Quel schéma de connexion de la batterie de chauffage est le meilleur - options et méthodes de connexion, avantages et inconvénients. Quel schéma de connexion de batterie de chauffage est le meilleur - options et méthodes de connexion, avantages et inconvénients Connexion en diagonale

Lorsque la porte discrète peinte en beige s'est ouverte, seules quelques marches en bois ont attiré mon attention dans l'obscurité. Immédiatement derrière la porte, une puissante caisse en bois ressemblant à une caisse de ventilation monte. "Attention, c'est un tuyau d'orgue, 32 pieds, registre de flûte basse", a averti mon guide. "Attendez, je vais allumer la lumière." J'attends patiemment, anticipant l'une des excursions les plus intéressantes de ma vie. Devant moi se trouve l'entrée de l'orgue. C'est le seul instrument de musique que vous pouvez entrer à l'intérieur.

Le corps a plus de cent ans. Il se dresse dans la Grande Salle du Conservatoire de Moscou, la salle très célèbre, des murs de laquelle des portraits de Bach, Tchaïkovski, Mozart, Beethoven vous regardent ... Cependant, tout ce qui est ouvert à l'œil du spectateur est celui de l'organiste console tournée vers le hall avec sa face arrière et une " Prospect " en bois légèrement arty avec des tuyaux métalliques verticaux. En regardant la façade de l'orgue, les non-initiés ne comprendront pas comment et pourquoi cet instrument unique joue. Pour dévoiler ses secrets, vous devrez aborder la question sous un autre angle. Littéralement.

Natalya Vladimirovna Malina, conservatrice de l'orgue, enseignante, musicienne et maître d'orgue, a gentiment accepté de devenir ma guide. "On ne peut avancer que dans l'orgue", m'explique-t-elle sévèrement. Cette exigence n'a rien à voir avec le mysticisme et la superstition : simplement, en reculant ou de côté, une personne inexpérimentée peut marcher sur l'un des tuyaux de l'orgue ou le toucher. Et il y a des milliers de tuyaux.

Le principe de base de l'orgue, qui le distingue de la plupart des instruments à vent : un tuyau - une note. La flûte de Pan peut être considérée comme un ancien ancêtre de l'orgue. Cet instrument, qui existe depuis des temps immémoriaux dans différentes parties du monde, se compose de plusieurs anches creuses de différentes longueurs attachées ensemble. Si vous soufflez en biais dans la bouche du plus court, un léger son aigu se fera entendre. Les anches plus longues sonnent plus bas.

Un instrument amusant est un harmonica avec des trompettes inhabituelles pour cet instrument. Mais presque exactement le même design peut être trouvé dans n'importe quel grand orgue (comme celui montré dans l'image de droite) - c'est ainsi que les tuyaux d'orgue "anche" sont disposés

Le son de trois mille trompettes. Schéma général Le schéma montre un schéma simplifié d'un organe à structure mécanique. Des photographies montrant des composants et des dispositifs individuels de l'instrument ont été prises à l'intérieur de l'orgue de la Grande Salle du Conservatoire d'État de Moscou. Le schéma ne montre pas le soufflet, qui maintient une pression constante dans le pare-brise, et les leviers Barker (ils sont sur les photos). Manque également une pédale (clavier au pied)

Contrairement à une flûte ordinaire, vous ne pouvez pas modifier la hauteur d'un tube individuel, de sorte que la flûte de Pan peut jouer exactement autant de notes qu'il y a d'anches. Pour que l'instrument produise des sons très graves, il est nécessaire d'inclure dans sa composition des tubes de grande longueur et de grand diamètre. Il est possible de fabriquer de nombreuses flûtes de Pan avec des tuyaux de matériaux différents et de diamètres différents, et elles souffleront alors les mêmes notes avec des timbres différents. Mais jouer de tous ces instruments en même temps ne fonctionnera pas - vous ne pouvez pas les tenir entre vos mains et il n'y aura pas assez de souffle pour des "anches" géantes. Mais si nous plaçons toutes nos flûtes verticalement, dotons chaque tube individuel d'une soupape d'admission d'air, inventons un mécanisme qui nous donnerait la possibilité de contrôler toutes les soupapes à partir du clavier et, enfin, créons un design pour pomper de l'air avec son distribution ultérieure, nous venons de recevoir un organe.

Sur un vieux bateau

Les tuyaux des orgues sont constitués de deux matériaux : le bois et le métal. Les tuyaux en bois utilisés pour extraire les sons graves ont une section carrée. Les tuyaux métalliques sont généralement plus petits, ils sont de forme cylindrique ou conique et sont généralement fabriqués à partir d'un alliage d'étain et de plomb. S'il y a plus d'étain, le tuyau est plus fort, s'il y a plus de plomb, le son extrait est plus sourd, « coton ».

L'alliage d'étain et de plomb est très mou, c'est pourquoi les tuyaux d'orgue se déforment facilement. Si un gros tuyau métallique est posé sur le côté, après un certain temps, il acquerra une section ovale sous son propre poids, ce qui affectera inévitablement sa capacité à extraire le son. En me déplaçant à l'intérieur de l'orgue de la Grande Salle du Conservatoire de Moscou, j'essaie de ne toucher que les parties en bois. Si vous marchez sur un tuyau ou si vous le saisissez maladroitement, le maître d'orgue aura de nouveaux problèmes: le tuyau devra être «guéri» - redressé, voire soudé.

L'orgue dans lequel je me trouve est loin d'être le plus grand du monde et même de Russie. En termes de taille et de nombre de tuyaux, il est inférieur aux orgues de la Maison de la musique de Moscou, de la cathédrale de Kaliningrad et de la salle de concert. Tchaïkovski. Les principaux détenteurs de records sont étrangers : par exemple, l'instrument installé dans l'Atlantic City Convention Hall (USA) compte plus de 33 000 tuyaux. Dans l'orgue de la Grande Salle du Conservatoire, il y a dix fois moins de tuyaux, "seulement" 3136, mais même ce nombre important ne peut être placé de manière compacte sur un seul plan. L'orgue à l'intérieur est composé de plusieurs niveaux sur lesquels des tuyaux sont installés en rangées. Pour l'accès du maître d'orgue aux tuyaux, un passage étroit en forme de plate-forme en planches a été aménagé sur chaque étage. Les gradins sont reliés entre eux par des escaliers, dans lesquels le rôle des marches est assuré par des traverses ordinaires. L'intérieur de l'orgue est encombré et le déplacement entre les gradins demande une certaine dextérité.

«Mon expérience est que», dit Natalya Vladimirovna Malina, «il est préférable pour un maître d'orgue d'être mince et léger. Il est difficile pour une personne d'autres dimensions de travailler ici sans endommager l'instrument. Récemment, un électricien - un homme costaud - changeait une ampoule au-dessus d'un orgue, a trébuché et a cassé quelques planches du toit en planches. Il n'y a pas eu de victimes ni de blessés, mais les planches tombées ont endommagé 30 tuyaux d'orgue.

Estimant mentalement qu'une paire de maîtres d'orgue aux proportions idéales tiendrait facilement dans mon corps, je jette un coup d'œil prudent aux escaliers fragiles menant aux étages supérieurs. « Ne vous inquiétez pas », me rassure Natalya Vladimirovna, « avancez simplement et répétez les mouvements après moi. La structure est solide, elle vous résistera.

Sifflet et roseau

On monte au gradin supérieur de l'orgue, d'où s'ouvre une vue sur la Grande Salle du haut, inaccessible à un simple visiteur du conservatoire. Sur la scène en contrebas, où vient de se terminer la répétition de l'ensemble à cordes, des petits hommes se promènent avec violons et altos. Natalya Vladimirovna me montre les registres espagnols près de la cheminée. Contrairement aux autres tuyaux, ils ne sont pas verticaux, mais horizontaux. Formant une sorte de visière au-dessus de l'orgue, elles soufflent directement dans la salle. Le créateur de l'orgue de la Grande Salle, Aristide Cavaillé-Coll, est issu d'une famille franco-espagnole de maîtres d'orgues. D'où les traditions pyrénéennes dans l'instrument de la rue Bolchaïa Nikitskaïa à Moscou.

Soit dit en passant, sur les registres espagnols et les registres en général. "Register" est l'un des concepts clés dans la conception de l'orgue. Il s'agit d'une série de tuyaux d'orgue d'un certain diamètre, formant une gamme chromatique selon les touches de leur clavier ou d'une partie de celui-ci.

En fonction de l'échelle des tuyaux inclus dans leur composition (l'échelle est le rapport des paramètres des tuyaux les plus importants pour le caractère et la qualité sonore), les registres donnent un son avec une couleur de timbre différente. Emporté par les comparaisons avec la flûte de Pan, j'ai failli passer à côté d'une subtilité : le fait est que tous les tuyaux d'orgue (comme les anches d'une vieille flûte) ne sont pas des aérophones. Un aérophone est un instrument à vent dans lequel le son est formé à la suite des vibrations d'une colonne d'air. Ceux-ci incluent la flûte, la trompette, le tuba, le cor. Mais le saxophone, le hautbois, l'harmonica font partie du groupe des idiophones, c'est-à-dire "qui sonnent d'eux-mêmes". Ce n'est pas l'air qui oscille ici, mais la langue carénée par le flux d'air. La pression de l'air et la force élastique, s'opposant, font trembler l'anche et propagent des ondes sonores, qui sont amplifiées par le pavillon de l'instrument en tant que résonateur.

