Коя схема за свързване на отоплителната батерия е по-добра - опции и методи на свързване, предимства и недостатъци. Коя схема за свързване на отоплителната батерия е по-добра - опции и методи на свързване, предимства и недостатъци Разлики между основните видове свързване

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 за това какви са схемите за свързване на радиатори за отопление в жилищна сграда, каква е особеността на всеки от тях, както и какви фактори трябва да се вземат предвид при избора на определена 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 положителни отзиви от клиенти. Да разчитате 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.

Въпреки това, ако все пак искате сами да се справите с тръбопроводите към отоплителните радиатори, обърнете внимание на следните фактори:

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

Съвременният потребител е представен с 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 размера и външния вид, но и в методите на доставка, както и степента на топлопреминаване. Всички тези фактори ще повлияят на избора на опции за свързване на радиатори за отопление.

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

По правило радиаторите се поставят под прозорци или в кейовете между тях, ако прозорците са на голямо разстояние един от друг, както и в ъглите или по протежение на празната стена на стаята, в банята, коридора, килера , често по стълбищата на жилищни сгради.

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

Преди да свържете отоплителната 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 см, а между уреда и пода трябва да има най-малко 6 см разстояние. Най-добре е да оставите 10-12 см.

Моля, имайте предвид, че не само топлопреминаването на батерията, но и нивото на топлинните загуби ще зависи от правилния избор на методи за свързване на радиатори за отопление 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 по време на монтажа са допуснати грешки, 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 типове връзки на батериите

Всички възможни видове свързване на радиатори за отопление се различават по вида на тръбите. 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 това коя опция за свързване на тръби към радиатори е избрана, схемата на тяхното свързване ще зависи пряко. В отоплителните 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 достатъчно топлина влиза в стаята за нейното висококачествено отопление.

Описаните видове тръбно окабеляване се наричат система за свързване с тройник. Има обаче друго разнообразие - това е колекторна верига или окабеляване на лъча. Когато го използвате, 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 отоплителният кръг се полага в пода и не разваля интериора на помещението.

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

Схема с една тръба

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 същата тръба, като постепенно преминава през всички нагревателни устройства. В този случай е много важно вътрешната секция на тръбата да е достатъчна, 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 смята, че подобна 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 затопли апартамента правилно.

Спестяванията при подреждането на еднотръбна отоплителна система наистина се случват, но само ако се използва вертикален 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, като се започне от върха.

Тъй като охлаждащата течност достига долните етажи, нейната температура постепенно намалява. За да се компенсира 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 се извършва 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, който се движи към отоплителния резервоар. По този начин, когато инсталирате отоплителни радиатори с долна връзка или друг вид връзване, всички батерии се затоплят равномерно, тъй като в тях влиза вода с приблизително същата температура.

Струва си да се отбележи, че двутръбната верига при свързване на батерии с по-ниска 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 типове 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 радиатори за отопление. 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 върху 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 изрязват от едната страна на радиатора.

Страничната връзка често се използва в жилищни сгради с вертикален щранг. Моля, имайте предвид, че преди да свържете радиатор за отопление със странична връзка, е необходимо да инсталирате байпас и клапан върху него. Това ще ви позволи свободно да изваждате 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, с такава връзка ще има значителни топлинни загуби.

Характеристики на опцията за долна тръба

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

В продажба можете да намерите голям брой отоплителни уреди, в които производителите осигуряват по-ниско захранване на радиатори за отопление. Предлагат се в различни размери и конфигурации. В същото време, за да не се повреди батерията, си струва да разгледате паспорта на продукта, където е предписан методът на свързване на един или друг модел оборудване. Обикновено в модула за свързване на акумулатора 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 радиатори за отопление с долна връзка.

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

Моля, имайте предвид, че при отоплителни системи с естествена циркулация долното свързване на радиатори е нежелателно. Въпреки това, 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 на свързване на радиатори се характеризира с най-малка загуба на топлина. 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 свързване е подходящ както за еднотръбни, така и за двутръбни отоплителни системи.

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

Горещият поток на охлаждащата течност влиза в горния отвор на радиатора и след това, преминавайки през всички секции, излиза от долния страничен отвор от 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 вътре в отоплителния кръг. Има два вида циркулация - естествена и принудителна.

Естествената циркулация на течността вътре в отоплителния кръг се постига чрез прилагане на физични закони, като не е необходимо да се монтира допълнително оборудване. Това е възможно 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 резервоар, 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 чрез гравитация.

За да се осигури свободно 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 вода варира в зависимост от нейната температура. Когато водата се нагрява, циркулационното налягане се увеличава, което осигурява равномерно отопление на помещението.

