleiss frei, lassen sich beliebig programmieren und ausbauen. Sie können mit gleichwertigen Steuerungen kombiniert werden. In der Computerbranche spricht man dann von Master und Slave, oder wie beim Drehorgelorchester von Mutter und Tochter, wobei dann der Master den Slave bzw. die Mutter die Tochter steuert.
Die Steuerbefehle oder die Signale des Micro Computer Systems können nicht direkt den Magnetventilen zugeführt werden. Die Signale - Ventile öffnen / schliessen - werden vom System den so genannten Treiberstufen zugeführt. In diesen Treiberstufen werden die Signale verstärkt damit die dem Steuerbefehl entsprechenden Elektromagnete erregt werden können, d.h. sie ziehen an oder fallen ab. Durch diese Hubbewegung öffnen oder schliessen die Elektromagnete die ihnen zugeordneten Ventile damit letztlich die entsprechenden Pfeifen angeblasen werden. Diese Elektromagnete arbeiten mit einer typischen Ansprechzeit von 20 ms, einer 20/1000 sec pro Bewegung. Somit könnte ein Ventil theoretisch 25 Mal pro Sekunde geöffnet und geschlossen werden.
Technisch bergen diese Steuerungen viele Raffinessen. Mit Computer gesteuerten Drehorgeln ist es möglich, mehrere Instrumente, allerdings nur vom gleichen Steuerungstyp, absolut synchron zu spielen, wie z.B. die Drehorgelorchester. Dass Schlaginstrumente angesteuert werden ist nicht neu, das wurde schon früher mechanisch und pneumatisch verwirklicht.

Anmerkung
Mit der Entwicklung des Transistors wurde in der Miniaturisierung der elektronischen Komponenten eine Ära eingeleitet, welche heute und vermutlich auch in der Zukunft nicht abgeschlossen werden kann! In diese Ära gehört selbstverständlich auch die Miniaturisierung der Mechanik.
Durch die Kreativität des Menschen, dem Forscherdrang in Wissenschaft und Technik, gepaart mit dem hohen Können der Ingenieure, werden diese Entwicklungen genutzt. Wenn man bedenkt, dass Rechenmaschinen - Computer - anfangs der 60er Jahre ein "Bauvolumen" von einem Zimmer und mehr einnahmen und heute die gleiche oder sogar noch grössere Rechenleistung, zeitlich schneller durch einen Taschenrechner im Kreditkartenformat erbracht wird, kann man den gewaltigen Fortschritt nur erahnen. Er ist kaum vorstellbar!
In der industriellen Welt werden immer neue Wege beschritten und technische Revolutionen brachten und bringen Veränderungen. Die Hightech hat seit langer Zeit ihren Platz in unserem täglichen Leben. Sie ist nicht mehr wegzudenken oder aufzuhalten, sie ist für uns zu einer Selbstverständlichkeit, ja zu einer Normalität geworden.
Die Auseinandersetzung und Konfrontation mit diesen Entwicklungen und diesen Techniken nutzte Anfang der 80er Jahre die Firma Hofbauer. Damals gelang auch in der Halbleiterentwicklung und deren Fabrikation der grosse Durchbruch! Halbleiterelemente mit enorm hohen Integrationsdichten brachten die Möglichkeit, riesige Datenmengen - auf kleinstem Platz und Raum abzuspeichern.
Heute gibt es mehrere Hersteller welche Drehorgeln mit elektronischer Steuerung (Hofbauer, Pell) oder mit Kombinationsteuerungen von Lochband und Elektronik (Raffin, Delaika) anbieten.

Heute wird vom Hersteller eine Steuerung eingebaut, welche Datenträgerboxen mit 100 Titeln und mehr verarbeiten kann, die Titel alphanummerisch anzeigt, sich programmieren lässt und eine "Musikgruppenauswahl" - Märsche, Walzer etc. - ermöglicht.

Anmerkung 2008
Wenn wir die Speicherkapazitäten der Speichermedien von 1990er EPROM mit SD Cards von heute vergleichen sticht sofort die Baugrösse ins Auge. Der eigentliche Speicher liegt bei beiden Bauteilen in der Mitte des Körpers. Das EPROM benötigt viel Platz für die Anschlüsse was sich in den Abmessungen niederschlägt was aber nicht heisst, dass so die Speicherkapazität auch grösser ist. SD Cards von heute kennen Sie aus Digicams und Handys, sie sind weit verbreitet, klein und haben eine enorme Speicherkapazität.

Vergleich mit meiner Steuerung von 1990.
Dort sind in einer Box 7 EPROM eingebaut. Jedes EPROM hat eine Speicherkapazität von 1 MB, also 7 MB pro Box. Mit 8 eingebauten Boxen steht dann eine Speicherkapazität von 56 MB zur Verfügung - 120 Lieder. Eine SD Card mit einer Speicherkapazität von 1 GB - Standard in Digicams - bietet somit eine um 142 mal grössere Speicherkapazität gegenüber den in meiner Orgel verwendeten EPROMS. Ganz sicher könnte mit diesen SD Cards die Steuerung weiter miniaturisiert werden, könnten noch mehr Titel gespeichert werden, doch glaube ich, wird die Übersicht und die Handhabung kaum einfacher werden, alleine wenn ich an die Titelauslese und dann an deren Anwahl denke.