La plupart des tuyaux de l'orgue sont des aérophones. Ils sont appelés labiaux ou sifflants. Les tuyaux idiophones constituent un groupe spécial de registres et sont appelés tuyaux à anches.

Combien de mains a un organiste ?

Mais comment un musicien parvient-il à faire sonner tous ces milliers de tuyaux - bois et métal, sifflet et anche, ouverts et fermés - des dizaines ou des centaines de registres au bon moment ? Pour comprendre cela, descendons un instant du niveau supérieur de l'orgue et allons jusqu'à la chaire, ou la console de l'organiste. Le non-initié à la vue de cet appareil tremble comme devant le tableau de bord d'un avion de ligne moderne. Plusieurs claviers manuels - manuels (il peut y en avoir cinq ou même sept !), Un pied plus quelques autres pédales mystérieuses. Il existe également de nombreux leviers d'échappement avec des inscriptions sur les poignées. A quoi ça sert tout ça ?

Bien sûr, l'organiste n'a que deux mains, et il ne pourra pas jouer tous les manuels en même temps (il y en a trois dans l'orgue de la Grande Salle, ce qui est aussi pas mal). Plusieurs claviers manuels sont nécessaires pour séparer mécaniquement et fonctionnellement des groupes de registres, tout comme dans un ordinateur un disque dur physique est divisé en plusieurs disques virtuels. Ainsi, par exemple, le premier manuel de l'orgue de la Grande Salle contrôle les tuyaux d'un groupe (le terme allemand est Werk) de registres appelé le Grand Orgue. Il comprend 14 registres. Le deuxième manuel (Positif Expressif) est également chargé de 14 registres. Le troisième clavier - Récit expressif - 12 registres. Enfin, le footswitch à 32 touches, ou "pédale", fonctionne avec dix registres de basse.

Du point de vue d'un profane, même 14 registres pour un clavier, c'est en quelque sorte trop. Après tout, en appuyant sur une touche, l'organiste est capable de faire sonner 14 tuyaux à la fois dans des registres différents (en fait plus à cause de registres comme la mixtura). Et si vous avez besoin de jouer une note dans un seul registre ou dans quelques registres sélectionnés ? À cette fin, les leviers d'échappement situés à droite et à gauche des manuels sont effectivement utilisés. En tirant le levier avec le nom du registre écrit sur la poignée, le musicien ouvre une sorte de clapet qui ouvre l'air aux tuyaux d'un certain registre.

Ainsi, pour jouer la note souhaitée dans le registre souhaité, il faut sélectionner le clavier manuel ou pédalier qui contrôle ce registre, tirer le levier correspondant à ce registre et appuyer sur la touche souhaitée.

Souffle puissant

La dernière partie de notre circuit est consacrée aux airs. L'air même qui fait sonner l'orgue. Avec Natalya Vladimirovna, nous descendons à l'étage inférieur et nous nous retrouvons dans une salle technique spacieuse, où il n'y a rien de l'ambiance solennelle de la Grande Salle. Sols en béton, murs blanchis à la chaux, structures de support en bois voûtées, conduits d'aération et moteur électrique. Au cours de la première décennie d'existence de l'orgue, les bascules calcantes ont travaillé dur ici. Quatre hommes en bonne santé se tenaient en rang, saisissaient à deux mains un bâton enfilé dans un anneau d'acier sur le comptoir et tour à tour, d'un pied ou de l'autre, appuyaient sur les leviers qui gonflaient la fourrure. Le quart de travail était prévu pour deux heures. Si le concert ou la répétition durait plus longtemps, les rockers fatigués étaient remplacés par de nouveaux renforts.

Les vieilles fourrures, au nombre de quatre, ont survécu jusqu'à nos jours. Selon Natalya Vladimirovna, il existe une légende autour du conservatoire selon laquelle une fois, ils ont essayé de remplacer le travail des rockers par des chevaux. Pour cela, un mécanisme spécial aurait même été créé. Cependant, avec l'air, l'odeur du fumier de cheval s'éleva dans la Grande Salle, et le fondateur de l'école d'orgue russe A.F. Gedike, prenant le premier accord, remua le nez de mécontentement et dit: "Ça pue!"

Que cette légende soit vraie ou non, en 1913, le moteur électrique a finalement remplacé la force musculaire. À l'aide d'une poulie, il a fait tourner l'arbre, qui à son tour a mis le soufflet en mouvement grâce au mécanisme à manivelle. Par la suite, ce schéma a également été abandonné, et aujourd'hui un ventilateur électrique pompe l'air dans l'orgue.

Dans l'orgue, l'air forcé pénètre dans les soi-disant soufflets de magasin, dont chacun est relié à l'un des 12 treuils. Windlada est un réservoir d'air comprimé qui ressemble à une boîte en bois, sur laquelle, en fait, des rangées de tuyaux sont installées. Sur un treuil, plusieurs registres sont généralement placés. De gros tuyaux, qui n'ont pas assez d'espace sur le treuil, sont installés sur le côté, et un conduit d'air sous la forme d'un tube métallique les relie au treuil.

Les ventouses de l'orgue de la Grande Salle (la conception "loopflade") sont divisées en deux parties principales. Dans la partie inférieure, à l'aide de la fourrure du magazine, une pression constante est maintenue. Le dessus est divisé par des cloisons étanches en soi-disant canaux de tonalité. Tous les tuyaux de registres différents, contrôlés par une touche du manuel ou de la pédale, ont une sortie vers le canal de tonalité. Chaque canal de tonalité est relié au bas du guindeau par un trou fermé par une soupape à ressort. Lorsqu'une touche est enfoncée à travers la traction, le mouvement est transmis à la vanne, elle s'ouvre et l'air comprimé pénètre vers le haut dans le canal de tonalité. Tous les tuyaux qui ont accès à ce canal, en théorie, devraient commencer à sonner, mais ... cela, en règle générale, ne se produit pas. Le fait est que les soi-disant boucles traversent toute la partie supérieure du guindeau - des amortisseurs avec des trous situés perpendiculairement aux canaux de tonalité et ayant deux positions. Dans l'un d'eux, les boucles couvrent complètement tous les tuyaux d'un registre donné dans tous les canaux de tonalité. Dans l'autre, le registre est ouvert et ses tuyaux commencent à sonner dès que, après avoir appuyé sur une touche, de l'air pénètre dans le canal de tonalité correspondant. Le contrôle des boucles, comme vous pouvez le deviner, est effectué par des leviers sur la télécommande via le chemin du registre. En termes simples, les touches permettent à tous les tuyaux de sonner dans leurs canaux de tonalité, et les boucles déterminent les favoris.

Nous remercions la direction du Conservatoire d'État de Moscou et Natalya Vladimirovna Malina pour leur aide dans la préparation de cet article.

La source: « Dans le monde des sciences » , n° 3, 1983. Auteurs : Neville H. Fletcher et Susanna Thwaites

Le son majestueux de l'orgue est créé grâce à l'interaction d'un jet d'air strictement synchronisé en phase traversant la coupe du tuyau et de la colonne d'air résonnant dans sa cavité.

Aucun instrument de musique ne peut se comparer à l'orgue en termes de puissance, de timbre, de tessiture, de tonalité et de majesté du son. Comme de nombreux instruments de musique, la structure de l'orgue a été constamment améliorée grâce aux efforts de nombreuses générations d'artisans qualifiés qui ont lentement accumulé expérience et connaissances. Vers la fin du XVIIe siècle. le corps a essentiellement acquis sa forme moderne. Les deux physiciens les plus en vue du XIXe siècle. Hermann von Helmholtz et Lord Rayleigh ont avancé des théories opposées expliquant le mécanisme de base de la formation des sons dans tuyaux d'orgue, mais en raison du manque d'instruments et d'outils nécessaires, leur différend n'a jamais été résolu. Avec l'avènement des oscilloscopes et autres instruments modernes, il est devenu possible d'étudier en détail le mécanisme d'action d'un organe. Il s'est avéré que la théorie de Helmholtz et la théorie de Rayleigh sont valables pour certaines pressions sous lesquelles l'air est forcé dans le tuyau d'orgue. Plus loin dans l'article, les résultats d'études récentes seront présentés, ce qui, à bien des égards, ne coïncide pas avec l'explication du mécanisme d'action de l'organe donnée dans les manuels.

Les tuyaux taillés dans des roseaux ou d'autres plantes à tige creuse ont probablement été les premiers instruments à vent. Ils émettent des sons si vous soufflez à travers l'extrémité ouverte du tube, ou soufflez dans le tube, en vibrant avec vos lèvres, ou, en pinçant l'extrémité du tube, soufflez dans l'air, faisant vibrer ses parois. Le développement de ces trois types d'instruments à vent simples a conduit à la création de la flûte, de la trompette et de la clarinette modernes, à partir desquelles le musicien peut produire des sons dans une gamme de fréquences assez large.