В системи с естествена циркулация на течността е възможно да се монтира радиатор с долна връзка, предвидена двутръбна връзка, както и да се използва горна схема на окабеляване в едно- и двутръбна верига. По правило този тип циркулация се извършва само в малки къщи.

Моля, имайте предвид, че на батериите трябва да има вентилационни отвори, през които могат да се отстранят въздушните ключалки. Като алтернатива, щранговете могат да бъдат оборудвани с автоматични вентилационни отвори. Препоръчително е да поставите отоплителния котел под нивото на отопляемото помещение, например в мазето.

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 брави.

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

Защо е важно правилното свързване на радиатори 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 проектирането на специалисти.

За къщи с малка площ можете сами да се справите с избора на схема на окабеляване и инсталиране на батерии. Необходимо е само да се вземе предвид качеството на конкретна схема на свързване и да се проучат характеристиките на инсталационните работи.

Моля, имайте предвид, че тръбите и радиаторите трябва да бъдат направени от същия 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 радиатори за отопление може да се извърши независимо. Добре подбраната схема за свързване на тръби към радиатори ще сведе до минимум загубата на топлина, така че отоплителните устройства да работят с максимална ефективност.

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 разреза в тръбата и резониращия в нейната кухина въздушен стълб.

Никой музикален инструмент не може да се сравни с органа по сила, тембър, обхват, тоналност и величие на звука. Подобно на много музикални инструменти, структурата на органа непрекъснато се подобрява с усилията на много поколения опитни майстори, които бавно натрупват опит и знания. До края на XVII век. тялото основно придоби съвременната си форма. Двамата най-видни физици на 19 век. Херман фон Хелмхолц и лорд Рейли излагат противоположни теории, обясняващи основния механизъм за образуване на звуци в тръби за органи, но поради липса на необходимите инструменти и инструменти, спорът им така и не е разрешен. С появата на осцилоскопи и други съвременни инструменти стана възможно да се проучи подробно механизмът на действие на орган. Оказа се, че както теорията на Хелмхолц, така и теорията на Рейли са валидни за определени налягания, при които въздухът се вкарва в тръбата на органа. По-нататък в статията ще бъдат представени резултатите от последните изследвания, 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, прищипвайки края на тръбата, духате въздух, причинявайки трептене на стените й. 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 голям диапазон от честоти.

Успоредно с това бяха създадени такива инструменти, в които всяка тръба трябваше 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 духат през 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 зъбни колела. Органът датира от древни времена. Глинени фигурки, изобразяващи музиканти, свирещи на инструмент, направен от много мехови тръби, са направени 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, построена през X век. за Уинчестърската катедрала в Англия, имаше 400 метални тръби, 26 духала и две клавиатури с 40 клавиша, където всеки клавиш управляваше десет тръби. През следващите векове устройството на органа се усъвършенства механично и музикално и още през 1429 г. в катедралата на Амиен е построен орган с 2500 тръби. Германия към края на 17 век. органи вече са придобили съвременната си форма.

Органът, инсталиран през 1979 г. в концертната зала на операта в Сидни в Австралия, е най-големият и най-съвършен в техническо отношение 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 една крака. Органът може да се управлява автоматично от магнитна лента, на която преди това е записано дигитално изпълнението на музиканта.

Термини, използвани за описание устройства за органи, отразяват произхода им от тръбни духови инструменти, в които въздухът е бил издухан от устата. Тръбите на органа са отворени отгоре, а отдолу имат стеснена конична форма. През сплескана част, над конуса, минава „устието“ на тръбата (разрез). 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 чрез големи мехове и навлиза в нейната конусовидна основа при налягане от 500 до 1000 паскала (5 до 10 cm воден стълб). Когато при натискане на съответния педал и клавиш въздухът навлезе в тръбата, той се втурва нагоре, образувайки се при излизане лабиална фисураширок плосък поток. Въздушна струя преминава през отвора 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 става този внезапен преход от тишина към звук в тромпета е много сложен и интересен, но не се разглежда в тази статия. Разговорът ще бъде основно за процесите, които осигуряват непрекъснат звук на органовите тръби и създават характерната им тоналност.

