Физични процеси в органните тръби. Физични процеси в органните тръби

източник: « В света на науката » , № 3, 1983 г. Автори: Невил Х. Флетчър и Сузана Туейтс

Величественият звук на органа се създава благодарение на взаимодействието на строго фазово синхронизирана въздушна струя, преминаваща през прореза на тръбата, и въздушния стълб, резониращ в неговата кухина.

Никой музикален инструмент не може да се сравни с органа по сила, тембър, диапазон, тоналност и величие на звука. Подобно на много музикални инструменти, структурата на органа непрекъснато се подобрява чрез усилията на много поколения квалифицирани занаятчии, които бавно натрупват опит и знания. До края на XVII век. тялото придоби основно съвременната си форма. Двамата най-видни физици на 19в. Херман фон Хелмхолц и лорд Рейли излагат противоположни теории, обясняващи основния механизъм за образуване на звуци в органни тръби, но поради липсата на необходимите инструменти и инструменти, спорът им така и не беше разрешен. С появата на осцилоскопи и други съвременни инструменти стана възможно да се изследва подробно механизмът на действие на даден орган. Оказа се, че както теорията на Хелмхолц, така и теорията на Рейли са валидни за определени налягания, под които въздухът се нагнетява в тръбата на органа. По-нататък в статията ще бъдат представени резултатите от последните проучвания, които в много отношения не съвпадат с обяснението на механизма на действие на органа, дадено в учебниците.

Тръбите, издълбани от тръстика или други растения с кухи стъбла, вероятно са били първите духови инструменти. Те издават звуци, ако духате през отворения край на тръбата или духате в тръбата, вибрирайки с устните си, или, като прищипете края на тръбата, духате въздух, карайки стените му да вибрират. Развитието на тези три вида прости духови инструменти доведе до създаването на съвременните флейта, тромпет и кларинет, от които музикантът може да произвежда звуци в доста широк диапазон от честоти.

Успоредно с това са създадени такива инструменти, в които всяка тръба е предназначена да звучи на една конкретна нота. Най-простият от тези инструменти е флейтата (или "флейтата на Пан"), която обикновено има около 20 тръби с различна дължина, затворени в единия край и издаващи звуци, когато се духа в другия, отворен край. Най-големият и сложен инструмент от този тип е органът, съдържащ до 10 000 тръби, които органистът управлява с помощта на сложна система от механични предавки. Органът датира от дълбока древност. Глинени фигурки, изобразяващи музиканти, свирещи на инструмент, направен от много мехални тръби, са правени в Александрия още през 2 век пр.н.е. пр.н.е. До X век. органът започва да се използва в християнските църкви, а в Европа се появяват трактати, написани от монаси за структурата на органите. според легендата, голям орган, построен през X век. за катедралата Уинчестър в Англия, имаше 400 метални тръби, 26 духала и две клавиатури с 40 клавиша, където всеки клавиш контролираше десет тръби. През следващите векове устройството на органа се усъвършенства механично и музикално и вече през 1429 г. в катедралата на Амиен е построен орган с 2500 тръби. Германия към края на 17 век. органи вече са придобили съвременния си вид.

Органът, инсталиран през 1979 г. в концертната зала на Операта в Сидни в Австралия, е най-големият и технически най-напреднал орган в света. Проектиран и построен от Р. Шарп. Той има около 10 500 тръби, управлявани от механична трансмисия с пет подложки за ръце и един крак. Органът може да се управлява автоматично от магнитна лента, на която предварително е записано цифрово изпълнението на музиканта.

Термини, използвани за описание органни устройства, отразяват техния произход от тръбни духови инструменти, в които въздухът се вдухва от устата. Тръбите на органа са отворени отгоре, а отдолу имат стеснена конична форма. През сплесканата част, над конуса, минава “устието” на тръбата (срез). Вътре в тръбата се поставя „език“ (хоризонтално ребро), така че между него и долната „устна“ се образува „лабиален отвор“ (тясна междина). Въздухът се вкарва в тръбата от големи маншони и навлиза в нейната конусовидна основа под налягане от 500 до 1000 паскала (5 до 10 см воден стълб). Когато при натискане на съответния педал и клавиш въздухът навлезе в тръбата, той се втурва нагоре, образувайки при излизане лабиална фисураширок плосък поток. Въздушна струя преминава през слота на "устата" и, удряйки горната устна, взаимодейства с въздушния стълб в самата тръба; в резултат на това се създават стабилни вибрации, които карат тръбата да "говори". Сам по себе си въпросът как се случва този внезапен преход от тишина към звук при тръбата е много сложен и интересен, но не е разгледан в тази статия. Разговорът ще бъде основно за процесите, които осигуряват непрекъснатото звучене на органните тръби и създават характерната им тоналност.

Тръбата на органа се възбужда от въздух, който навлиза в долния й край и образува струя, докато преминава през пролуката между долната устна и езика. В участъка струята взаимодейства с въздушния стълб в тръбата близо до горната устна и преминава или вътре в тръбата, или извън нея. Създават се трептения в стационарно състояние във въздушния стълб, което кара тръбата да звучи. Налягането на въздуха, което варира според закона за стоящите вълни, е показано с цветно засенчване. В горния край на тръбата е монтирана подвижна втулка или тапа, която ви позволява леко да промените дължината на въздушната колона по време на настройката.

Може да изглежда, че задачата да се опише въздушна струя, която генерира и запазва звука на орган, принадлежи изцяло на теорията на потоците течност и газ. Оказа се обаче, че е много трудно теоретично да се разгледа движението дори на постоянен, плавен, ламинарен поток, тъй като за напълно турбулентна струя въздух, която се движи в органна тръба, нейният анализ е невероятно сложен. За щастие, турбуленцията, която е сложна форма на движение на въздуха, всъщност опростява природата на въздушния поток. Ако този поток беше ламинарен, тогава взаимодействието на въздушната струя с околната среда щеше да зависи от техния вискозитет. В нашия случай турбулентността замества вискозитета като определящ фактор на взаимодействие в пряка пропорция на ширината на въздушния поток. По време на конструкцията на органа се обръща специално внимание на това въздушните потоци в тръбите да са напълно турбулентни, което се постига с помощта на малки разрези по ръба на езика. Изненадващо, за разлика от ламинарния поток, турбулентният поток е стабилен и може да бъде възпроизведен.

Напълно турбулентният поток постепенно се смесва с околния въздух. Процесът на разширяване и забавяне е относително прост. Кривата, изобразяваща промяната на скоростта на потока в зависимост от разстоянието от централната равнина на неговото сечение, има формата на обърната парабола, чийто връх съответства на максималната стойност на скоростта. Ширината на потока се увеличава пропорционално на разстоянието от лабиалната фисура. Кинетичната енергия на потока остава непроменена, така че намаляването на скоростта му е пропорционално на корен квадратен от разстоянието от празнината. Тази зависимост се потвърждава както от изчисления, така и от експериментални резултати (като се вземе предвид малка преходна област близо до лабиалната междина).

Във вече възбудена и звучаща органна тръба въздушният поток навлиза от лабиалния процеп в интензивно звуково поле в процепа на тръбата. Движението на въздуха, свързано с генерирането на звуци, е насочено през процепа и следователно перпендикулярно на равнината на потока. Преди 50 години Б. Браун от колежа на Лондонския университет успя да снима ламинарен поток от димен въздух в звуковото поле. Изображенията показаха образуването на извити вълни, които се увеличават, докато се движат по течението, докато последният се разпадне на два реда вихрови пръстени, въртящи се в противоположни посоки. Опростеното тълкуване на тези и подобни наблюдения доведе до неправилно описание на физическите процеси в тръбите на органите, което може да се намери в много учебници.

По-плодотворен метод за изследване на действителното поведение на въздушна струя в звуково поле е да се експериментира с една тръба, в която звуковото поле се създава с помощта на високоговорител. В резултат на такова изследване, извършено от J. Coltman в лабораторията на Westinghouse Electric Corporation и група с мое участие в Университета на Нова Англия в Австралия, основите на съвременната теория за физическите процеси, протичащи в органните тръби бяха разработени. Всъщност дори Рейли дава задълбочено и почти пълно математическо описание на ламинарните потоци на невискозна среда. Тъй като беше установено, че турбулентността не усложнява, а опростява физическата картина на въздушните струни, беше възможно да се използва методът на Rayleigh с леки модификации, за да се опишат въздушните потоци, експериментално получени и изследвани от Колтман и нашата група.