En parallèle, de tels instruments ont été créés dans lesquels chaque tube était destiné à sonner sur une note particulière. Le plus simple de ces instruments est la flûte (ou " flûte de Pan "), qui comporte généralement environ 20 tuyaux de différentes longueurs, fermés à une extrémité et produisant des sons lorsqu'ils sont soufflés à travers l'autre extrémité ouverte. L'instrument le plus grand et le plus complexe de ce type est l'orgue, contenant jusqu'à 10 000 tuyaux, que l'organiste contrôle à l'aide d'un système complexe d'engrenages mécaniques. L'orgue remonte à l'Antiquité. Des figurines en argile représentant des musiciens jouant d'un instrument composé de nombreux tuyaux à soufflet ont été fabriquées à Alexandrie dès le IIe siècle av. AVANT JC. Au Xe siècle. l'orgue commence à être utilisé dans les églises chrétiennes, et des traités rédigés par des moines sur la structure des orgues paraissent en Europe. Selon la légende, grand orgue, construit au Xème siècle. pour la cathédrale de Winchester en Angleterre, avait 400 tuyaux métalliques, 26 soufflets et deux claviers à 40 touches, où chaque touche contrôlait dix tuyaux. Au cours des siècles suivants, le dispositif de l'orgue fut amélioré mécaniquement et musicalement, et déjà en 1429 un orgue de 2500 tuyaux fut construit dans la cathédrale d'Amiens. Allemagne vers la fin du XVIIe siècle. les orgues ont déjà acquis leur forme moderne.

L'orgue, installé en 1979 dans la salle de concert de l'Opéra de Sydney en Australie, est l'orgue le plus grand et le plus techniquement avancé au monde. Conçu et construit par R. Sharp. Il compte environ 10 500 tuyaux commandés par une transmission mécanique à cinq mains et un pied. L'orgue peut être contrôlé automatiquement par une bande magnétique sur laquelle la performance du musicien a été préalablement enregistrée numériquement.

Termes utilisés pour décrire dispositifs d'orgue, reflètent leur origine d'instruments à vent tubulaires dans lesquels de l'air était soufflé par la bouche. Les tubes de l'organe sont ouverts d'en haut et d'en bas, ils ont une forme conique rétrécie. À travers la partie aplatie, au-dessus du cône, passe la "bouche" du tuyau (coupe). Une "langue" (nervure horizontale) est placée à l'intérieur du tube, de sorte qu'une "ouverture labiale" (espace étroit) se forme entre elle et la "lèvre" inférieure. L'air est forcé dans le tuyau par de gros soufflets et pénètre dans sa base en forme de cône à une pression de 500 à 1000 pascals (5 à 10 cm de colonne d'eau). Lorsque, lorsque la pédale et la touche correspondantes sont enfoncées, l'air pénètre dans le tuyau, il se précipite, se formant à la sortie fissure labiale large ruisseau plat. Un jet d'air passe à travers la fente de la "bouche" et, frappant la lèvre supérieure, interagit avec la colonne d'air dans le tuyau lui-même; en conséquence, des vibrations stables sont créées, qui font « parler » le tuyau. En soi, la question de savoir comment se produit cette transition soudaine du silence au son dans la trompette est très complexe et intéressante, mais elle n'est pas abordée dans cet article. La conversation portera principalement sur les processus qui assurent le son continu des tuyaux d'orgue et créent leur tonalité caractéristique.

Le tuyau d'orgue est excité par l'air entrant dans son extrémité inférieure et formant un jet lorsqu'il passe à travers l'espace entre la lèvre inférieure et la langue. Dans la section, le jet interagit avec la colonne d'air dans le tuyau près de la lèvre supérieure et passe soit à l'intérieur du tuyau, soit à l'extérieur de celui-ci. Des oscillations en régime permanent sont créées dans la colonne d'air, ce qui fait sonner la trompette. La pression de l'air, qui varie selon la loi des ondes stationnaires, est représentée par un ombrage coloré. Un manchon ou un bouchon amovible est monté à l'extrémité supérieure du tuyau, ce qui vous permet de modifier légèrement la longueur de la colonne d'air lors du réglage.

Il peut sembler que la tâche de décrire un jet d'air qui génère et préserve le son d'un organe appartient entièrement à la théorie des écoulements de fluides et de gaz. Il s'est avéré cependant qu'il est très difficile de considérer théoriquement le mouvement même d'un flux laminaire constant et régulier, car pour un jet d'air complètement turbulent qui se déplace dans un tuyau d'orgue, son analyse est incroyablement complexe. Heureusement, la turbulence, qui est une forme complexe de mouvement de l'air, simplifie en fait la nature du flux d'air. Si ce flux était laminaire, alors l'interaction du jet d'air avec l'environnement dépendrait de leur viscosité. Dans notre cas, la turbulence remplace la viscosité comme facteur d'interaction déterminant en proportion directe avec la largeur du flux d'air. Lors de la construction de l'orgue, une attention particulière est portée à ce que les flux d'air dans les tuyaux soient complètement turbulents, ce qui est obtenu à l'aide de petites coupures le long du bord de la langue. Étonnamment, contrairement à l'écoulement laminaire, l'écoulement turbulent est stable et peut être reproduit.

Le flux entièrement turbulent se mélange progressivement à l'air ambiant. Le processus d'expansion et de ralentissement est relativement simple. La courbe représentant l'évolution de la vitesse d'écoulement en fonction de la distance au plan central de sa section a la forme d'une parabole inversée dont le sommet correspond à la valeur maximale de la vitesse. La largeur du flux augmente proportionnellement à la distance de la fissure labiale. L'énergie cinétique de l'écoulement reste inchangée, la diminution de sa vitesse est donc proportionnelle à la racine carrée de la distance à l'entrefer. Cette dépendance est confirmée à la fois par les calculs et les résultats expérimentaux (en tenant compte d'une petite région de transition près de l'écart labial).

Dans un tuyau d'orgue déjà excité et qui sonne, le flux d'air entre par la fente labiale dans un champ sonore intense dans la fente du tuyau. Le mouvement d'air associé à la génération de sons est dirigé à travers la fente et donc perpendiculaire au plan de l'écoulement. Il y a cinquante ans, B. Brown du Collège de l'Université de Londres a réussi à photographier le flux laminaire d'air enfumé dans le champ sonore. Les images montraient la formation d'ondes tortueuses qui augmentaient au fur et à mesure qu'elles se déplaçaient le long du cours d'eau, jusqu'à ce que celui-ci se brise en deux rangées d'anneaux vortex tournant dans des directions opposées. L'interprétation simplifiée de ces observations et d'autres similaires a conduit à une description incorrecte des processus physiques dans les tuyaux d'orgue, que l'on peut trouver dans de nombreux manuels.

Une méthode plus fructueuse pour étudier le comportement réel d'un jet d'air dans un champ sonore consiste à expérimenter avec un seul tube dans lequel le champ sonore est créé à l'aide d'un haut-parleur. À la suite de telles recherches, menées par J. Coltman dans le laboratoire de la Westinghouse Electric Corporation et un groupe avec ma participation à l'Université de la Nouvelle-Angleterre en Australie, les fondements de la théorie moderne des processus physiques se produisant dans les tuyaux d'orgue ont été développés. En fait, même Rayleigh a donné une description mathématique approfondie et presque complète des écoulements laminaires de milieux non visqueux. Puisqu'il a été constaté que la turbulence ne complique pas, mais simplifie l'image physique des cordes d'air, il a été possible d'utiliser la méthode de Rayleigh avec de légères modifications pour décrire les flux d'air obtenus expérimentalement et étudiés par Koltman et notre groupe.

S'il n'y avait pas de fente labiale dans le tube, on s'attendrait à ce que le jet d'air sous la forme d'une bande d'air en mouvement se déplace simplement d'avant en arrière avec tout l'autre air dans la fente du tube sous l'influence des vibrations acoustiques. En réalité, lorsque le jet sort de la fente, il est effectivement stabilisé par la fente elle-même. Cet effet peut être comparé au résultat de l'imposition au mouvement oscillatoire général de l'air dans le champ sonore d'un mélange strictement équilibré localisé dans le plan d'un bord horizontal. Ce mélange localisé, qui a la même fréquence et la même amplitude que le champ sonore, et crée par conséquent un mélange nul du jet au niveau de l'ailette horizontale, est stocké dans le flux d'air en mouvement et crée une onde sinueuse.

Cinq tuyaux de conceptions différentes produisent des sons de même hauteur mais de timbre différent. La deuxième trompette à partir de la gauche est la dulciana, qui a un son doux et subtil, rappelant le son d'un instrument à cordes. La troisième trompette est une gamme ouverte, donnant un son léger et sonore, ce qui est le plus caractéristique d'un orgue. La quatrième trompette a le son d'une flûte fortement étouffée. Cinquième trompette - Waldflote ( « flûte forestière") avec un son doux. Le tuyau en bois à gauche est fermé par un bouchon. Il a la même fréquence fondamentale que les autres tuyaux, mais résonne à des harmoniques impairs dont les fréquences sont un nombre impair de fois la fréquence fondamentale. La longueur des tuyaux restants n'est pas exactement la même, car une "correction de fin" est effectuée pour obtenir le même pas.

Comme Rayleigh l'a montré pour le type de jet qu'il a étudié, et comme nous l'avons largement confirmé pour le cas d'un jet turbulent divergent, l'onde se propage le long de l'écoulement à une vitesse légèrement inférieure à la moitié de la vitesse de l'air dans le plan central du jet . Dans ce cas, au fur et à mesure qu'elle se déplace le long de l'écoulement, l'amplitude de l'onde augmente de manière presque exponentielle. En règle générale, il double lorsque l'onde se déplace d'un millimètre et son effet devient rapidement dominant par rapport au simple mouvement latéral alternatif provoqué par les vibrations sonores.