Тръбата на органа се възбужда от въздуха, влизащ в долния му край и образувайки струя, докато преминава през пролуката между долната устна и езика. В секцията струята взаимодейства с въздушния стълб в тръбата близо до горната устна и преминава или вътре в тръбата, или извън нея. Във въздушния стълб се създават стационарни трептения, които предизвикват звук на тръбата. Въздушното налягане, което варира според закона на стоящите вълни, е показано с цветно засенчване. В горния край на тръбата е монтиран подвижна втулка или щепсел, който ви позволява леко да промените дължината на въздушния стълб 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 за флуидни и газови потоци. Оказа се обаче, че е много трудно теоретично да се разгледа движението дори на постоянен, плавен, ламинарен поток, тъй като за напълно турбулентна въздушна струя, която се движи в тръба на орган, нейният анализ е невероятно сложен. За щастие турбуленцията, която е сложна форма на движение на въздуха, всъщност опростява естеството на въздушния поток. Ако този поток беше ламинарен, тогава взаимодействието на въздушната струя с околната среда ще зависи от техния вискозитет. В нашия случай турбулентността замества вискозитета като определящ фактор на взаимодействие право пропорционално на ширината на въздушния поток. По време на конструкцията на органа се обръща специално внимание на гарантирането, че въздушните потоци в тръбите 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 сравнително прост. Кривата, изобразяваща промяната в скоростта на потока в зависимост от разстоянието от централната равнина на неговия участък, 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 слота. Тази зависимост се потвърждава както от изчисления, така и от експериментални резултати (като се вземе предвид малка преходна област близо до лабиалната междина).

При 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 успява да снима ламинарния поток от опушен въздух в звуковото поле. Изображенията показват образуването на криволичещи 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 подобно изследване, проведено от Дж. Колтман 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 тръбите на органите бяха разработени. Всъщност дори Рейли даде задълбочено и почти пълно математическо описание на ламинарните потоци от невидима среда. Тъй като беше установено, че турбуленцията не усложнява, а опростява физическата картина на въздушните струни, беше възможно да се използва методът на Rayleigh с леки модификации за описване на въздушните потоци, експериментално получени и изследвани от Колтман и нашата група.

Ако нямаше лабиален процеп 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 останал въздух в отвора на тръбата под въздействието на акустични вибрации. В действителност, когато струята напусне слота, тя ефективно се стабилизира от самия слот. Този ефект може да се сравни с резултата от налагането върху общото осцилаторно движение на въздуха в звуковото поле на строго балансирано смесване, локализирано в равнината на хоризонтален ръб. Това локализирано смесване, което има същата честота и амплитуда като звуковото поле и в резултат създава нулево смесване на струята при хоризонталното перко, се съхранява в движещия се въздушен поток и създава извита вълна.

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

Както Rayleigh показа за типа струя, който е изследвал, и както 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 се удвоява, когато вълната се движи един милиметър и нейният ефект бързо става доминиращ над простото възвратно-постъпателно странично движение, причинено от звуковите вибрации.

Установено е, че най-високата скорост на нарастване на вълната се постига, когато дължината й 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 органови тръби.

Нека сега разгледаме ефекта на звуковото поле на тръба на орган върху въздушна струя. Лесно е да си представим, че акустичните вълни на звуковото поле в отвора 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. Прилича на картина, когато вече се бута люлка. Въздушният стълб в тръбата вече се осцилира и когато поривите на въздуха навлизат в тръбата в синхрон с вибрациите, те запазват своята вибрационна сила въпреки различните загуби на енергия, свързани с разпространението на звука и триенето на въздуха в 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 серия от последователни рамки, когато излиза от лабиалния процеп 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 устието създава криволичеща вълна, движеща се със скорост, половината от тази на въздуха в централната равнина на струята и нарастваща експоненциално, докато амплитудата й надвиши ширината на самата струя. Хоризонталните разрези показват сегментите от пътя, които вълната преминава в струята в последователни четвърти от периода на трептене. т. Секущите линии се приближават една към друга, когато скоростта на струята намалява. В тръбата на органа горната устна се намира на мястото, обозначено със стрелката. Въздушната струя последователно излиза и влиза в тръбата.