Ако нямаше лабиален слот в тръбата, тогава човек би очаквал, че въздушната струя под формата на лента от движещ се въздух просто ще се движи напред-назад заедно с целия друг въздух в слота на тръбата под въздействието на акустични вибрации. В действителност, когато струята напусне слота, тя се стабилизира ефективно от самия слот. Този ефект може да се сравни с резултата от налагането на общото колебателно движение на въздуха в звуковото поле на строго балансирано смесване, локализирано в равнината на хоризонталния ръб. Това локализирано смесване, което има същата честота и амплитуда като звуковото поле и в резултат създава нулево смесване на струята при хоризонталната перка, се съхранява в движещия се въздушен поток и създава криволичеща вълна.

Пет тръби с различен дизайн произвеждат звуци с еднаква височина, но различен тембър. Втората тромпета отляво е дулсиана, която има нежен, фин звук, напомнящ звука на струнен инструмент. Третата тръба е отворен диапазон, дава лек, звучен звук, който е най-характерен за орган. Четвъртата тръба има звука на силно приглушена флейта. Пета тръба - Waldflote ( « горска флейта") с мек звук. Дървената тръба отляво е затворена с тапа. Той има същата основна честота като другите тръби, но резонира в странни обертонове, чиито честоти са нечетен брой пъти основната честота. Дължината на останалите тръби не е точно същата, тъй като се прави "корекция на края", за да се получи същата стъпка.

Както Rayleigh показа за типа струя, която изучаваше, и както ние изчерпателно потвърдихме за случая с дивергентна турбулентна струя, вълната се разпространява по протежение на потока със скорост малко по-малка от половината от скоростта на въздуха в централната равнина на струята . В този случай, докато се движи по течението, амплитудата на вълната нараства почти експоненциално. Обикновено той се удвоява, когато вълната измине един милиметър и ефектът му бързо става доминиращ над простото възвратно-постъпателно странично движение, причинено от звукови вибрации.

Установено е, че най-високата скорост на нарастване на вълната се постига, когато нейната дължина по протежение на потока е шест пъти по-голяма от ширината на потока в дадена точка. От друга страна, ако дължината на вълната е по-малка от ширината на потока, тогава амплитудата не се увеличава и вълната може да изчезне напълно. Тъй като въздушната струя се разширява и забавя, докато се отдалечава от слота, само дълги вълни, тоест нискочестотни трептения, могат да се разпространяват по дълги потоци с голяма амплитуда. Това обстоятелство ще се окаже важно при последващото разглеждане на създаването на хармонично звучене на органни тръби.

Нека сега разгледаме ефекта на звуковото поле на органна тръба върху въздушна струя. Лесно е да си представим, че акустичните вълни на звуковото поле в слота на тръбата карат върха на въздушната струя да се движи през горната устна на слота, така че струята да е или вътре в тръбата, или извън нея. Наподобява картина, когато вече се бута люлка. Въздушният стълб в тръбата вече осцилира и когато поривите на въздуха навлизат в тръбата в синхрон с вибрациите, те запазват вибрационната си сила въпреки различните загуби на енергия, свързани с разпространението на звука и триенето на въздуха по стените на тръбата. Ако поривите на въздуха не съвпадат с колебанията на въздушния стълб в тръбата, те ще потиснат тези колебания и звукът ще избледнее.

Формата на въздушната струя е показана на фигурата като поредица от последователни рамки, докато тя излиза от лабиалния слот в движещо се акустично поле, създадено в „устата“ на тръбата от въздушен стълб, който резонира вътре в тръбата. Периодичното изместване на въздуха в участъка на устата създава извиваща се вълна, движеща се със скорост, наполовина на скоростта на въздуха в централната равнина на струята и нарастваща експоненциално, докато нейната амплитуда надхвърли ширината на самата струя. Хоризонталните разрези показват сегментите от пътя, които вълната изминава в струята в последователни четвърти от периода на трептене. T. Секущите се приближават една към друга, когато скоростта на струята намалява. В тръбата на органа горната устна се намира на мястото, посочено със стрелката. Въздушната струя последователно излиза и влиза в тръбата.

Измерването на звукопроизвеждащите свойства на въздушна струя може да се извърши чрез поставяне на клинове от филц или пяна в отворения край на тръбата за предотвратяване на звука и създаване на звукова вълна с малка амплитуда с помощта на високоговорител. Отразена от противоположния край на тръбата, звуковата вълна взаимодейства с въздушната струя в участъка "устие". Взаимодействието на струята със стоящата вълна вътре в тръбата се измерва с помощта на преносим тестер микрофон. По този начин може да се установи дали въздушната струя увеличава или намалява енергията на отразената вълна в долната част на тръбата. За да зазвучи тръбата, струята трябва да увеличи енергията. Резултатите от измерването се изразяват по отношение на акустичната "проводимост", дефинирана като съотношението на акустичния поток на изхода от секцията « уста" към звуковото налягане точно зад разреза. Кривата на стойността на проводимостта за различни комбинации от налягане на изпускане на въздух и честота на трептене има спираловидна форма, както е показано на следващата фигура.

Връзката между появата на акустични трептения в слота на тръбата и момента на пристигането на следващата порция въздушна струя върху горната устна на слота се определя от интервала от време, през който вълната във въздушния поток изминава разстоянието от лабиалния слот към горната устна. Строителите на органи наричат това разстояние "подрязване". Ако "подрязването" е голямо или налягането (и следователно скоростта на движение) на въздуха е ниско, тогава времето за движение ще бъде голямо. Обратно, ако "подрязването" е малко или въздушното налягане е високо, тогава времето за пътуване ще бъде кратко.

За да се определи точно фазовата връзка между колебанията на въздушния стълб в тръбата и пристигането на части от въздушната струя върху вътрешния ръб на горната устна, е необходимо да се проучи по-подробно естеството на ефекта на тези пропорции на въздушната колона. Хелмхолц смята, че основният фактор тук е количеството въздушен поток, доставян от струята. Следователно, за да могат частите на струята да предадат възможно най-много енергия на осцилиращия въздушен стълб, те трябва да пристигнат в момента, когато налягането близо до вътрешната част на горната устна достигне максимум.

Рейли изложи различна позиция. Той твърди, че тъй като процепът е разположен сравнително близо до отворения край на тръбата, акустичните вълни в процепа, които са засегнати от въздушната струя, не могат да създадат голямо налягане. Рейли смята, че въздушният поток, влизащ в тръбата, всъщност среща препятствие и почти спира, което бързо създава високо налягане в него, което влияе на движението му в тръбата. Следователно, според Rayleigh, въздушната струя ще пренесе максимално количество енергия, ако влезе в тръбата в момента, когато максимумът не е налягането, а самият поток от акустични вълни. Изместването между тези два максимума е една четвърт от периода на трептене на въздушния стълб в тръбата. Ако направим аналогия с люлката, то тази разлика се изразява в бутането на люлката, когато тя е в най-високата си точка и има максимална потенциална енергия (според Хелмхолц), и когато е в най-ниската си точка и има максимална скорост (според до Рейли).

Кривата на акустичната проводимост на струята има формата на спирала. Разстоянието от началната точка показва големината на проводимостта, а ъгловата позиция показва фазовото изместване между акустичния поток на изхода на слота и звуковото налягане зад слота. Когато потокът е във фаза с налягането, стойностите на проводимостта лежат в дясната половина на спиралата и енергията на струята се разсейва. За да може струята да генерира звук, проводимостта трябва да бъде в лявата половина на спиралата, което се случва, когато струята е компенсирана или постепенно намалена по отношение на налягането след среза на тръбата. В този случай дължината на отразената вълна е по-голяма от дължината на падащата вълна. Стойността на референтния ъгъл зависи от това кой от двата механизма доминира при възбуждането на тръбата: механизмът на Хелмхолц или механизмът на Рейли. Когато проводимостта е в горната половина на спиралата, струята понижава естествената резонансна честота на тръбата, а когато стойността на проводимостта е в долната част на спиралата, тя повишава естествената резонансна честота на тръбата.