Il a été constaté que le taux de croissance des vagues le plus élevé est atteint lorsque sa longueur le long du flux est six fois la largeur du flux en un point donné. En revanche, si la longueur d'onde est inférieure à la largeur du flux, alors l'amplitude n'augmente pas et l'onde peut disparaître complètement. Étant donné que le jet d'air se dilate et ralentit à mesure qu'il s'éloigne de la fente, seules les ondes longues, c'est-à-dire les oscillations à basse fréquence, peuvent se propager le long de longs courants de grande amplitude. Cette circonstance s'avérera importante dans l'examen ultérieur de la création d'un son harmonique de tuyaux d'orgue.

Considérons maintenant l'effet du champ sonore d'un tuyau d'orgue sur un jet d'air. Il est facile d'imaginer que les ondes acoustiques du champ sonore dans la fente du tuyau provoquent le déplacement de la pointe du jet d'air sur la lèvre supérieure de la fente, de sorte que le jet se trouve soit à l'intérieur du tuyau, soit à l'extérieur. Cela ressemble à une image lorsqu'une balançoire est déjà poussée. La colonne d'air dans le tuyau oscille déjà, et lorsque les rafales d'air pénètrent dans le tuyau en synchronisation avec la vibration, elles conservent leur force vibratoire malgré les diverses pertes d'énergie associées à la propagation du son et au frottement de l'air contre les parois du tuyau. Si les rafales d'air ne coïncident pas avec les fluctuations de la colonne d'air dans le tuyau, elles supprimeront ces fluctuations et le son s'estompera.

La forme du jet d'air est représentée sur la figure par une série de trames successives lorsqu'il sort de la fente labiale dans un champ acoustique mobile créé dans la "bouche" du tube par une colonne d'air qui résonne à l'intérieur du tube. Le déplacement périodique de l'air dans la section de la bouche crée une onde tortueuse se déplaçant à une vitesse moitié de celle de l'air dans le plan central du jet et augmentant de façon exponentielle jusqu'à ce que son amplitude dépasse la largeur du jet lui-même. Les coupes horizontales montrent les segments de trajectoire parcourus par l'onde dans le jet au cours des quarts successifs de la période d'oscillation. J. Les lignes sécantes se rapprochent lorsque la vitesse du jet diminue. Dans le tuyau d'orgue, la lèvre supérieure est située à l'endroit indiqué par la flèche. Le jet d'air sort et entre alternativement dans le tuyau.

La mesure des propriétés sonores d'un jet d'air peut être effectuée en plaçant des cales en feutre ou en mousse à l'extrémité ouverte du tuyau pour empêcher le son et en créant une onde sonore de faible amplitude à l'aide d'un haut-parleur. Réfléchie par l'extrémité opposée du tuyau, l'onde sonore interagit avec le jet d'air au niveau de la section "bouche". L'interaction du jet avec l'onde stationnaire à l'intérieur du tuyau est mesurée à l'aide d'un microphone testeur portable. De cette façon, il est possible de détecter si le jet d'air augmente ou diminue l'énergie de l'onde réfléchie dans la partie inférieure du tuyau. Pour que la trompette sonne, le jet doit augmenter l'énergie. Les résultats de mesure sont exprimés en terme de « conductivité » acoustique, définie comme le rapport du flux acoustique en sortie de section « bouche" à la pression sonore directement derrière la coupe. La courbe de valeur de conductance pour diverses combinaisons de pression de refoulement d'air et de fréquence d'oscillation a une forme en spirale, comme illustré dans la figure suivante.

La relation entre l'apparition d'oscillations acoustiques dans la fente du tuyau et le moment d'arrivée de la portion suivante du jet d'air sur la lèvre supérieure de la fente est déterminée par l'intervalle de temps pendant lequel l'onde dans le flux d'air parcourt la distance de la fente labiale à la lèvre supérieure. Les facteurs d'orgues appellent cette distance "undercut". Si la "contre-dépouille" est importante ou si la pression (et donc la vitesse de déplacement) de l'air est faible, alors le temps de déplacement sera important. À l'inverse, si le « dépassement » est faible ou si la pression atmosphérique est élevée, le temps de trajet sera court.

Afin de déterminer avec précision la relation de phase entre les fluctuations de la colonne d'air dans la conduite et l'arrivée de portions du flux d'air sur le bord interne de la lèvre supérieure, il est nécessaire d'étudier plus en détail la nature de l'effet de ces proportions sur la colonne d'air. Helmholtz pensait que le facteur principal ici était la quantité de flux d'air délivré par le jet. Ainsi, pour que les portions du jet communiquent le plus d'énergie possible à la colonne d'air oscillante, elles doivent arriver au moment où la pression à proximité de la partie interne de la lèvre supérieure atteint un maximum.

Rayleigh a avancé une position différente. Il a fait valoir que puisque la fente est située relativement près de l'extrémité ouverte du tuyau, les ondes acoustiques au niveau de la fente, qui sont affectées par le jet d'air, ne peuvent pas créer beaucoup de pression. Rayleigh croyait que le flux d'air, entrant dans le tuyau, rencontre en fait un obstacle et s'arrête presque, ce qui crée rapidement une haute pression dans celui-ci, ce qui affecte son mouvement dans le tuyau. Par conséquent, selon Rayleigh, le jet d'air transférera le maximum d'énergie s'il pénètre dans le tuyau au moment où la pression n'est pas, mais le flux d'ondes acoustiques lui-même est maximal. Le décalage entre ces deux maxima est du quart de la période d'oscillation de la colonne d'air dans le tube. Si nous faisons une analogie avec une bascule, alors cette différence s'exprime en poussant la bascule lorsqu'elle est à son point le plus élevé et a une énergie potentielle maximale (selon Helmholtz), et lorsqu'elle est à son point le plus bas et a une vitesse maximale (selon à Rayleigh).

La courbe de conductivité acoustique du jet a la forme d'une spirale. La distance du point de départ indique l'amplitude de la conductivité, et la position angulaire indique le déphasage entre le flux acoustique à la sortie de la fente et la pression acoustique derrière la fente. Lorsque le débit est en phase avec la pression, les valeurs de conductivité se situent dans la moitié droite de l'hélice et l'énergie du jet est dissipée. Pour que le jet génère du son, les conductivités doivent être dans la moitié gauche de l'hélice, ce qui se produit lorsque le jet est compensé ou déphasé par rapport à la pression en aval de la coupe du tuyau. Dans ce cas, la longueur de l'onde réfléchie est supérieure à la longueur de l'onde incidente. La valeur de l'angle de référence dépend de celui des deux mécanismes qui domine l'excitation du tube : le mécanisme de Helmholtz ou le mécanisme de Rayleigh. Lorsque la conductivité est dans la moitié supérieure de l'hélice, le jet abaisse la fréquence de résonance naturelle du tuyau, et lorsque la valeur de conductivité est dans la partie inférieure de l'hélice, il augmente la fréquence de résonance naturelle du tuyau.

Le graphique du mouvement du flux d'air dans la conduite (courbe en pointillés) à une déviation de jet donnée n'est pas symétrique par rapport à la valeur de déviation nulle, puisque la lèvre de la conduite est conçue de manière à couper le jet non selon son plan central. Lorsque le jet est dévié le long d'une simple sinusoïde de grande amplitude (courbe noire continue), le flux d'air entrant dans le tube (courbe de couleur) "sature" d'abord en un point extrême de la déviation du jet lorsqu'il sort complètement du tube. Avec une amplitude encore plus grande, le flux d'air est également saturé à l'autre point extrême de déviation, lorsque le jet pénètre complètement dans la canalisation. Le déplacement de la lèvre donne au flux une forme d'onde asymétrique dont les harmoniques ont des fréquences multiples de la fréquence de l'onde de déviation.

Pendant 80 ans, le problème est resté sans solution. De plus, aucune nouvelle étude n'a été menée. Et ce n'est que maintenant qu'elle a trouvé une solution satisfaisante grâce aux travaux de L. Kremer et H. Leasing de l'Institut. Heinrich Hertz à l'Ouest. Berlin, S. Eller de l'US Naval Academy, Coltman et notre groupe. En bref, Helmholtz et Rayleigh avaient en partie raison. La relation entre les deux mécanismes d'action est déterminée par la pression de l'air injecté et la fréquence du son, le mécanisme de Helmholtz étant le principal aux basses pressions et aux hautes fréquences, et le mécanisme de Rayleigh aux hautes pressions et aux basses fréquences. Pour les tuyaux d'orgue de conception standard, le mécanisme Helmholtz joue généralement un rôle plus important.