Измерването на звукопродуциращите свойства на въздушната струя може да се извърши чрез поставяне на клинове от филц или пяна в отворения край на тръбата за предотвратяване на звук 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 секцията „уста“. Взаимодействието на струята със стоящата вълна вътре в тръбата се измерва с помощта на преносим тестерен микрофон. По този начин е възможно да се установи дали въздушната струя увеличава или намалява енергията на отразената вълна в долната част на тръбата. За да звучи тръбата, струята трябва да увеличи енергията. Резултатите от измерването се изразяват като акустична "проводимост", дефинирана като съотношението на акустичния поток на изхода от участъка « уста" до звуковото налягане непосредствено 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 възникването на акустични трептения в отвора на тръбата и момента на пристигане на следващата част от въздушната струя върху горната част на процепа се определя от интервала от време, през който вълната във въздушния поток преминава разстоянието от лабиалния прорез до горната устна. Създателите на органи наричат това разстояние "подрязване". Ако "подрязването" е голямо или налягането (и следователно скоростта на движение) на въздуха е ниска, тогава времето за движение ще бъде голямо. Обратно, ако "подрязването" е малко или налягането на въздуха 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 въздушния поток върху вътрешния ръб на горната устна, е необходимо да се проучи по-подробно естеството на ефекта на тези пропорции на въздушния стълб. Хелмхолц смята, че основният фактор тук е количеството въздушен поток, доставян от струята. Следователно, за да могат частите от 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 слотът е разположен относително близо до отворения край на тръбата, акустичните вълни в слота, които са засегнати от въздушната струя, не могат да създадат голямо налягане. Рейли вярвал, че въздушният поток, влизайки в тръбата, всъщност се натъква на препятствие и почти спира, което бързо създава високо налягане в него, което се отразява на движението му в тръбата. Следователно, според Рейли, въздушната струя ще предаде максимално количество енергия, ако влезе в тръбата в момента, когато не налягането, а самият поток от акустични вълни е максимален. Изместването между тези два максимума е една четвърт от периода на трептене на въздушния стълб в тръбата. Ако направим аналогия с люлката, тогава 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 процепа 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 е в лявата половина на спиралата, което се получава, когато струята се компенсира или изгасва 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 Релей. 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) при дадено отклонение на струята не е симетрична по отношение на нулевата стойност на отклонение, тъй като ръбът на тръбата е проектиран така, че да отрязва струята не по централната й равнина. Когато струята се отклонява по обикновена 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 напълно излиза от тръбата. С още по-голяма амплитуда, въздушният поток се насища и в другата крайна точка на отклонение, когато струята навлиза напълно в тръбата. Изместването на устната придава на потока асиметрична форма на вълната, чиито обертони имат честоти, кратни на честотата на отклоняващата вълна.

В продължение на 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. Елер 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 основен е механизмът на Хелмхолц при ниски налягания и високи честоти, а механизмът на Рейли при високи налягания и ниски честоти. За органови 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 тръбата на органа, когато далечният й край е затворен с филцови или пяна звукопоглъщащи клинове, които предотвратяват звука 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 падащите и отразените вълни взаимодействат вътре в тръбата, създавайки стояща вълна. Чрез измерване с малък сонден микрофон 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 измервахме "акустичната проводимост" на въздушната струя, която се определя от съотношението на акустичния поток на изхода на процепа, създаден от присъствието на струята, към акустичното налягане директно вътре в процепа. Акустичната проводимост се характеризира с големина и фазов ъгъл, които могат да бъдат представени графично като функция на честотата или налягането на разряда. Ако представим графика на проводимостта с независима промяна в 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 на фазата на извивната вълна, която възниква в струята под въздействието на акустични вибрации в тръбата. Закъснение от 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, се вписват в една и съща спирала.

Ако налягането остане постоянно и честотата на входящите звукови вълни се увеличава, тогава точките, показващи големината на проводимостта, се приближават по спирала към средата й 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 тръби са изработени от метал, някои са направени от дърво. Дължината на звуковата 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 позволи да намерят най-добрите пропорции, осигуряващи стабилен звуков тембър.

Когато точката на проводимост е в дясната половина на спиралата, струята взема енергия от потока в тръбата и следователно има загуба на енергия. С позицията на точката в лявата половина, струята ще предаде 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. Стойността на ъгъла, характеризиращ фазовото изоставане, зависи от коя схема - Helmholtz или Rayleigh - се извършва основното възбуждане на тръбата и това, както е показано, се определя от стойностите на налягането и честотата. Този ъгъл обаче, измерен от дясната страна на хоризонталната ос (десен квадрант), никога не е значително по-голям от нула.

Тъй като 360° около обиколката на спиралата съответства на фазово изоставане, равно на дължината на вълната на навиването, разпространяваща се по въздушната струя, величината на такова изоставане от много по-малко от една четвърт от дължината на вълната до почти три четвърти от нейната дължина ще лежи върху спиралата от централната линия, тоест в тази част, където струята действа като генератор на звукови вибрации. Ние също така видяхме, че при постоянна честота фазовото забавяне е функция от налягането на впръсквания въздух, което влияе както на скоростта на самата струя, така и на скоростта на разпространение на криволичещата вълна по протежение на струята. Тъй като скоростта на такава вълна е половината от скоростта на струята, което от своя страна е право пропорционално на корен квадратен от налягането, промяната 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 фактор девет, преди тромпетът 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 завоя на спиралата могат да отидат далеч вляво. Само още един такъв контур, чието местоположение съответства на около три полувълни в струята, може да накара тръбата да звучи. Тъй като проводимостта на струните в тази точка е ниска, произвежданият звук е по-слаб от всеки звук, съответстващ на точка от външния завой на спиралата.