Графиката на движението на въздушния поток в тръбата (пунктирана крива) за дадено отклонение на струята е асиметрична по отношение на нулевата стойност на отклонение, тъй като ръбът на тръбата е проектиран така, че да пресича струята не по централната равнина. Когато струята се отклонява по проста синусоида с голяма амплитуда (плътна черна крива), въздушният поток, влизащ в тръбата (цветна крива), се "насища" първо в една крайна точка на отклонението на струята, когато тя напълно излезе от тръбата. С още по-голяма амплитуда въздушният поток се насища и в другата крайна точка на отклонение, когато струята навлиза изцяло в тръбата. Изместването на устната придава на потока асиметрична форма на вълната, чиито обертонове имат честоти, кратни на честотата на отклоняващата вълна.

80 години проблемът остава нерешен. Освен това нови проучвания всъщност не са провеждани. И едва сега тя намери задоволително решение благодарение на работата на Л. Кремер и Х. Лизинг от Института. Хайнрих Херц на Запад. Берлин, С. Елър от Военноморската академия на САЩ, Колтман и нашата група. Накратко, и Хелмхолц, и Рейли бяха отчасти прави. Връзката между двата механизма на действие се определя от налягането на впръсквания въздух и честотата на звука, като при ниски налягания и високи честоти основен е механизмът на Хелмхолц, а при високи налягания и ниски честоти - механизмът на Релей. За органни тръби със стандартен дизайн механизмът на Хелмхолц обикновено играе по-важна роля.

Колтман разработи прост и ефективен начин за изследване на свойствата на въздушна струя, който беше модифициран и подобрен в нашата лаборатория. Този метод се основава на изследване на въздушната струя в процепа на органната тръба, когато далечният й край е затворен с филцови или пенопластови звукопоглъщащи клинове, които предотвратяват звученето на тръбата. След това от високоговорител, поставен в далечния край, по тръбата се подава звукова вълна, която се отразява от ръба на слота, първо с инжектирана струя, а след това без нея. И в двата случая падащата и отразената вълна взаимодействат вътре в тръбата, създавайки стояща вълна. Чрез измерване с малък микрофон на сондата на промените в конфигурацията на вълната при прилагане на въздушната струя може да се определи дали струята увеличава или намалява енергията на отразената вълна.

В нашите експерименти ние всъщност измерихме "акустичната проводимост" на въздушната струя, която се определя от съотношението на акустичния поток на изхода от процепа, създаден от присъствието на струята, към акустичното налягане директно вътре в процепа . Акустичната проводимост се характеризира с величина и фазов ъгъл, които могат да бъдат представени графично като функция на честотата или изходното налягане. Ако представим графика на проводимостта с независима промяна на честотата и налягането, тогава кривата ще има формата на спирала (виж фигурата). Разстоянието от началната точка на спиралата показва стойността на проводимостта, а ъгловото положение на точката върху спиралата съответства на забавянето във фазата на изкривената вълна, която възниква в струята под въздействието на акустичните вибрации в тръбата. Забавяне с една дължина на вълната съответства на 360° около обиколката на спиралата. Поради специалните свойства на турбулентната струя се оказа, че когато стойността на проводимостта се умножи по корен квадратен от стойността на налягането, всички стойности, измерени за дадена органна тръба, пасват на една и съща спирала.

Ако налягането остане постоянно и честотата на входящите звукови вълни се увеличи, тогава точките, показващи големината на проводимостта, се приближават спираловидно към средата му по посока на часовниковата стрелка. При постоянна честота и нарастващо налягане тези точки се отдалечават от средата в обратна посока.

Вътрешен изглед на органа на операта в Сидни. Виждат се някои тръби от неговите 26 регистъра. Повечето от тръбите са изработени от метал, някои са от дърво. Дължината на сондажната част на тръбата се удвоява на всеки 12 тръби, а диаметърът на тръбата се удвоява приблизително на всеки 16 тръби. Дългогодишният опит на майсторите - създателите на органи им позволиха да намерят най-добрите пропорции, осигурявайки стабилен звуков тембър.

Когато точката на проводимост е в дясната половина на спиралата, струята отнема енергия от потока в тръбата и следователно има загуба на енергия. С положението на точката в лявата половина струята ще прехвърли енергия на потока и по този начин ще действа като генератор на звукови вибрации. Когато стойността на проводимостта е в горната половина на спиралата, струята понижава естествената резонансна честота на тръбата, а когато тази точка е в долната половина, струята повишава естествената резонансна честота на тръбата. Големината на ъгъла, характеризиращ фазовото закъснение, зависи от коя схема - Хелмхолц или Рейли - се извършва основното възбуждане на тръбата и това, както е показано, се определя от стойностите на налягането и честотата. Въпреки това, този ъгъл, измерен от дясната страна на хоризонталната ос (дясна четвърт), никога не е значително по-голям от нула.

Тъй като 360° около обиколката на спиралата съответства на фазово забавяне, равно на дължината на навиващата се вълна, разпространяваща се по протежение на въздушната струя, величината на такова забавяне от много по-малко от една четвърт от дължината на вълната до почти три четвърти от нейната дължината ще лежи върху спиралата от централната линия, тоест в тази част, където струята действа като генератор на звукови вибрации. Видяхме също, че при постоянна честота фазовото закъснение е функция на инжектираното въздушно налягане, което влияе както на скоростта на самата струя, така и на скоростта на разпространение на криволичещата вълна покрай струята. Тъй като скоростта на такава вълна е половината от скоростта на струята, която от своя страна е право пропорционална на квадратния корен от налягането, промяна на фазата на струята с половината от дължината на вълната е възможна само при значителна промяна в налягането . Теоретично, налягането може да се промени с коефициент девет, преди тръбата да спре да произвежда звук на основната си честота, ако не са нарушени други условия. На практика обаче тръбата започва да звучи с по-висока честота, докато се достигне определената горна граница на промяна на налягането.

Трябва да се отбележи, че за да се компенсират загубите на енергия в тръбата и да се осигури стабилност на звука, няколко завъртания на спиралата могат да отидат далеч наляво. Само още един такъв контур, чието местоположение съответства на около три полувълни в струята, може да направи тръбата звук. Тъй като проводимостта на струните в тази точка е ниска, произведеният звук е по-слаб от всеки звук, съответстващ на точка на външния завой на спиралата.

Формата на проводящата спирала може да стане още по-сложна, ако отклонението при горната устна надвишава ширината на самата струя. В този случай струята се издухва почти напълно от тръбата и се издухва обратно в нея при всеки цикъл на изместване и количеството енергия, което предава на отразената вълна в тръбата, престава да зависи от по-нататъшното увеличаване на амплитудата. Съответно намалява и ефективността на въздушните струни в режим на генериране на акустични вибрации. В този случай увеличаването на амплитудата на отклонение на струята води само до намаляване на проводящата спирала.

Намаляването на ефективността на струята с увеличаване на амплитудата на отклонение е придружено от увеличаване на загубите на енергия в тръбата на органа. Флуктуациите в тръбата бързо се настройват на по-ниско ниво, при което енергията на струята точно компенсира енергийните загуби в тръбата. Интересно е да се отбележи, че в повечето случаи загубите на енергия поради турбулентност и вискозитет са много по-високи от загубите, свързани с разсейването на звуковите вълни през прореза и отворените краища на тръбата.

Разрез на органна тръба от тип диапазон, който показва, че езикът има прорез за създаване на равномерно турбулентно движение на въздушната струя. Тръбата е изработена от "маркиран метал" - сплав с високо съдържание на калай и добавка на олово. При производството на листов материал от тази сплав върху него се фиксира характерен модел, който ясно се вижда на снимката.

Разбира се, действителният звук на тръбата в органа не е ограничен до една конкретна честота, а съдържа звуци с по-висока честота. Може да се докаже, че тези обертонове са точни хармоници на основната честота и се различават от нея с цял брой пъти. При условия на постоянно впръскване на въздух формата на звуковата вълна на осцилоскопа остава абсолютно същата. Най-малкото отклонение на хармоничната честота от стойност, която е строго кратна на основната честота, води до постепенна, но ясно видима промяна във формата на вълната.