Koltman a développé un moyen simple et efficace d'étudier les propriétés d'un jet d'air, qui a été modifié et amélioré dans notre laboratoire. Cette méthode est basée sur l'étude du jet d'air à la fente du tuyau d'orgue, lorsque son extrémité est fermée par des cales insonorisantes en feutre ou en mousse qui empêchent le tuyau de sonner. Ensuite, à partir d'un haut-parleur placé à l'extrémité, une onde sonore est envoyée dans le tuyau, qui est réfléchie par le bord de la fente, d'abord avec un jet injecté, puis sans lui. Dans les deux cas, les ondes incidentes et réfléchies interagissent à l'intérieur du tuyau, créant une onde stationnaire. En mesurant, avec un petit microphone à sonde, les changements de configuration des ondes lorsque le jet d'air est appliqué, il peut être déterminé si le jet augmente ou diminue l'énergie de l'onde réfléchie.

Dans nos expériences, nous avons en fait mesuré la "conductivité acoustique" du jet d'air, qui est déterminée par le rapport du flux acoustique en sortie de fente, créé par la présence du jet, à la pression acoustique directement à l'intérieur de la fente . La conductivité acoustique est caractérisée par l'amplitude et l'angle de phase, qui peuvent être représentés graphiquement en fonction de la fréquence ou de la pression de refoulement. Si nous présentons un graphique de conductivité avec un changement indépendant de fréquence et de pression, la courbe aura la forme d'une spirale (voir figure). La distance du point de départ de la spirale indique la valeur de conductivité et la position angulaire du point sur la spirale correspond au retard de phase de l'onde sinueuse qui se produit dans le jet sous l'influence des vibrations acoustiques dans le tuyau. Un retard d'une longueur d'onde correspond à 360° autour de la circonférence de l'hélice. En raison des propriétés particulières du jet turbulent, il s'est avéré que lorsque la valeur de conductivité est multipliée par la racine carrée de la valeur de pression, toutes les valeurs mesurées pour un tuyau d'orgue donné tiennent sur la même spirale.

Si la pression reste constante et que la fréquence des ondes sonores entrantes augmente, les points indiquant l'amplitude de la conductivité s'approchent en spirale vers son milieu dans le sens des aiguilles d'une montre. A fréquence constante et pression croissante, ces points s'éloignent du milieu dans le sens opposé.

Vue intérieure de l'orgue de l'Opéra de Sydney. Certains tuyaux de ses 26 registres sont visibles. La plupart des tuyaux sont en métal, certains sont en bois. La longueur de la partie sonore du tuyau double tous les 12 tuyaux et le diamètre du tuyau double environ tous les 16 tuyaux. De nombreuses années d'expérience des maîtres - les créateurs d'orgues leur ont permis de trouver les meilleures proportions, offrant un timbre sonore stable.

Lorsque le point de conductivité est dans la moitié droite de l'hélice, le jet prélève de l'énergie sur l'écoulement dans la conduite, et donc il y a une perte d'énergie. Avec la position du point dans la moitié gauche, le jet va transférer de l'énergie au flux et agir ainsi comme un générateur de vibrations sonores. Lorsque la valeur de conductivité est dans la moitié supérieure de l'hélice, le jet abaisse la fréquence de résonance naturelle du tuyau, et lorsque ce point est dans la moitié inférieure, le jet augmente la fréquence de résonance naturelle du tuyau. La valeur de l'angle caractérisant le déphasage dépend du schéma - Helmholtz ou Rayleigh - de l'excitation principale du tuyau, et ceci, comme indiqué, est déterminé par les valeurs de pression et de fréquence. Cependant, cet angle, mesuré à partir du côté droit de l'axe horizontal (quadrant droit), n'est jamais significativement supérieur à zéro.

Puisque 360° autour de la circonférence de l'hélice correspond à un déphasage égal à la longueur de l'onde sinueuse se propageant le long du jet d'air, l'amplitude d'un tel décalage de bien moins d'un quart de la longueur d'onde à près des trois quarts de sa longueur se situera sur la spirale à partir de la ligne médiane, c'est-à-dire dans la partie , où le jet agit comme un générateur de vibrations sonores. Nous avons également vu qu'à fréquence constante, le déphasage est fonction de la pression d'air injecté, qui affecte à la fois la vitesse du jet lui-même et la vitesse de propagation de l'onde tortueuse le long du jet. Étant donné que la vitesse d'une telle onde est la moitié de la vitesse du jet, qui à son tour est directement proportionnelle à la racine carrée de la pression, un changement de phase du jet de la moitié de la longueur d'onde n'est possible qu'avec un changement significatif de pression . Théoriquement, la pression peut changer d'un facteur neuf avant que la trompette cesse de produire du son à sa fréquence fondamentale, si les autres conditions ne sont pas violées. En pratique, cependant, la trompette commence à sonner à une fréquence plus élevée jusqu'à ce que la limite supérieure spécifiée de changement de pression soit atteinte.

Il est à noter que pour rattraper les pertes d'énergie dans la conduite et assurer la stabilité du son, plusieurs tours d'hélice peuvent aller très à gauche. Une seule autre boucle de ce type, dont l'emplacement correspond à environ trois demi-ondes dans le jet, peut faire sonner le tuyau. Étant donné que la conductance des cordes à ce point est faible, le son produit est plus faible que tout son correspondant à un point sur le tour extérieur de l'hélice.

La forme de l'hélice de conduction peut devenir encore plus compliquée si la déviation au niveau de la lèvre supérieure dépasse la largeur du jet lui-même. Dans ce cas, le jet est presque totalement soufflé hors de la conduite et réinjecté dans celle-ci à chaque cycle de déplacement, et la quantité d'énergie qu'il communique à l'onde réfléchie dans la conduite ne dépend plus d'une nouvelle augmentation d'amplitude. En conséquence, l'efficacité des cordes à air dans le mode de génération de vibrations acoustiques diminue également. Dans ce cas, une augmentation de l'amplitude de déviation du jet ne conduit qu'à une diminution de l'hélice de conduction.

La diminution de l'efficacité du jet avec une augmentation de l'amplitude de déviation s'accompagne d'une augmentation des pertes d'énergie dans le tuyau d'orgue. Les fluctuations dans la conduite sont rapidement ramenées à un niveau inférieur, auquel l'énergie du jet compense exactement les pertes d'énergie dans la conduite. Il est intéressant de noter que dans la plupart des cas, les pertes d'énergie dues à la turbulence et à la viscosité sont beaucoup plus élevées que les pertes associées à la diffusion des ondes sonores à travers la fente et les extrémités ouvertes du tuyau.

Coupe d'un tuyau d'orgue de type gamme, qui montre que la languette a une encoche pour créer un mouvement turbulent uniforme du flux d'air. Le tuyau est en "métal marqué" - un alliage à haute teneur en étain et additionné de plomb. Lors de la fabrication d'un matériau en feuille à partir de cet alliage, un motif caractéristique y est fixé, ce qui est clairement visible sur la photographie.

Bien sûr, le son réel du tuyau dans l'orgue n'est pas limité à une fréquence spécifique, mais contient des sons d'une fréquence plus élevée. On peut prouver que ces harmoniques sont des harmoniques exactes de la fréquence fondamentale et en diffèrent d'un nombre entier de fois. Dans des conditions d'injection d'air constantes, la forme de l'onde sonore sur l'oscilloscope reste exactement la même. Le moindre écart de la fréquence harmonique par rapport à une valeur strictement multiple de la fréquence fondamentale entraîne une modification progressive mais clairement visible de la forme d'onde.

Ce phénomène est intéressant car les vibrations de résonance de la colonne d'air dans un tuyau d'orgue, comme dans tout tuyau ouvert, sont réglées à des fréquences quelque peu différentes de celles des harmoniques. Le fait est qu'avec une fréquence croissante, la longueur de travail du tuyau devient légèrement plus petite en raison des changements du flux acoustique aux extrémités ouvertes du tuyau. Comme on le verra, les harmoniques dans le tuyau d'orgue sont créées par l'interaction du jet d'air et de la lèvre de la fente, et le tuyau lui-même sert pour les harmoniques de fréquence plus élevée principalement comme un résonateur passif.

Les vibrations de résonance dans le tuyau sont créées avec le plus grand mouvement d'air au niveau de ses trous. En d'autres termes, la conductivité dans le tuyau d'orgue doit atteindre son maximum au niveau de la fente. Il s'ensuit que des vibrations résonnantes se produisent également dans un tuyau avec une longue extrémité ouverte à des fréquences auxquelles un nombre entier de demi-ondes de vibrations sonores s'insèrent dans la longueur du tuyau. Si nous désignons la fréquence fondamentale comme F 1 , alors les fréquences de résonance plus élevées seront 2 F 1 , 3F 1 etc (En fait, comme déjà souligné, les fréquences de résonance les plus élevées sont toujours légèrement supérieures à ces valeurs.)

Dans un tuyau avec un cheval éloigné fermé ou étouffé, des oscillations résonnantes se produisent à des fréquences auxquelles un nombre impair de quarts de longueur d'onde s'insère dans la longueur du tuyau. Par conséquent, pour sonner sur la même note, un tuyau fermé peut être moitié moins long qu'un tuyau ouvert, et ses fréquences de résonance seront F 1 , 3F 1 , 5F 1 etc

Les résultats de l'effet de la modification de la pression de l'air forcé sur le son dans un tuyau d'orgue conventionnel. Les chiffres romains indiquent les premières harmoniques. Le mode trompette principal (en couleur) couvre une gamme de sons normaux bien équilibrés à une pression normale. Au fur et à mesure que la pression augmente, le son de la trompette passe à la seconde harmonique ; lorsque la pression est réduite, une deuxième harmonique affaiblie est créée.