Формата на проводящата спирала може да стане още по-сложна, ако отклонението в горната устна надвишава ширината на самата струя. В този случай струята почти напълно се издухва от тръбата и се издухва обратно в нея при всеки цикъл на преместване и количеството енергия, което тя придава 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 проводимата спирала.

Намаляването на ефективността на струята с увеличаване на амплитудата на отклонение е придружено от увеличаване на енергийните загуби 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 турбуленция и вискозитет са много по-високи от загубите, свързани с разсейването на звукови вълни през процепа и отворените краища на тръбата.

Разрез на тръба на орган от тип диапазон, който показва, че езикът има прорез за създаване на равномерно турбулентно движение на въздушния поток. 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 се вижда ясно 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 обертони са точни хармоници на основната честота и се различават от нея цял брой пъти. При постоянни условия на 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 вибрации на въздушния стълб в органната 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 ръба на процепа, а самата тръба служи за по-високочестотни обертони главно като пасивен резонатор.

Резонансните вибрации в тръбата се създават при най-голямото движение на въздуха в нейните отвори. С други думи, проводимостта в тръбата на органа 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 звукови вибрации се вписват в дължината на тръбата. Ако обозначим основната честота като е 1, тогава по-високите резонансни честоти ще бъдат 2 е 1 , 3е 1 и т.н. (Всъщност, както вече беше посочено, най-високите резонансни честоти винаги са малко по-високи от тези стойности.)

В тръба със затворен или заглушен кон с далечни разстояния възникват резонансни трептения при честоти, при които нечетен брой четвърти от дължината на вълната се вписват в дължината на тръбата. Следователно, за да звучи на същата нота, затворената тръба може да бъде наполовина по-дълга от отворената и нейните резонансни честоти ще бъдат е 1 , 3е 1 , 5е 1 и т.н.

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

Сега да се върнем към въздушния поток в тръбата на органа. Виждаме, че високочестотните вълнови смущения постепенно затихват с увеличаване на ширината на струята. В резултат на това краят на струята близо до горната устна осцилира почти синусоидално на основната честота на звученето на тръбата и почти независимо от по-високите хармоници на колебанията на акустичното поле в близост до отвора 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 с екстремно отклонение във всяка посока, той тече напълно или отвътре или от външната страна на горната устна. Освен това устната обикновено е малко изместена и отрязва потока не точно по централната му равнина, така че насищането да не е симетрично. Следователно, флуктуацията на потока в тръбата има пълен набор от хармоници на основната честота със строго определено съотношение на честоти и фази и относителните амплитуди на тези високочестотни хармоници бързо се увеличават с увеличаване на амплитудата на отклонението на въздушната струя .

При конвенционална тръба за органи, размерът на отклонение на струята в процепа е съизмерим с ширината на струята при горната устна. В резултат на това във въздушния поток се създават голям брой обертонове. Ако устната раздели струята строго симетрично, в звука няма да има равномерни обертонове. Така че обикновено устните се смесват, за да се запазят всички обертонове.

Както може да очаквате, отворените и затворените тръби създават различни качества на звука. Честотите на обертоновете, създадени от струята, са кратни на основната честота на трептене на струята. Въздушен стълб в тръбата ще резонира силно с определен обертон само ако акустичната проводимост на тръбата е висока. В този случай ще има рязко увеличаване на амплитудата при честота, близка до честотата на обертона. Следователно, в затворена тръба, където се създават само обертони с нечетен брой резонансна честота, всички останали обертони се потискат. Резултатът е характерен "заглушен" звук, в който дори обертоновете са слаби, макар и не напълно да липсват. 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, дължащи се на вътрешно триене и пренос на топлина, и загуби поради излъчване през процепа и отворения край на тръбата. Загубите от първия тип са по-значителни при тесни тръби и при ниски честоти на трептене. За широки тръби и при висока честота на трептене загубите от втория тип са значителни.

Влиянието на местоположението на устната върху създаването на обертонов показва целесъобразността на изместването на устната. Ако устната раздели струята стриктно 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 за определена основна честота, широките тръби могат да служат като добри резонатори само за основния тон и следващите няколко обертона, които образуват приглушен "флейтоподобен" звук. Тесните тръби служат като добри резонатори за широк спектър от обертони 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 принципали или диапазони.