Това явление представлява интерес, тъй като резонансните трептения на въздушния стълб в органна тръба, както във всяка отворена тръба, са зададени на честоти, които са малко по-различни от тези на хармониците. Факт е, че с увеличаване на честотата работната дължина на тръбата става малко по-малка поради промяна в акустичния поток в отворените краища на тръбата. Както ще бъде показано, обертоновете в тръбата на органа се създават от взаимодействието на въздушната струя и устната на слота, а самата тръба служи за обертонове с по-висока честота главно като пасивен резонатор.

Резонансните вибрации в тръбата се създават с най-голямо движение на въздуха в нейните отвори. С други думи, проводимостта в органната тръба трябва да достигне своя максимум в слота. От това следва, че резонансни вибрации възникват и в тръба с отворен дълъг край при честоти, при които цял брой полувълни от звукови вибрации се побират в дължината на тръбата. Ако обозначим основната честота като f 1, тогава по-високите резонансни честоти ще бъдат 2 f 1 , 3f 1 и т.н. (Всъщност, както вече беше отбелязано, най-високите резонансни честоти винаги са малко по-високи от тези стойности.)

В тръба със затворен или заглушен отдалечен кон се появяват резонансни трептения при честоти, при които нечетен брой четвърти от дължината на вълната се побира в дължината на тръбата. Следователно, за да звучи на една и съща нота, затворената тръба може да бъде наполовина по-дълга от отворената и нейните резонансни честоти ще бъдат f 1 , 3f 1 , 5f 1 и т.н.

Резултатите от ефекта от промяната на налягането на нагнетения въздух върху звука в конвенционална органна тръба. Римските цифри означават първите няколко обертона. Основният режим на тромпет (в цвят) покрива набор от добре балансирани нормални звуци при нормално налягане. С увеличаване на налягането звукът на тръбата преминава към втория обертон; при намаляване на налягането се създава отслабен втори обертон.

Сега да се върнем към въздушния поток в органната тръба. Виждаме, че вълновите смущения с висока честота постепенно намаляват с увеличаване на ширината на струята. В резултат на това краят на струята близо до горната устна трепти почти синусоидално на основната честота на звука на тръбата и почти независимо от по-високите хармоници на колебанията на акустичното поле близо до слота на тръбата. Синусоидалното движение на струята обаче няма да създаде същото движение на въздушния поток в тръбата, тъй като потокът е „наситен“ поради факта, че при екстремно отклонение във всяка посока той тече напълно или отвътре или от външната страна на горната устна. В допълнение, устната обикновено е малко изместена и не пресича потока точно по централната си равнина, така че насищането не е симетрично. Следователно флуктуацията на потока в тръбата има пълен набор от хармоници на основната честота със строго определено съотношение на честотите и фазите, а относителните амплитуди на тези високочестотни хармоници бързо нарастват с увеличаване на амплитудата на отклонението на въздушната струя. .

В конвенционална органна тръба степента на отклонение на струята в процепа е пропорционална на ширината на струята в горната устна. В резултат на това във въздушния поток се създават голям брой обертонове. Ако устната разделяше струята строго симетрично, нямаше да има равномерни обертонове в звука. Така че обикновено на устните се дава известно смесване, за да се запазят всички нюанси.

Както може да очаквате, отворените и затворените тръби произвеждат различни звукови качества. Честотите на обертоновете, създавани от струята, са кратни на честотата на трептене на основната струя. Стълб от въздух в тръба ще резонира силно с определен обертон само ако акустичната проводимост на тръбата е висока. В този случай ще има рязко увеличение на амплитудата при честота, близка до честотата на обертона. Следователно в затворена тръба, където се създават само обертонове с нечетен брой резонансни честоти, всички други обертонове се потискат. Резултатът е характерен "заглушен" звук, в който дори обертоновете са слаби, макар и не напълно отсъстващи. Напротив, отворената тръба произвежда "по-лек" звук, тъй като запазва всички обертонове, получени от основната честота.

Резонансните свойства на тръбата зависят до голяма степен от загубите на енергия. Тези загуби са два вида: загуби поради вътрешно триене и пренос на топлина и загуби поради излъчване през процепа и отворения край на тръбата. Загубите от първия тип са по-значителни в тесни тръби и при ниски честоти на трептене. За широки тръби и при висока честота на трептене загубите от втори тип са значителни.

Влиянието на местоположението на устната върху създаването на обертонове показва целесъобразността на изместването на устната. Ако устната раздели струята строго по централната равнина, в тръбата ще се създаде само звукът на основната честота (I) и третия обертон (III). Чрез изместване на устната, както е показано от пунктираната линия, се появяват втори и четвърти обертон, което значително обогатява качеството на звука.

От това следва, че за дадена дължина на тръбата, а оттам и определена основна честота, широките тръби могат да служат като добри резонатори само за основния тон и следващите няколко обертона, които образуват приглушен "флейтов" звук. Тесните тръби служат като добри резонатори за широк спектър от обертонове и тъй като излъчването при високи честоти е по-интензивно, отколкото при ниски честоти, се получава висок "струнен" звук. Между тези два звука има звучен сочен звук, който става характерен за добър орган, който се създава от така наречените главни или диапазони.

В допълнение, голям орган може да има редици от тръби с конично тяло, перфорирана запушалка или други геометрични вариации. Такива дизайни са предназначени да променят резонансните честоти на тромпета и понякога да увеличат обхвата на високочестотните обертонове, за да се получи тембър със специално оцветяване на звука. Изборът на материал, от който е направена тръбата, няма голямо значение.

Има голям брой възможни видове въздушни вибрации в тръбата и това допълнително усложнява акустичните свойства на тръбата. Например, когато налягането на въздуха в отворена тръба се увеличи до такава степен, че първият обертон ще се създаде в струята f 1 една четвърт от дължината на основната вълна, точката на проводящата спирала, съответстваща на този обертон, ще се премести в дясната й половина и струята ще престане да създава обертон с тази честота. В същото време честотата на втория обертон 2 f 1 съответства на полувълна в струята и може да бъде стабилна. Следователно звукът на тромпетата ще се измести към този втори обертон, почти цяла октава по-висок от първия, с точната честота на трептене в зависимост от резонансната честота на тромпетата и налягането на подаването на въздух.

По-нататъшното увеличаване на изходното налягане може да доведе до образуването на следващия обертон 3 f 1 при условие, че "подрязването" на устната не е твърде голямо. От друга страна, често се случва ниското налягане, недостатъчно за формиране на основния тон, постепенно да създаде един от обертоновете на второто завъртане на проводящата спирала. Такива звуци, създадени с излишък или липса на налягане, представляват интерес за лабораторни изследвания, но се използват изключително рядко в самите органи, само за постигане на някакъв специален ефект.

Изглед на стояща вълна при резонанс в тръби с отворен и затворен горен край. Ширината на всяка цветна линия съответства на амплитудата на вибрациите в различните части на тръбата. Стрелките показват посоката на движение на въздуха по време на половината от осцилаторния цикъл; във втората половина на цикъла посоката на движение се обръща. Римските цифри означават хармоничните числа. За отворена тръба всички хармоници на основната честота са резонансни. Затворената тръба трябва да е наполовина по-дълга, за да произведе същата нота, но само нечетните хармоници са резонансни за нея. Сложната геометрия на "устата" на тръбата донякъде изкривява конфигурацията на вълните по-близо до долния край на тръбата, без да ги променя « основен » характер.

След като майсторът в производството на органа е направил една тръба с необходимия звук, неговата основна и най-трудна задача е да създаде цялата поредица от тръби с подходящ обем и хармония на звука в целия музикален диапазон на клавиатурата. Това не може да се постигне чрез прост набор от тръби с еднаква геометрия, различаващи се само по размерите си, тъй като в такива тръби загубите на енергия от триене и излъчване ще имат различен ефект върху трептения с различни честоти. За да се осигури постоянството на акустичните свойства в целия диапазон, е необходимо да се променят редица параметри. Диаметърът на тръбата се променя с нейната дължина и зависи от нея като степен с показател k, където k е по-малко от 1. Следователно дългите бас тръби се правят по-тесни. Изчислената стойност на k е 5/6, или 0,83, но като се вземат предвид психофизичните характеристики на човешкия слух, трябва да се намали до 0,75. Тази стойност на k е много близка до тази, емпирично определена от великите производители на органи от 17-ти и 18-ти век.