Revenons maintenant au flux d'air dans le tuyau d'orgue. Nous voyons que les perturbations des ondes à haute fréquence diminuent progressivement à mesure que la largeur du jet augmente. En conséquence, l'extrémité du jet près de la lèvre supérieure oscille presque de manière sinusoïdale à la fréquence fondamentale du sondage du tuyau et presque indépendamment des harmoniques supérieures des oscillations du champ acoustique près de la fente du tuyau. Cependant, le mouvement sinusoïdal du jet ne créera pas le même mouvement du flux d'air dans le tuyau, car le flux est «saturé» du fait que, avec une déviation extrême dans n'importe quelle direction, il s'écoule complètement soit de l'intérieur ou de l'extérieur de la lèvre supérieure. De plus, la lèvre est généralement quelque peu déplacée et ne coupe pas exactement le flux le long de son plan central, de sorte que la saturation n'est pas symétrique. Par conséquent, la fluctuation du débit dans le tuyau a un ensemble complet d'harmoniques de la fréquence fondamentale avec un rapport de fréquences et de phases strictement défini, et les amplitudes relatives de ces harmoniques à haute fréquence augmentent rapidement avec l'augmentation de l'amplitude de la déviation du jet d'air .

Dans un tuyau d'orgue classique, la quantité de déviation du jet dans la fente est proportionnelle à la largeur du jet au niveau de la lèvre supérieure. En conséquence, un grand nombre d'harmoniques sont créés dans le flux d'air. Si la lèvre divisait le jet de manière strictement symétrique, il n'y aurait pas d'harmoniques pairs dans le son. Donc, généralement, la lèvre est mélangée pour conserver toutes les harmoniques.

Comme vous vous en doutez, les tuyaux ouverts et fermés créent des qualités sonores différentes. Les fréquences des harmoniques créées par le jet sont un multiple de la fréquence d'oscillation du jet principal. Une colonne d'air dans un tuyau résonnera fortement à une certaine harmonique uniquement si la conductivité acoustique du tuyau est élevée. Dans ce cas, il y aura une forte augmentation de l'amplitude à une fréquence proche de la fréquence de l'harmonique. Par conséquent, dans un tube fermé, où seules les harmoniques avec des nombres impairs de fréquence de résonance sont créées, toutes les autres harmoniques sont supprimées. Le résultat est un son "étouffé" caractéristique dans lequel même les harmoniques sont faibles, bien que pas complètement absentes. Au contraire, un tuyau ouvert produit un son "plus léger", car il conserve toutes les harmoniques dérivées de la fréquence fondamentale.

Les propriétés de résonance d'un tuyau dépendent dans une large mesure des pertes d'énergie. Ces pertes sont de deux types : les pertes dues au frottement interne et au transfert de chaleur, et les pertes dues au rayonnement à travers la fente et l'extrémité ouverte du tuyau. Les pertes du premier type sont plus importantes dans les conduites étroites et aux basses fréquences d'oscillation. Pour des tubes larges et à haute fréquence d'oscillation, les pertes du second type sont importantes.

L'influence de l'emplacement de la lèvre sur la création d'harmoniques indique l'opportunité de déplacer la lèvre. Si la lèvre divisait le jet strictement le long du plan central, seul le son de la fréquence fondamentale (I) et de la troisième harmonique (III) serait créé dans le tuyau. En déplaçant la lèvre, comme indiqué par la ligne pointillée, des deuxième et quatrième harmoniques apparaissent, enrichissant considérablement la qualité sonore.

Il s'ensuit que pour une longueur de tuyau donnée, et donc une certaine fréquence fondamentale, les tuyaux larges ne peuvent servir de bons résonateurs que pour le ton fondamental et les quelques harmoniques suivantes, qui forment un son étouffé "de type flûte". Les tubes étroits servent de bons résonateurs pour une large gamme d'harmoniques, et comme le rayonnement aux hautes fréquences est plus intense qu'aux basses fréquences, un son de "corde" élevé est produit. Entre ces deux sons, il y a un son juteux sonore, qui devient caractéristique d'un bon orgue, qui est créé par les soi-disant principaux ou gammes.

De plus, un grand orgue peut avoir des rangées de tubes avec un corps conique, un bouchon perforé ou d'autres variations géométriques. De telles conceptions sont destinées à modifier les fréquences de résonance de la trompette, et parfois à augmenter la gamme des harmoniques hautes fréquences afin d'obtenir un timbre d'une coloration sonore particulière. Le choix du matériau à partir duquel le tuyau est fabriqué importe peu.

Il existe un grand nombre de types possibles de vibrations de l'air dans un tuyau, ce qui complique encore les propriétés acoustiques du tuyau. Par exemple, lorsque la pression d'air dans un tuyau ouvert est augmentée à un point tel que la première harmonique sera créée dans le jet F 1 un quart de la longueur de l'onde principale, le point de la spirale de conduction correspondant à cette harmonique se déplacera vers sa moitié droite et le jet cessera de créer une harmonique de cette fréquence. Dans le même temps, la fréquence de la deuxième harmonique 2 F 1 correspond à une demi-onde dans le jet, et elle peut être stable. Par conséquent, le son de la trompette ira à cette deuxième harmonique, presque une octave entière au-dessus de la première, et la fréquence exacte d'oscillation dépendra de la fréquence de résonance de la trompette et de la pression d'alimentation en air.

Une nouvelle augmentation de la pression de refoulement peut conduire à la formation de l'harmonique suivante 3 F 1 à condition que la "contre-dépouille" de la lèvre ne soit pas trop grande. Par contre, il arrive souvent qu'une basse pression, insuffisante pour former le ton fondamental, crée progressivement l'un des harmoniques sur le deuxième tour de l'hélice de conduction. De tels sons, créés avec un excès ou un manque de pression, présentent un intérêt pour la recherche en laboratoire, mais sont utilisés extrêmement rarement dans les organes eux-mêmes, uniquement pour obtenir un effet spécial.

Vue d'une onde stationnaire en résonance dans des tuyaux avec une extrémité supérieure ouverte et fermée. La largeur de chaque ligne colorée correspond à l'amplitude des vibrations dans les différentes parties du tuyau. Les flèches indiquent la direction du mouvement de l'air pendant la moitié du cycle oscillatoire ; dans la seconde moitié du cycle, le sens du mouvement est inversé. Les chiffres romains indiquent les nombres harmoniques. Pour un tuyau ouvert, toutes les harmoniques de la fréquence fondamentale sont résonnantes. Un tuyau fermé doit être moitié moins long pour produire la même note, mais seules les harmoniques impaires résonnent pour lui. La géométrie complexe de la "bouche" du tuyau déforme quelque peu la configuration des ondes plus près de l'extrémité inférieure du tuyau, sans les changer « principale » personnage.

Une fois que le maître de la fabrication de l'orgue a fabriqué un tuyau avec le son nécessaire, sa tâche principale et la plus difficile est de créer toute la série de tuyaux de volume et d'harmonie sonore appropriés sur toute la gamme musicale du clavier. Cela ne peut pas être réalisé par un simple ensemble de tuyaux de même géométrie, ne différant que par leurs dimensions, car dans de tels tuyaux, les pertes d'énergie dues au frottement et au rayonnement auront un effet différent sur les oscillations de fréquences différentes. Pour assurer la constance des propriétés acoustiques sur toute la gamme, il est nécessaire de faire varier un certain nombre de paramètres. Le diamètre du tuyau change avec sa longueur et en dépend en tant que puissance avec un exposant k, où k est inférieur à 1. Par conséquent, les longs tuyaux de basse sont rendus plus étroits. La valeur calculée de k est de 5/6, soit 0,83, mais compte tenu des caractéristiques psychophysiques de l'audition humaine, elle devrait être réduite à 0,75. Cette valeur de k est très proche de celle déterminée empiriquement par les grands facteurs d'orgues des XVIIe et XVIIIe siècles.

En conclusion, considérons une question qui est importante du point de vue du jeu de l'orgue : comment le son de plusieurs tuyaux dans un grand orgue est contrôlé. Le mécanisme de base de ce contrôle est simple et ressemble aux lignes et aux colonnes d'une matrice. Les tubes disposés par registres correspondent aux lignes de la matrice. Tous les tuyaux d'un même registre ont la même tonalité, et chaque tuyau correspond à une note sur le clavier de la main ou du pied. L'alimentation en air des tuyaux de chaque registre est régulée par un levier spécial sur lequel est indiqué le nom du registre, et l'alimentation en air directement des tuyaux associés à une note donnée et constituant une colonne de la matrice est régulée par la touche correspondante du clavier. La trompette ne sonnera que si le levier du registre dans lequel elle se trouve est déplacé et que la touche souhaitée est enfoncée.

Le placement des tuyaux d'orgue ressemble aux rangées et aux colonnes d'une matrice. Dans ce schéma simplifié, chaque rangée, appelée registre, est constituée de tuyaux du même type, chacun produisant une note (la partie supérieure du schéma). Chaque colonne associée à une note du clavier (partie inférieure du schéma) comprend différents types de tuyaux (partie gauche du schéma). Un levier sur la console (côté droit du schéma) fournit un accès aérien à tous les tuyaux du registre, et une pression sur une touche du clavier souffle de l'air dans tous les tuyaux d'une note donnée. L'accès aérien au tuyau n'est possible que lorsque la ligne et la colonne sont allumées en même temps.