В допълнение, голям орган може да има редици от тръби с конично тяло, перфорирана тапа или други геометрични вариации. Такива дизайни са предназначени да модифицират резонансните честоти на тромпета и понякога да увеличат обхвата на високочестотните обертони, за да се получи тембър със специално звуково оцветяване. Изборът на материала, 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 ще се създаде първият обертон в струята е 1 на една четвърт от дължината на основната вълна, точката на проводящата спирала, съответстваща на този обертон, ще се премести в дясната си половина и струята ще престане да създава обертон с тази честота. В същото време честотата на втория обертон 2 е 1 съответства на полувълна в струята и може да бъде стабилна. Следователно звукът на тромпета ще достигне този втори обертон, почти цяла октава над първия, а точната честота на трептене ще зависи от резонансната честота на тромпетата и налягането на подавания въздух.

По-нататъшно повишаване на налягането на изпускане може да доведе до образуването на следващия обертон 3 е 1 при условие, че "подрязването" на устната не е твърде голямо. От друга страна, често се случва ниско налягане, недостатъчно за формиране на основния тон, постепенно да създава един от обертоновете на втория завой на проводящата спирала. Такива звуци, създадени с излишък или липса на натиск, представляват интерес за лабораторни изследвания, но се използват изключително рядко в самите органи, само за да се постигне 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 колебателния цикъл; през втората половина на цикъла посоката на движение се обръща. Римските цифри означават хармонични 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 « главен » характер.

След като майсторът в производството на органа е изработил една тръба с необходимия звук, неговата основна и най-трудна задача е да създаде цялата серия от тръби с подходящ обем и хармония в звука в целия музикален диапазон на клавиатурата. Това не може да се постигне с обикновен 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 трептенията 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 степен k, където k е по-малко от 1. Следователно дългите басови 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, тя трябва да бъде намалена до 0,75. Тази стойност на k е много близка до тази, определена емпирично от големите 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 от регистри, съответстват на редовете на матрицата. Всички тръби от един и същи регистър имат еднакъв тон и всяка тръба съответства на една нота на ръчната или крачната клавиатура. 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 нота и съставляващи колона на матрицата, се регулира от съответния клавиш на клавиатурата. Тръбата ще звучи само ако се премести лостът на регистъра, в който се намира и се натисне желаният клавиш.

Разположението на тръбите на органа наподобява редовете и колоните на матрица. В тази опростена диаграма всеки ред, наречен регистър, се състои от тръби от същия 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 и 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 днешно време могат да се използват различни начини за реализиране на такава схема с помощта на цифрови логически устройства и електрически управлявани клапани 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 потока на въздух към целия регистър. Тази проста и надеждна механична система, в допълнение към своите конструктивни предимства, позволи на органиста сам да регулира скоростта на отваряне на всички клапани и сякаш направи този твърде механичен музикален инструмент по-близо до себе си.

През XIX в началото на XX век. големи органи бяха изградени с всякакви електромеханични и електропневматични устройства, но напоследък отново се дава предпочитание на механичните предавания от клавиши и педали, а сложните електронни устройства се използват за едновременно включване на комбинации от регистри по време на свирене на орган. Например, най-големият орган в света е монтиран в концертната зала на операта в Сидни през 1979 г. Той има 10 500 тръби в 205 регистъра, разпределени между пет ръчни и еднокрачни клавиатури. Управлението с ключ 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. Контролът 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. По този начин великолепният наситен звук на величествения орган е създаден от комбинация от най-модерните постижения на съвременните технологии и традиционни техники и принципи, използвани от майстори от миналото в продължение на много векове.

Когато незабележимата боядисана в бежов цвят врата се отвори, само няколко дървени стъпала привлякоха погледа ми от тъмнината. Непосредствено зад вратата се издига мощна дървена кутия, наподобяваща вентилационна кутия. „Внимавайте, това е тръба за орган, 32 фута, регистър на бас флейта“, предупреди моят водач. — Чакай, ще запаля лампата. Чакам търпеливо, очаквайки една от най-интересните екскурзии в живота си. 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 чиито стени ви гледат портрети на Бах, Чайковски, Моцарт, Бетовен... Все пак всичко, което е отворено за окото на зрителя, е конзолата на органиста обърнат към залата със задната си страна и леко художествен дървен "Проспект" с вертикални метални тръби. Гледайки фасадата на органа, непосветените няма да разберат как и защо свири този уникален инструмент. За да разкриете неговите тайни, ще трябва да погледнете въпроса от различен ъгъл. буквално.