В заключение, нека разгледаме един въпрос, който е важен от гледна точка на свиренето на орган: как се контролира звукът на много тръби в голям орган. Основният механизъм на този контрол е прост и наподобява редовете и колоните на матрица. Тръбите, подредени по регистри, съответстват на редовете на матрицата. Всички тръби от един и същи регистър имат един и същ тон и всяка тръба съответства на една нота на клавиатурата с ръка или крак. Подаването на въздух към тръбите на всеки регистър се регулира от специален лост, на който е посочено името на регистъра, а подаването на въздух директно към тръбите, свързани с дадена бележка и съставляващи колона на матрицата, се регулира от съответния клавиш на клавиатурата. Тръбата ще свири само ако се премести лостчето на регистъра, в който се намира, и се натисне желаният клавиш.

Разположението на органните тръби наподобява редовете и колоните на матрица. В тази опростена диаграма всеки ред, наречен регистър, се състои от тръби от един и същи тип, всяка от които произвежда една нота (горната част на диаграмата). Всяка колона, свързана с една нота на клавиатурата (долната част на диаграмата), включва различни видове тръби (лявата част на диаграмата). Лост на конзолата (дясната страна на диаграмата) осигурява достъп на въздух до всички тръби на регистъра, а натискането на клавиш на клавиатурата издухва въздух във всички тръби на дадена нота. Достъпът на въздух до тръбата е възможен само когато редът и колоната са включени едновременно.

В наши дни могат да се използват различни начини за реализиране на такава верига, като се използват цифрови логически устройства и електрически управлявани вентили на всяка тръба. По-старите органи са използвали прости механични лостове и тръстикови клапани за подаване на въздух към каналите на клавиатурата и механични плъзгачи с отвори за контролиране на въздушния поток към целия регистър. Тази проста и надеждна механична система, в допълнение към структурните си предимства, позволява на органиста сам да регулира скоростта на отваряне на всички клапи и, така да се каже, прави този твърде механичен музикален инструмент по-близо до него.

През XIX в началото на XX век. големите органи са изградени с всякакви електромеханични и електропневматични устройства, но напоследък отново се дава предпочитание на механичните трансмисии от клавиши и педали и се използват сложни електронни устройства за едновременно включване на комбинации от регистри, докато свирите на органа. Например, най-големият електрозадвижван орган в света е инсталиран в концертната зала на операта в Сидни през 1979 г. Той има 10 500 тръби в 205 регистъра, разпределени между пет ръчни и една крачна клавиатура. Управлението на ключа се извършва механично, но се дублира от електрическа трансмисия, към която можете да се свържете. По този начин изпълнението на органиста може да бъде записано в кодирана цифрова форма, която след това може да се използва за автоматично възпроизвеждане на органа на оригиналното изпълнение. Управлението на регистрите и техните комбинации се извършва с помощта на електрически или електропневматични устройства и микропроцесори с памет, което ви позволява да променяте широко програмата за управление. Така великолепният богат звук на величествения орган е създаден чрез комбинация от най-модерните постижения на съвременната технология и традиционните техники и принципи, използвани от майстори от миналото в продължение на много векове.

Ефективността на отоплителната система зависи преди всичко от компетентния избор на схемата за свързване на отоплителната батерия. Идеално е, ако с малък разход на гориво радиаторите могат да генерират максимално количество топлина. В материала по-долу ще говорим какви са схемите за свързване на отоплителни радиатори в жилищна сграда, каква е особеността на всеки от тях, както и какви фактори трябва да се имат предвид при избора на конкретна опция.

Фактори, влияещи върху ефективността на радиатора

Основните изисквания към една отоплителна система са, разбира се, нейната ефективност и икономичност. Следователно към неговия дизайн трябва да се подхожда внимателно, за да не се пропуснат всякакви тънкости и характеристики на конкретно жилищно пространство. Ако нямате достатъчно умения за създаване на компетентен проект, по-добре е да поверите тази работа на специалисти, които вече са се доказали и имат положителна обратна връзка от клиентите. Разчитането на съветите на приятели, които препоръчват определени методи за свързване на радиатори, не си струва, тъй като във всеки случай първоначалните условия ще бъдат различни. С други думи, това, което работи за един човек, не е задължително да работи за друг.

Ако все пак искате сами да се справите с тръбопроводите към радиаторите за отопление, обърнете внимание на следните фактори:

размер на радиаторите и тяхната топлинна мощност;
поставяне на отоплителни уреди вътре в къщата;
схема на свързване.

Съвременният потребител има избор от различни модели отоплителни уреди - това са шарнирни радиатори, изработени от различни материали, и цокълни или подови конвектори. Разликата между тях е не само в размерите и външния вид, но и в методите на подаване, както и степента на топлообмен. Всички тези фактори ще повлияят на избора на опции за свързване на отоплителни радиатори.

В зависимост от размера на отопляемото помещение, наличието или отсъствието на изолационен слой върху външните стени на сградата, мощността, както и вида на свързване, препоръчан от производителя на радиатора, броят и размерите на такива устройства ще варират .

По правило радиаторите се поставят под прозорците или в стълбовете между тях, ако прозорците са на голямо разстояние един от друг, както и в ъглите или покрай глухата стена на стаята, в банята, коридора, килера , често на стълбищата на жилищни блокове.

За насочване на топлинната енергия от радиатора в помещението е препоръчително да поставите специален отразяващ екран между уреда и стената. Такъв екран може да бъде направен от всеки топлоотразяващ фолиен материал - например пенофол, изоспан или друг.

Преди да свържете нагревателната батерия към отоплителната система, обърнете внимание на някои характеристики на нейната инсталация:

в рамките на едно жилище нивото на разположение на всички батерии трябва да бъде еднакво;
ребрата на конвекторите трябва да са насочени вертикално;
средата на радиатора трябва да съвпада с централната точка на прозореца или може да бъде изместена с 2 см надясно или наляво;
общата дължина на батерията трябва да бъде от 75% от ширината на отвора на прозореца;
разстоянието от перваза на прозореца до радиатора трябва да бъде най-малко 5 cm, а разстоянието между уреда и пода трябва да бъде най-малко 6 cm. Най-добре е да оставите 10-12 см.

Моля, имайте предвид, че не само топлопредаването на батерията, но и нивото на топлинни загуби ще зависи от правилния избор на методи за свързване на отоплителни радиатори в жилищна сграда.

Не е необичайно собствениците на апартаменти да сглобяват и свързват отоплителната система, следвайки препоръките на приятели. В този случай резултатът е много по-лош от очакваното. Това означава, че са допуснати грешки по време на инсталационния процес, мощността на устройствата не е достатъчна за отопление на определена стая или схемата за свързване на отоплителните тръби към батериите е неподходяща за тази къща.

Разлики между основните видове връзки на батериите

Всички възможни видове свързване на отоплителни радиатори се различават по вида на тръбопровода. Може да се състои от една или две тръби. От своя страна всяка от опциите включва разделяне на системи с вертикални щрангове или хоризонтални линии. Доста често се използва хоризонтално окабеляване на отоплителната система в жилищна сграда и се е доказала добре.

Въз основа на избраната опция за свързване на тръби към радиатори, схемата на тяхното свързване ще зависи пряко. В отоплителни системи с еднотръбна и двутръбна верига се използва долният, страничен и диагонален метод за свързване на радиатори. Който и вариант да изберете, основното е, че в стаята влиза достатъчно топлина за нейното висококачествено отопление.