De nos jours, une variété de façons de mettre en œuvre un tel circuit peut être utilisée en utilisant des dispositifs logiques numériques et des vannes à commande électrique sur chaque tuyau. Les orgues plus anciens utilisaient de simples leviers mécaniques et des vannes à clapets pour fournir de l'air aux canaux du clavier, et des curseurs mécaniques avec des trous pour contrôler le flux d'air vers l'ensemble du registre. Ce système mécanique simple et fiable, outre ses avantages de conception, permettait à l'organiste de régler lui-même la vitesse d'ouverture de tous les clapets et, pour ainsi dire, de rapprocher de lui cet instrument de musique trop mécanique.

Au XIX au début du XX siècle. de grands orgues ont été construits avec toutes sortes de dispositifs électromécaniques et électropneumatiques, mais récemment, la préférence a de nouveau été donnée aux transmissions mécaniques à partir de touches et de pédales, et des dispositifs électroniques complexes sont utilisés pour activer simultanément des combinaisons de registres tout en jouant de l'orgue. Par exemple, le plus grand orgue motorisé du monde a été installé dans la salle de concert de l'Opéra de Sydney en 1979. Il compte 10 500 tuyaux dans 205 registres répartis sur des claviers à cinq mains et à un pied. La commande à clé est réalisée mécaniquement, mais elle est dupliquée par une transmission électrique à laquelle vous pouvez vous connecter. De cette manière, la performance de l'organiste peut être enregistrée sous une forme numérique codée, qui peut ensuite être utilisée pour une lecture automatique sur l'orgue de la performance originale. Le contrôle des registres et de leurs combinaisons est effectué à l'aide d'appareils électriques ou électropneumatiques et de microprocesseurs à mémoire, ce qui vous permet de varier considérablement le programme de contrôle. Ainsi, le magnifique son riche de l'orgue majestueux est créé par une combinaison des réalisations les plus avancées de la technologie moderne et des techniques et principes traditionnels qui ont été utilisés par les maîtres du passé pendant de nombreux siècles.

L'efficacité du système de chauffage dépend principalement du choix judicieux du schéma de connexion de la batterie de chauffage. C'est idéal si, avec une faible consommation de carburant, les radiateurs sont capables de générer le maximum de chaleur. Dans le matériel ci-dessous, nous parlerons des schémas de connexion pour le chauffage des radiateurs dans un immeuble, de la particularité de chacun d'eux, ainsi que des facteurs à prendre en compte lors du choix d'une option particulière.

Facteurs affectant l'efficacité du radiateur

Les principales exigences d'un système de chauffage sont, bien sûr, son efficacité et son économie. Par conséquent, sa conception doit être abordée de manière réfléchie afin de ne pas manquer toutes sortes de subtilités et de caractéristiques d'un espace de vie particulier. Si vous n'avez pas les compétences suffisantes pour créer un projet compétent, mieux vaut confier ce travail à des spécialistes qui ont déjà fait leurs preuves et qui ont des retours positifs de la part des clients. S'appuyer sur les conseils d'amis qui recommandent certaines méthodes de connexion des radiateurs n'en vaut pas la peine, car dans chaque cas, les conditions initiales seront différentes. En d'autres termes, ce qui fonctionne pour une personne ne fonctionne pas nécessairement pour une autre.

Cependant, si vous souhaitez toujours vous occuper vous-même de la tuyauterie des radiateurs de chauffage, faites attention aux facteurs suivants :

taille des radiateurs et leur puissance thermique ;
placement d'appareils de chauffage à l'intérieur de la maison;
diagramme de connexion.

Le consommateur moderne a le choix entre une variété de modèles d'appareils de chauffage - il s'agit de radiateurs à charnières en divers matériaux et de convecteurs de socle ou de sol. La différence entre eux ne réside pas seulement dans la taille et l'apparence, mais également dans les méthodes d'approvisionnement, ainsi que dans le degré de transfert de chaleur. Tous ces facteurs affecteront le choix des options de connexion des radiateurs de chauffage.

En fonction de la taille de la pièce chauffée, de la présence ou de l'absence d'une couche isolante sur les murs extérieurs du bâtiment, de la puissance, ainsi que du type de raccordement recommandé par le fabricant du radiateur, le nombre et les dimensions de ces dispositifs varieront .

En règle générale, les radiateurs sont placés sous les fenêtres ou dans les piliers entre eux, si les fenêtres sont très éloignées les unes des autres, ainsi que dans les coins ou le long du mur blanc de la pièce, dans la salle de bain, le couloir, le garde-manger , souvent dans les cages d'escalier des immeubles d'habitation.

Pour diriger l'énergie thermique du radiateur dans la pièce, il est conseillé de fixer un écran réfléchissant spécial entre l'appareil et le mur. Un tel écran peut être fabriqué à partir de n'importe quel matériau en feuille réfléchissant la chaleur - par exemple, le penofol, l'isospan ou tout autre.

Avant de connecter la batterie de chauffage au système de chauffage, faites attention à certaines caractéristiques de son installation :

dans un même logement, le niveau de placement de toutes les batteries doit être le même ;
les nervures des convecteurs doivent être dirigées verticalement ;
le milieu du radiateur doit coïncider avec le point central de la fenêtre ou peut être décalé de 2 cm vers la droite ou vers la gauche ;
la longueur totale de la batterie doit être de 75% de la largeur de l'ouverture de la fenêtre;
la distance entre le rebord de la fenêtre et le radiateur doit être d'au moins 5 cm et il doit y avoir au moins 6 cm d'espace entre l'appareil et le sol. Il est préférable de laisser 10-12 cm.

Veuillez noter que non seulement le transfert de chaleur de la batterie, mais également le niveau de perte de chaleur dépendront du choix correct des méthodes de connexion des radiateurs de chauffage dans un immeuble.

Il n'est pas rare que les propriétaires d'appartements assemblent et connectent le système de chauffage, en suivant les recommandations d'amis. Dans ce cas, le résultat est bien pire que prévu. Cela signifie que des erreurs ont été commises lors du processus d'installation, que la puissance des appareils n'est pas suffisante pour chauffer une pièce particulière ou que le schéma de raccordement des tuyaux de chauffage aux batteries est inapproprié pour cette maison.

Différences entre les principaux types de connexions de batterie

Tous les types de raccordement possibles des radiateurs de chauffage diffèrent par le type de tuyauterie. Il peut être constitué d'un ou de deux tuyaux. À son tour, chacune des options implique une division en systèmes avec des contremarches verticales ou des lignes horizontales. Assez souvent, le câblage horizontal du système de chauffage dans un immeuble d'habitation est utilisé et il a fait ses preuves.

En fonction de l'option de raccordement des tuyaux aux radiateurs choisie, le schéma de leur raccordement dépendra directement. Dans les systèmes de chauffage avec un circuit monotube et bitube, la méthode inférieure, latérale et diagonale de raccordement des radiateurs est utilisée. Quelle que soit l'option que vous choisissez, l'essentiel est que suffisamment de chaleur pénètre dans la pièce pour son chauffage de haute qualité.

Les types de câblage de tuyauterie décrits sont appelés système de connexion en T. Cependant, il existe une autre variété - il s'agit d'un circuit collecteur ou d'un câblage de faisceau. Lors de son utilisation, le circuit de chauffage est posé séparément sur chaque radiateur. À cet égard, les types de connexion de batterie de collecteur ont un coût plus élevé, car de nombreux tuyaux seront nécessaires pour mettre en œuvre une telle connexion. De plus, ils traverseront toute la pièce. Cependant, généralement dans de tels cas, le circuit de chauffage est posé dans le sol et ne gâche pas l'intérieur de la pièce.

Malgré le fait que le schéma de connexion du collecteur décrit suppose la présence d'un grand nombre de tuyaux, il est de plus en plus utilisé lors de la conception des systèmes de chauffage. En particulier, ce type de raccordement de radiateur est utilisé pour créer un "plancher chaud" d'eau. Il est utilisé comme source de chaleur supplémentaire ou comme source principale - tout dépend du projet.

Schéma monotube

Un système de chauffage monotube est appelé, dans lequel tous les radiateurs, sans exception, sont connectés à un seul pipeline. Dans le même temps, le liquide de refroidissement chauffé à l'entrée et refroidi au retour se déplace le long du même tuyau, traversant progressivement tous les dispositifs de chauffage. Dans ce cas, il est très important que la section interne du tuyau soit suffisante pour remplir sa fonction principale. Sinon, tout le chauffage sera inefficace.

Un système de chauffage avec un circuit monotube présente certains avantages et inconvénients. Il serait erroné de croire qu'un tel système peut réduire considérablement le coût de pose des tuyaux et d'installation des appareils de chauffage. Le fait est que le système ne fonctionnera efficacement que s'il est correctement connecté, en tenant compte d'un grand nombre de subtilités. Sinon, il ne pourra pas chauffer correctement l'appartement.

Des économies dans l'agencement d'un système de chauffage monotube ont vraiment lieu, mais uniquement si une colonne montante d'alimentation verticale est utilisée. En particulier, dans les maisons à cinq étages, cette option de câblage est souvent pratiquée afin d'économiser des matériaux. Dans ce cas, le liquide de refroidissement chauffé est acheminé vers le haut à travers la colonne montante principale, où il est distribué à toutes les autres colonnes montantes. L'eau chaude du circuit passe progressivement par les radiateurs de chaque étage, en partant du haut.