Наталия Владимировна Малина, уредникът на орган, учител, музикант и майстор на орган, 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 мистицизма и суеверието: просто, движейки се назад или настрани, неопитен човек може да стъпи на една от тръбите на органа или да я докосне. А тръбите са хиляди.

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 различни дължини, свързани заедно. Ако духате под ъгъл в устата на най-късия, ще се чуе тънък висок звук. По-дългите тръстики звучат по-ниско.

Забавен инструмент е хармоника с необичайни за този инструмент тръби. Но почти същият дизайн може да се намери във всеки голям орган (като този, показан на снимката вдясно) - така са подредени тръбите на „тръстикови“ органи

Звукът на три хиляди тръби. Обща схема Диаграмата показва опростена схема 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 диаграмата не са показани маншона, който поддържа постоянно налягане в предния капак и лостовете на Barker (те са на снимките). Липсва и педал (крачна клавиатура)

За разлика от обикновената флейта, не можете да промените височината на звука на отделна тръба, така че флейтата на Пан може да свири точно толкова ноти, колкото има тръстики в нея. За да накара инструментът да издава много ниски звуци, е необходимо в състава му да се включат тръби с голяма дължина и голям диаметър. Възможно е да се направят много пан флейти с тръби от различни материали и различни диаметри и след това 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 флейти вертикално, снабдим всяка отделна тръба с вентил за входящ въздух, измислим механизъм, който ще ни даде възможност да управляваме всички клапани от клавиатурата и накрая да създадем дизайн за изпомпване на въздух с неговата последващо разпространение, току-що получихме орган.

На стар кораб

Тръбите в органите са изработени 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-силна, ако има повече олово, извлеченият звук е по-глух, „памучен”.

Сплавта от калай и олово е много мека, поради което тръбите на органите се деформират лесно. Ако голяма метална тръба бъде положена отстрани, след известно време тя ще придобие овална секция под собственото си тегло, което неизбежно ще се отрази 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 неловко я хванете, майсторът на органа ще има нови проблеми: тръбата ще трябва да бъде „излекувана“ - изправена или дори запоена.

Органът, в който се намирам, далеч не е най-големият в света и дори в Русия. По размер и брой тръби отстъпва на органите на Московския дом на музиката, Катедралата в Калининград и Концертната зала. Чайковски. Основните рекордьори са отвъд океана: 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 дори и този значителен брой не може да бъде поставен компактно в една равнина. Органът вътре е на няколко нива, върху които са монтирани тръби в редове. За достъпа на майстора на органа до тръбите, на всяко ниво е направен тесен проход под формата на дъска. Нивата са свързани помежду си със стълби, в които ролята на стъпалата се изпълнява от обикновени напречни греди. Вътре в органа е претъпкано и движението между нивата изисква известна сръчност.

„Опитът ми е, че – казва Наталия Владимировна Малина, – за майстор на органи е най-добре да е слаб и лек. Тук е трудно да работи човек с други измерения, без да повреди инструмента. Наскоро един електротехник - тежък мъж - сменяше крушка на орган, препъна се и счупи няколко дъски от дъсчения покрив. Няма пострадали и пострадали, но падналите дъски повредиха 30 тръби на орган.

Мислено преценявайки, че чифт майстори на органи с идеални пропорции лесно биха се побрали в тялото ми, аз предпазливо хвърлям поглед към крехките на вид стълби, водещи към горните етажи. „Не се притеснявай – успокоява ме Наталия Владимировна, – просто върви напред и повтори движенията след мен. Структурата 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 ансамбъл, човечета се разхождат 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 своеобразна козирка над органа, те духат директно в залата. Създателят на органа на Голямата зала, Аристид Кавайле-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 органови тръби с определен диаметър, образуващи хроматична скала според клавишите на клавиатурата или част от нея.

В зависимост от мащаба 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 различен тембърен цвят. Увлечен от сравнения с флейтата на Пан, почти пропуснах една тънкост: факт е, че не всички тръби за орган (като тръстиките на стара флейта) са аерофони. Аерофонът е духов инструмент, при който звукът се образува в резултат на вибрациите на въздушен стълб. Те включват флейта, тромпет, туба, рог. Но саксофонът, обойът, хармониката са в групата на идиофоните, тоест „самозвучните“. Тук трепти не въздухът, а езикът, опростен от въздушния поток. Въздушното налягане и еластичната сила, противодействайки им, карат тръстиката да трепери и да разпространява звукови вълни, които се усилват от звънеца на инструмента като резонатор.

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

Колко ръце има органистът?