Описаните видове тръбни кабели се наричат система за свързване на тройници. Има обаче и друга разновидност - това е колекторна верига или лъчево окабеляване. При използването му отоплителният кръг се полага към всеки радиатор поотделно. В тази връзка колекторните видове свързване на батерии имат по-висока цена, тъй като за осъществяването на такава връзка ще са необходими много тръби. Освен това те ще преминат през цялата стая. Въпреки това, обикновено в такива случаи отоплителната верига се полага в пода и не разваля интериора на стаята.

Въпреки факта, че описаната схема на свързване на колектора предполага наличието на голям брой тръби, тя все повече се използва при проектирането на отоплителни системи. По-специално, този тип радиаторна връзка се използва за създаване на воден "топъл под". Използва се като допълнителен източник на топлина или като основен - всичко зависи от проекта.

Еднотръбна схема

Нарича се еднотръбна отоплителна система, при която всички радиатори без изключение са свързани към един тръбопровод. В същото време нагрятата охлаждаща течност на входа и охладената на връщането се движи по една и съща тръба, като постепенно преминава през всички нагревателни устройства. В този случай е много важно вътрешното сечение на тръбата да е достатъчно, за да изпълнява основната си функция. В противен случай цялото отопление ще бъде неефективно.

Отоплителната система с еднотръбна верига има определени плюсове и минуси. Би било погрешно да се вярва, че такава система може значително да намали разходите за полагане на тръби и инсталиране на отоплителни уреди. Факт е, че системата ще функционира ефективно само ако е правилно свързана, като се вземат предвид голям брой тънкости. В противен случай няма да може да отоплява правилно апартамента.

Спестяванията при подреждането на еднотръбна отоплителна система наистина се случват, но само ако се използва вертикален захранващ щранг. По-специално, в пететажни къщи тази опция за окабеляване често се практикува, за да се спестят материали. В този случай нагрятата охлаждаща течност се подава нагоре през главния щранг, където се разпределя към всички останали щрангове. Топлата вода във веригата постепенно преминава през радиаторите на всеки етаж, започвайки от горния.

Тъй като охлаждащата течност достига долните етажи, нейната температура постепенно намалява. За компенсиране на температурната разлика на долните етажи се монтират радиатори с по-голяма площ. Друга особеност на еднотръбната отоплителна система е, че се препоръчва да се монтират байпаси на всички радиатори. Те ви позволяват лесно да извадите батериите в случай на нужда от ремонт, без да спирате цялата система.

Ако отоплението с еднотръбна верига е направено по хоризонтална схема на окабеляване, движението на охлаждащата течност може да бъде свързано или задънено. Такава система се е доказала в тръбопроводи с дължина до 30 м. В същото време броят на свързаните радиатори може да бъде 4-5 броя.

Двутръбни отоплителни системи

Вътре в двутръбната верига охлаждащата течност се движи през два отделни тръбопровода. Единият от тях се използва за захранващия поток с гореща охлаждаща течност, а другият за обратния поток с охладена вода, която се движи към отоплителния резервоар. По този начин, когато монтирате отоплителни радиатори с долна връзка или друг тип свързване, всички батерии се затоплят равномерно, тъй като в тях влиза вода с приблизително еднаква температура.

Струва си да се отбележи, че двутръбна верига при свързване на батерии с долна връзка, както и при използване на други схеми, е най-приемлива. Факт е, че този тип връзка осигурява минимално количество топлинни загуби. Схемата за циркулация на водата може да бъде както свързана, така и задънена.

Моля, имайте предвид, че ако има двутръбно окабеляване, е възможно да се регулира топлинната ефективност на използваните радиатори.

Някои собственици на частни къщи смятат, че проектите с двутръбни видове радиаторни връзки са много по-скъпи, тъй като за тяхното изпълнение са необходими повече тръби. Въпреки това, ако погледнете по-подробно, се оказва, че тяхната цена не е много по-висока, отколкото при подреждането на еднотръбни системи.

Факт е, че еднотръбната система предполага наличието на тръби с голямо напречно сечение и голям радиатор. В същото време цената на по-тънките тръби, необходими за двутръбна система, е много по-ниска. Освен това в крайна сметка ненужните разходи ще се изплатят поради по-добра циркулация на охлаждащата течност и минимални топлинни загуби.

При двутръбна система се използват няколко опции за свързване на алуминиеви отоплителни радиатори. Връзката може да бъде диагонална, странична или долна. В този случай е разрешено използването на вертикални и хоризонтални фуги. По отношение на ефективността диагоналната връзка се счита за най-добрият вариант. В същото време топлината се разпределя равномерно по всички отоплителни уреди с минимални загуби.

Страничният или едностранен метод на свързване се използва с еднакъв успех както при еднотръбно, така и при двутръбно окабеляване. Основната му разлика е, че захранващите и връщащите вериги се врязват в едната страна на радиатора.

Страничната връзка често се използва в жилищни сгради с вертикален захранващ щранг. Моля, имайте предвид, че преди да свържете отоплителен радиатор със странична връзка, е необходимо да инсталирате байпас и кран върху него. Това ще ви позволи свободно да извадите батерията за измиване, боядисване или смяна, без да изключвате цялата система.

Трябва да се отбележи, че ефективността на едностранното връзване е максимална само за батерии с 5-6 секции. Ако дължината на радиатора е много по-голяма, при такава връзка ще има значителни топлинни загуби.

Характеристики на опцията за долна тръба

Като правило, радиатор с долна връзка се свързва в случаите, когато непредставимите отоплителни тръби трябва да бъдат скрити в пода или в стената, за да не нарушават интериора на помещението.

В продажба можете да намерите голям брой отоплителни уреди, в които производителите осигуряват по-ниско захранване на отоплителните радиатори. Предлагат се в различни размери и конфигурации. В същото време, за да не повредите батерията, си струва да погледнете паспорта на продукта, където е предписан методът за свързване на един или друг модел оборудване. Обикновено в блока за свързване на батерията са предвидени сферични кранове, които ви позволяват да го премахнете, ако е необходимо. По този начин, дори без опит в такава работа, като използвате инструкциите, можете да свържете биметални отоплителни радиатори с долна връзка.

Циркулацията на водата вътре в много съвременни радиатори с долна връзка се извършва по същия начин, както при диагонална връзка. Този ефект се постига благодарение на препятствие, разположено вътре в радиатора, което осигурява преминаването на вода през целия нагревател. След това охладената охлаждаща течност влиза в обратната верига.

Моля, имайте предвид, че в отоплителни системи с естествена циркулация долното свързване на радиаторите е нежелателно. Но значителните топлинни загуби от такава схема на свързване могат да бъдат компенсирани чрез увеличаване на топлинната мощност на батериите.

Диагонална връзка

Както вече отбелязахме, диагоналният метод за свързване на радиатори се характеризира с най-малката топлинна загуба. При тази схема горещата охлаждаща течност влиза от едната страна на радиатора, преминава през всички секции и след това излиза през тръбата от противоположната страна. Този тип връзка е подходящ както за еднотръбни, така и за двутръбни отоплителни системи.

Диагоналното свързване на радиатори може да се извърши в 2 версии:

Горещият поток на охлаждащата течност навлиза в горния отвор на радиатора и след това, преминавайки през всички секции, излиза от долния страничен отвор на противоположната страна.
Охлаждащата течност влиза в радиатора през долния отвор от едната страна и изтича от противоположната страна отгоре.

Свързването по диагонал е препоръчително в случаите, когато батериите се състоят от голям брой секции - от 12 или повече.

Естествена и принудителна циркулация на охлаждащата течност

Струва си да се отбележи, че методът за свързване на тръби към радиатори също ще зависи от това как охлаждащата течност циркулира в отоплителния кръг. Има два вида циркулация - естествена и принудителна.

Естествената циркулация на течността в отоплителния кръг се постига чрез прилагане на физични закони, докато не е необходимо да се инсталира допълнително оборудване. Възможно е само при използване на вода като топлоносител. Ако се използва някакъв антифриз, той няма да може да циркулира свободно през тръбите.

Отоплението с естествена циркулация включва бойлер за подгряване на вода, разширителен съд, 2 тръбопровода за подаване и връщане, както и радиатори. В този случай работещият котел постепенно загрява водата, която се разширява и се движи по щранга, преминавайки през всички радиатори в системата. След това вече охладената вода се връща обратно в котела гравитачно.

За да се осигури свободното движение на водата, хоризонталните тръби са монтирани с лек наклон към посоката на движение на охлаждащата течност. Отоплителната система с естествена циркулация е саморегулираща се, тъй като количеството на водата варира в зависимост от нейната температура. Когато водата се нагрява, циркулационното налягане се увеличава, което осигурява равномерно нагряване на помещението.

В системи с естествена циркулация на флуида е възможно да се монтира радиатор с долна връзка, при условие че е двутръбна връзка, както и да се използва схема за горно окабеляване в едно- и двутръбна верига. По правило този тип циркулация се извършва само в малки къщи.

Моля, обърнете внимание, че на батериите трябва да има вентилационни отвори, през които да се отстранят въздушните ключалки. Алтернативно, щранговете могат да бъдат оборудвани с автоматични вентилационни отвори. Препоръчително е да поставите отоплителния котел под нивото на отопляемото помещение, например в сутерена.

Ако площта на къщата надвишава 100 m 2, тогава методът на циркулация на охлаждащата течност трябва да бъде принуден. В този случай ще е необходимо да се инсталира специална циркулационна помпа, която ще осигури движението на антифриз или вода по веригата. Мощността на помпата зависи от размера на къщата.

Циркулационната помпа може да се монтира както на захранващата, така и на връщащата тръба. Много е важно да инсталирате автоматични обезвъздушители в горната част на тръбопровода или да осигурите кранове на Mayevsky на всеки радиатор, за да премахнете ръчно въздушните ключалки.

Използването на циркулационна помпа е оправдано както в едно-, така и в двутръбни системи с вертикално и хоризонтално свързване на радиатора.

Защо е важно да свържете правилно радиаторите за отопление

Какъвто и метод на свързване и тип радиатор да изберете, е много важно да направите компетентни изчисления и да инсталирате правилно оборудването. В същото време е важно да се вземат предвид характеристиките на конкретна стая, за да се избере най-добрият вариант. Тогава системата ще бъде възможно най-ефективна и ще избегне значителни топлинни загуби в бъдеще.

Ако искате да сглобите отоплителна система в голямо скъпо имение, по-добре е да поверите дизайна на специалисти.

За къщи с малка площ можете сами да се справите с избора на електрическа схема и монтаж на батерии. Необходимо е само да се вземе предвид качеството на конкретна схема на свързване и да се проучат характеристиките на инсталационната работа.

Моля, обърнете внимание, че тръбопроводите и радиаторите трябва да бъдат направени от един и същи материал. Например, пластмасовите тръби не могат да бъдат свързани към чугунени батерии, тъй като това е изпълнено с проблеми.

По този начин, при условие че се вземат предвид характеристиките на конкретна къща, свързването на отоплителните радиатори може да се извърши независимо. Добре подбраната схема за свързване на тръби към радиатори ще сведе до минимум топлинните загуби, така че отоплителните уреди да работят с максимална ефективност.

Когато незабележимата боядисана в бежово врата се отвори, само няколко дървени стъпала привлякоха вниманието ми от тъмнината. Веднага зад вратата се издига мощна дървена кутия, наподобяваща вентилационна кутия. „Внимавайте, това е органна тръба, 32 фута, регистър на бас флейта“, предупреди моят водач. — Чакай, ще запаля лампата. Търпеливо чакам в очакване на една от най-интересните екскурзии в живота ми. Пред мен е входът на органа. Това е единственият музикален инструмент, в който можете да влезете.

Тялото е на повече от сто години. Той стои в Голямата зала на Московската консерватория, много известната зала, от стените на която ви гледат портрети на Бах, Чайковски, Моцарт, Бетовен ... Но всичко, което е отворено за окото на зрителя, е органистът конзола, обърната към залата със задната си страна и леко артистичен дървен "Проспект" с вертикални метални тръби. Гледайки фасадата на органа, непосветеният няма да разбере как и защо свири този уникален инструмент. За да разкриете неговите тайни, ще трябва да подходите към проблема от различен ъгъл. Буквално.

Наталия Владимировна Малина, уредник на органа, учител, музикант и майстор на органи, любезно се съгласи да стане мой водач. „Можеш да се движиш напред само в органа“, обяснява ми тя строго. Това изискване няма нищо общо с мистиката и суеверието: просто, движейки се назад или настрани, неопитен човек може да стъпи на една от тръбите на органа или да го докосне. И има хиляди тръби.

Основният принцип на органа, който го отличава от повечето духови инструменти: една тръба - една нота. Флейтата на Пан може да се счита за древен прародител на органа. Този инструмент, който съществува от незапомнени времена в различни части на света, се състои от няколко кухи тръстики с различна дължина, свързани заедно. Ако духнете под ъгъл в устата на най-късия, ще се чуе тънък висок звук. По-дългите гъдулки звучат по-ниско.

Забавен инструмент е хармоника с необичайни тромпети за този инструмент. Но почти точно същият дизайн може да се намери във всеки голям орган (като този, показан на снимката вдясно) - така са подредени тръстиковите органни тръби

Звукът на три хиляди тръби. Обща схема Диаграмата показва опростена диаграма на орган с механична трактура. Снимки, показващи отделни компоненти и устройства на инструмента, са направени в органа на Голямата зала на Московската държавна консерватория. На схемата не са показани маншона, който поддържа постоянно налягане в капака и лостчетата Barker (те са на снимките). Също така липсва педал (клавиатура за крака)

За разлика от обикновената флейта, не можете да промените височината на отделна тръба, така че флейтата на Пан може да изсвири точно толкова ноти, колкото има гъдулки в нея. За да накарате инструмента да произвежда много ниски звуци, е необходимо да включите в състава му тръби с голяма дължина и голям диаметър. Възможно е да се направят много пан флейти с тръби от различни материали и различни диаметри, след което те ще духат едни и същи ноти с различни тембри. Но свиренето на всички тези инструменти едновременно няма да работи - не можете да ги държите в ръцете си и няма да има достатъчно дъх за гигантски "тръстики". Но ако поставим всичките си канали вертикално, снабдим всяка отделна тръба с вентил за входящ въздух, измислим механизъм, който ще ни даде възможност да контролираме всички клапани от клавиатурата и накрая създадем дизайн за изпомпване на въздух с последващо разпределение, току-що получихме орган.

На стар кораб

Тръбите в органите са направени от два материала: дърво и метал. Дървените тръби, използвани за извличане на басови звуци, имат квадратно сечение. Металните тръби обикновено са по-малки, имат цилиндрична или конична форма и обикновено са направени от сплав от калай и олово. Ако има повече калай, тръбата е по-шумна, ако има повече олово, извлеченият звук е по-глух, "памучен".

Сплавта от калай и олово е много мека, поради което органните тръби лесно се деформират. Ако голяма метална тръба се постави отстрани, след известно време тя ще придобие овална секция под собственото си тегло, което неизбежно ще повлияе на способността й да извлича звук. Движейки се вътре в органа на Голямата зала на Московската консерватория, се опитвам да докосна само дървените части. Ако стъпите на тръба или неудобно я хванете, майсторът на органа ще има нови проблеми: тръбата ще трябва да бъде „излекувана“ - изправена или дори запоена.

Органът, в който съм, далеч не е най-големият в света и дори в Русия. По отношение на размера и броя на тръбите той отстъпва на органите на Московския дом на музиката, Катедралата в Калининград и Концертната зала. Чайковски. Основните рекордьори са в чужбина: например инструментът, инсталиран в конгресната зала на Атлантик Сити (САЩ), има повече от 33 000 тръби. В органа на Голямата зала на Консерваторията има десет пъти по-малко тръби, "само" 3136, но и този значителен брой не може да бъде поставен компактно на една равнина. Органът вътре е няколко нива, на които са монтирани тръби в редове. За достъп на майстора на органа до тръбите на всеки етаж е направен тесен проход под формата на дъсчена платформа. Нивата са свързани помежду си със стълби, в които ролята на стъпалата се изпълнява от обикновени напречни греди. Вътре в органа е пренаселено и движението между нивата изисква известна сръчност.