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

Разбира се, органистът има само две ръце и няма да може да свири на всички ръководства 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 регистри, както в компютъра един физически твърд диск е разделен на няколко виртуални. Така например, първият наръчник на органа на Голямата зала контролира тръбите на група (немският термин е Werk) от регистри, наречена Голямата орга. Включва 14 регистъра. Второто ръководство (Positif Expressif) също отговаря за 14 регистъра. Третата клавиатура - Recit expressif - 12 регистъра. И накрая, крачният превключвател с 32 клавиша или "педалът" работи с десет басови регистъра.

Аргументирайки от гледна точка на лаик, дори 14 регистъра за една клавиатура е някак си прекалено. В крайна сметка, с натискане на един клавиш, органистът може да накара 14 тръби да звучат наведнъж в различни регистри (всъщност повече заради регистри като mixtura). А ако трябва да изсвирите нота само в един регистър или в няколко избрани? За целта всъщност се използват изпускателните лостове, разположени вдясно и вляво от ръководствата. Издърпвайки лоста с името на регистъра, изписано на дръжката, музикантът отваря един вид амортисьор, който отваря въздуха към тръбите на определен регистър.

Така че, за да възпроизведете желаната нота в желания регистър, трябва да изберете ръчната или педална клавиатура, която управлява този регистър, да издърпате лоста, съответстващ на този регистър, и да натиснете желания клавиш.

Мощен дъх

Последната част от нашата обиколка е посветена на въздуха. Самият въздух, който издава звука на органа. Заедно с Наталия Владимировна слизаме на етажа по-долу и се озоваваме в просторно техническо помещение, където няма нищо от тържественото настроение на Голямата зала. Бетонни подове, варосани стени, дъговидни дървени подпорни конструкции, въздуховоди и електродвигател. През първото десетилетие от съществуването на органа тук са работили упорито calcante рокери. Четирима здрави мъже застанаха в редица, хванаха с двете си ръце пръчка, пронизана през стоманен пръстен на плота, и последователно с единия или с другия крак натискаха лостовете, които надуха козината. Смяната беше насрочена за два часа. Ако концертът или репетицията продължиха по-дълго, уморените рокаджии бяха заменени от свежи подкрепления.

До днес са оцелели стари кожи, четири на брой. Според Наталия Владимировна около консерваторията има легенда, че някога са се опитали да заменят работата на рокерите с конска сила. За това се твърди, че дори е създаден специален механизъм. Въпреки това, заедно с въздуха, миризмата на конски тор се издигаше в Голямата зала, а основателят на руската органна школа А.Ф. Гедике, като взе първия акорд, раздвижи носа си недоволно и каза: „Смърди!

Независимо дали тази легенда е вярна или не, през 1913 г. електрическият мотор най-накрая замени мускулната сила. С помощта на макара той завъртя вала, който от своя страна приведе маншона в движение чрез манивелата. Впоследствие тази схема също беше изоставена и днес електрически вентилатор изпомпва въздух в органа.

В органа принудителният въздух навлиза в така наречените мехове на пълнителя, всеки от които е свързан с един от 12-те витла. Windlada е резервоар за сгъстен въздух, който прилича на дървена кутия, върху която всъщност са монтирани редици тръби. Върху един намотка обикновено се поставят няколко регистъра. Големи тръби, които нямат достатъчно място на ветровика, са монтирани отстрани, а въздуховод под формата на метална тръба ги свързва с ветровика.

Навивките на органа на Голямата зала (дизайнът „loopflade“) са разделени на две основни части. В долната част с помощта на списание козина се поддържа постоянен натиск. Горната част е разделена от херметични прегради на така наречените тонални канали. Всички тръби от различни регистри, управлявани от един клавиш на ръчния или педал, имат изход към тон канала. Всеки тонален канал е свързан към дъното на намоталото чрез отвор, затворен от пружинен клапан. Когато се натисне клавиш през трактора, движението се предава на клапана, той се отваря и сгъстен въздух навлиза нагоре в тоналния канал. Всички тръби, които имат достъп до този канал, на теория трябва да започнат да звучат, но ... това, като правило, не се случва. Факт е, че така наречените бримки преминават през цялата горна част на ветровика - амортисьори с отвори, разположени перпендикулярно на тоналните канали и имащи две позиции. В един от тях циклите покриват напълно всички тръби от даден регистър във всички тонални канали. В другия регистърът е отворен и тръбите му започват да звучат веднага щом след натискане на клавиш въздухът навлезе в съответния тонален канал. Управлението на циклите, както се досещате, се осъществява от лостове на дистанционното управление през пътя на регистъра. Просто казано, клавишите позволяват на всички тръби да звучат в техните тонални канали, а лууповете определят предпочитаните.

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