„Моят опит показва, че най-добре е майсторът на органи да е слаб и лек, казва Наталия Владимировна Малина. Трудно е човек с други измерения да работи тук, без да повреди инструмента. Наскоро електротехник - едър мъж - сменяше крушка на орган, спъна се и счупи няколко дъски от дъсчения покрив. Няма жертви или ранени, но падналите дъски са повредили 30 органни тръби.“

Мислено преценявайки, че чифт майстори на органи с идеални пропорции лесно биха се побрали в тялото ми, предпазливо хвърлям поглед към крехките на вид стълби, водещи към горните нива. „Не се тревожете – успокоява ме Наталия Владимировна, – просто вървете напред и повтаряйте движенията след мен. Конструкцията е здрава, ще ви издържи.

Свирка и тръстика

Изкачваме се до горния етаж на органа, откъдето се открива гледка към Голямата зала от горната точка, която е недостъпна за обикновен посетител на консерваторията. На сцената долу, където току-що приключи репетицията на струнния състав, се разхождат човечета с цигулки и виоли. Наталия Владимировна ми показва испанските регистри близо до комина. За разлика от други тръби, те не са вертикални, а хоризонтални. Оформяйки нещо като козирка над органа, те духат директно в залата. Създателят на органа на Голямата зала Аристид Кавайе-Кол произхожда от френско-испанско семейство на майстори на органи. Оттук и пиренейските традиции в инструмента на улица Болшая Никитская в Москва.

Между другото, за испанските регистри и регистрите като цяло. „Регистър“ е едно от ключовите понятия в дизайна на органа. Това е поредица от органни тръби с определен диаметър, образуващи хроматична гама според клавишите на тяхната клавиатура или част от нея.

В зависимост от гамата на тръбите, включени в състава им (скалата е съотношението на параметрите на тръбата, които са най-важни за характера и качеството на звука), регистрите дават звук с различна темброва окраска. Увлечен от сравненията с флейтата на Пан, почти пропуснах една тънкост: факт е, че не всички органни тръби (като тръстиките на стара флейта) са аерофони. Аерофонът е духов инструмент, в който звукът се формира в резултат на вибрациите на въздушен стълб. Те включват флейта, тромпет, туба, валдхорна. Но саксофонът, обойът, хармониката са в групата на идиофоните, тоест "самозвучащи". Тук не трепти въздухът, а езикът, оформен от въздушния поток. Налягането на въздуха и еластичната сила, противодействайки, карат тръстиката да трепери и разпространява звукови вълни, които се усилват от звънеца на инструмента като резонатор.

Повечето от тръбите в органа са аерофони. Те се наричат лабиални или свирещи. Идиофонните тръби представляват специална група регистри и се наричат тръстикови тръби.

Колко ръце има един органист?

Но как един музикант успява да накара всички тези хиляди тръби - дървени и метални, свирки и тръстика, отворени и затворени - десетки или стотици регистри... да прозвучат в точното време? За да разберем това, нека слезем за малко от горния слой на органа и отидем до амвона или пулта на органиста. Непосветеният при вида на това устройство трепери като пред таблото на модерен самолет. Няколко ръчни клавиатури - мануали (може да са пет или дори седем!), Един крак плюс някои други мистериозни педали. Има и много лостове за изпускане с надписи на дръжките. Защо всичко това?

Разбира се, органистът има само две ръце и няма да може да свири на всички мануали едновременно (в органа на Голямата зала има три, което също е доста). Необходими са няколко ръчни клавиатури, за да се разделят механично и функционално групи от регистри, точно както в компютъра един физически твърд диск се разделя на няколко виртуални. Така, например, първият мануал на органа на Голямата зала контролира тръбите на група (немският термин е Werk) от регистри, наречени Grand Orgue. Включва 14 регистъра. Второто ръководство (Positif Expressif) също отговаря за 14 регистъра. Третата клавиатура - Recit expressif - 12 регистъра. И накрая, 32-клавишният крачен превключвател, или "педал", работи с десет басови регистъра.

От гледна точка на неспециалист, дори 14 регистъра на една клавиатура е малко прекалено. В края на краищата, като натисне един клавиш, органистът е в състояние да накара 14 тръби да звучат наведнъж в различни регистъри (всъщност повече поради регистри като mixtura). И ако трябва да изсвирите нота само в един регистър или в няколко избрани? За тази цел всъщност се използват изпускателните лостове, разположени отдясно и отляво на ръководствата. Издърпвайки лоста с името на регистъра, изписан на дръжката, музикантът отваря нещо като амортисьор, който отваря въздуха към тръбите на определен регистър.

И така, за да изсвирите желаната нота в желания регистър, трябва да изберете ръчната или педалната клавиатура, която управлява този регистър, да издърпате лоста, съответстващ на този регистър, и да натиснете желания клавиш.

Мощен дъх

Последната част от нашето турне е посветена на въздуха. Самият въздух, който кара органа да звучи. Заедно с Наталия Владимировна слизаме на долния етаж и се озоваваме в просторна техническа стая, където няма нищо от тържественото настроение на Голямата зала. Бетонни подове, варосани стени, сводести дървени носещи конструкции, въздуховоди и електрически двигател. През първото десетилетие от съществуването на органа калканте рокерите работиха усилено тук. Четирима здрави мъже застанаха в редица, хванаха с две ръце пръчка, пронизана през стоманен пръстен на тезгяха, и последователно, ту с единия, ту с другия крак, натискаха лостовете, които надуваха козината. Смяната беше предвидена за два часа. Ако концертът или репетицията продължиха по-дълго, уморените рокаджии бяха заменени от свежи подкрепления.

Стари кожи, четири на брой, са оцелели до днес. Според Наталия Владимировна около консерваторията се носи легенда, че някога са се опитали да заменят работата на рокерите с конски сили. За това дори се твърди, че е създаден специален механизъм. Въпреки това, заедно с въздуха, миризмата на конска тор се издигна в Голямата зала и основателят на руската органна школа А.Ф. Gedike, поемайки първия акорд, раздвижи носа си недоволно и каза: "Вонси!"

Независимо дали тази легенда е вярна или не, през 1913 г. електрическият мотор окончателно измества мускулната сила. С помощта на макара той завърта вала, който от своя страна привежда в движение маншона чрез коляновия механизъм. Впоследствие тази схема също е изоставена и днес електрически вентилатор изпомпва въздух в органа.

В органа нагнетеният въздух навлиза в така наречените мехове за магазини, всеки от които е свързан с един от 12-те ветрила. Windlada е резервоар за сгъстен въздух, който прилича на дървена кутия, върху която всъщност са монтирани редици от тръби. На един windlad обикновено се поставят няколко регистъра. Големи тръби, които не разполагат с достатъчно място на вятъра, се монтират отстрани, а въздуховод под формата на метална тръба ги свързва с вятъра.

Вентилаторите на органа на Голямата зала (дизайнът „loopflade“) са разделени на две основни части. В долната част се поддържа постоянно налягане с помощта на козината на списанието. Горната част е разделена от херметични прегради на така наречените тонални канали. Всички тръби от различни регистри, управлявани от един клавиш на ръчния или педала, имат изход към тоналния канал. Всеки канал за тонове е свързан с дъното на накрайника чрез отвор, затворен от пружинен клапан. Когато се натисне клавиш през трактурата, движението се предава на клапата, тя се отваря и сгъстеният въздух навлиза нагоре в тоналния канал. Всички тръби, които имат достъп до този канал, на теория трябва да започнат да звучат, но ... това по правило не се случва. Факт е, че така наречените контури преминават през цялата горна част на windlad - амортисьори с отвори, разположени перпендикулярно на тоналните канали и имащи две позиции. При един от тях циклите покриват напълно всички тръби на даден регистър във всички тонални канали. При другия регистърът е отворен и тръбите му започват да звучат веднага щом след натискане на клавиш въздухът влезе в съответния тонов канал. Управлението на контурите, както може би се досещате, се осъществява от лостове на дистанционното управление през пътеката на регистъра. Просто казано, клавишите позволяват на всички тръби да звучат в техните тонални канали, а лууповете определят любимите.

Благодарим на ръководството на Московската държавна консерватория и Наталия Владимировна Малина за помощта им при подготовката на тази статия.