Au fur et à mesure que le liquide de refroidissement atteint les étages inférieurs, sa température diminue progressivement. Pour compenser la différence de température, des radiateurs de plus grande surface sont installés aux étages inférieurs. Une autre caractéristique d'un système de chauffage monotube est qu'il est recommandé d'installer des dérivations sur tous les radiateurs. Ils vous permettent de retirer facilement les batteries en cas de besoin de réparation, sans arrêter l'ensemble du système.

Si le chauffage avec un circuit monotube est réalisé selon un schéma de câblage horizontal, le mouvement du liquide de refroidissement peut être associé ou sans issue. Un tel système a fait ses preuves dans des canalisations jusqu'à 30 m de long, tandis que le nombre de radiateurs connectés peut être de 4 à 5 pièces.

Systèmes de chauffage à deux tubes

À l'intérieur du circuit à deux tuyaux, le liquide de refroidissement circule dans deux canalisations distinctes. L'un d'eux est utilisé pour le flux d'alimentation avec du liquide de refroidissement chaud et l'autre pour le flux de retour avec de l'eau refroidie, qui se dirige vers le réservoir de chauffage. Ainsi, lors de l'installation de radiateurs de chauffage avec une connexion inférieure ou tout autre type de raccordement, toutes les batteries se réchauffent de manière uniforme, car de l'eau à peu près à la même température y pénètre.

Il convient de noter qu'un circuit à deux tuyaux lors de la connexion de batteries avec une connexion inférieure, ainsi que lors de l'utilisation d'autres schémas, est le plus acceptable. Le fait est que ce type de connexion fournit un minimum de perte de chaleur. Le schéma de circulation d'eau peut être à la fois associé et sans issue.

A noter que s'il y a un câblage bitube, il est possible d'ajuster les performances thermiques des radiateurs utilisés.

Certains propriétaires de maisons privées pensent que les projets avec des types de raccordements de radiateur à deux tuyaux sont beaucoup plus chers, car il faut plus de tuyaux pour les mettre en œuvre. Cependant, si vous regardez plus en détail, il s'avère que leur coût n'est pas beaucoup plus élevé que dans la disposition des systèmes monotubes.

Le fait est qu'un système monotube implique la présence de tuyaux de grande section et d'un grand radiateur. Dans le même temps, le prix des tuyaux plus fins requis pour un système à deux tuyaux est beaucoup plus bas. De plus, au final, les coûts inutiles seront rentables grâce à une meilleure circulation du liquide de refroidissement et à une perte de chaleur minimale.

Avec un système à deux tubes, plusieurs options sont utilisées pour connecter des radiateurs de chauffage en aluminium. La connexion peut être diagonale, latérale ou inférieure. Dans ce cas, l'utilisation de joints verticaux et horizontaux est autorisée. En termes d'efficacité, la connexion diagonale est considérée comme la meilleure option. Dans le même temps, la chaleur est répartie uniformément sur tous les appareils de chauffage avec des pertes minimales.

La méthode de connexion latérale ou unilatérale est utilisée avec le même succès dans le câblage monotube et bitube. Sa principale différence est que les circuits d'alimentation et de retour sont coupés d'un côté du radiateur.

La connexion latérale est souvent utilisée dans les immeubles d'habitation avec une colonne montante d'alimentation verticale. Attention, avant de raccorder un radiateur de chauffage à raccordement latéral, il est nécessaire d'installer un by-pass et un robinet dessus. Cela vous permettra de retirer librement la batterie pour la laver, la peindre ou la remplacer sans arrêter tout le système.

Il est à noter que l'efficacité du raccordement unilatéral n'est maximale que pour les batteries à 5-6 sections. Si la longueur du radiateur est beaucoup plus longue, avec une telle connexion, il y aura des pertes de chaleur importantes.

Caractéristiques de l'option de tuyauterie inférieure

En règle générale, un radiateur avec un raccordement inférieur est connecté dans les cas où des tuyaux de chauffage non présentables doivent être cachés dans le sol ou dans le mur afin de ne pas perturber l'intérieur de la pièce.

En vente, vous pouvez trouver un grand nombre d'appareils de chauffage dans lesquels les fabricants fournissent une alimentation inférieure aux radiateurs de chauffage. Ils sont disponibles en différentes tailles et configurations. Dans le même temps, afin de ne pas endommager la batterie, il convient de consulter le passeport du produit, où la méthode de connexion de l'un ou l'autre modèle d'équipement est prescrite. Généralement, des clapets à bille sont prévus dans le boîtier de connexion de la batterie, ce qui vous permet de le retirer si nécessaire. Ainsi, même sans expérience dans un tel travail, en utilisant les instructions, vous pouvez connecter des radiateurs de chauffage bimétalliques avec une connexion inférieure.

La circulation de l'eau à l'intérieur de nombreux radiateurs modernes avec une connexion inférieure se produit de la même manière qu'avec une connexion diagonale. Cet effet est obtenu grâce à un obstacle situé à l'intérieur du radiateur, qui assure le passage de l'eau à travers l'appareil de chauffage. Après cela, le liquide de refroidissement refroidi entre dans le circuit de retour.

Veuillez noter que dans les systèmes de chauffage à circulation naturelle, le raccordement inférieur des radiateurs n'est pas souhaitable. Cependant, les pertes de chaleur importantes d'un tel schéma de connexion peuvent être compensées par une augmentation de la puissance thermique des batteries.

Connexion diagonale

Comme nous l'avons déjà noté, la méthode diagonale de connexion des radiateurs se caractérise par la plus petite perte de chaleur. Avec ce schéma, le liquide de refroidissement chaud entre d'un côté du radiateur, traverse toutes les sections, puis sort par le tuyau du côté opposé. Ce type de raccordement convient aussi bien aux systèmes de chauffage monotubes qu'aux systèmes bitubes.

Le raccordement diagonal des radiateurs peut être réalisé en 2 versions :

Le flux de liquide de refroidissement chaud pénètre dans l'ouverture supérieure du radiateur, puis, après avoir traversé toutes les sections, sort par l'ouverture latérale inférieure du côté opposé.
Le liquide de refroidissement pénètre dans le radiateur par le trou inférieur d'un côté et s'écoule du côté opposé par le haut.

Une connexion en diagonale est conseillée dans les cas où les batteries sont constituées d'un grand nombre de sections - à partir de 12 ou plus.

Circulation naturelle et forcée du liquide de refroidissement

Il est à noter que la méthode de raccordement des tuyaux aux radiateurs dépendra également de la façon dont le liquide de refroidissement circule à l'intérieur du circuit de chauffage. Il existe deux types de circulation - naturelle et forcée.

La circulation naturelle du liquide à l'intérieur du circuit de chauffage est obtenue grâce à l'application de lois physiques, sans qu'il soit nécessaire d'installer d'équipements supplémentaires. Cela n'est possible qu'en utilisant de l'eau comme caloporteur. Si de l'antigel est utilisé, il ne pourra pas circuler librement dans les tuyaux.

Le chauffage à circulation naturelle comprend une chaudière pour chauffer l'eau, un vase d'expansion, 2 conduites d'alimentation et de retour, ainsi que des radiateurs. Dans ce cas, la chaudière en fonctionnement chauffe progressivement l'eau, qui se dilate et se déplace le long de la colonne montante, en passant par tous les radiateurs du système. Ensuite, l'eau déjà refroidie retourne dans la chaudière par gravité.

Pour assurer la libre circulation de l'eau, les tuyaux horizontaux sont montés avec une légère pente dans le sens du mouvement du liquide de refroidissement. Le système de chauffage à circulation naturelle est autorégulateur car la quantité d'eau varie en fonction de sa température. Lorsque l'eau est chauffée, la pression de circulation augmente, ce qui assure un chauffage uniforme de la pièce.

Dans les systèmes à circulation naturelle de fluide, il est possible d'installer un radiateur avec une connexion inférieure, à condition d'une connexion à deux tuyaux, et également d'utiliser un schéma de câblage supérieur dans un circuit à un et deux tuyaux. En règle générale, ce type de circulation n'est effectué que dans de petites maisons.

Veuillez noter que des bouches d'aération doivent être prévues sur les batteries à travers lesquelles les sas d'air peuvent être retirés. Alternativement, les colonnes montantes peuvent être équipées de purgeurs d'air automatiques. Il est conseillé de placer la chaudière de chauffage sous le niveau de la pièce chauffée, par exemple au sous-sol.

Si la superficie de la maison dépasse 100 m 2, la méthode de circulation du liquide de refroidissement doit être forcée. Dans ce cas, il sera nécessaire d'installer une pompe de circulation spéciale, qui assurera le mouvement de l'antigel ou de l'eau le long du circuit. La puissance de la pompe dépend de la taille de la maison.

La pompe de circulation peut être montée sur les conduites d'alimentation et de retour. Il est très important d'installer des purgeurs automatiques en tête de canalisation ou de prévoir des robinets Mayevsky sur chaque radiateur afin de supprimer manuellement les poches d'air.

L'utilisation d'une pompe de circulation est justifiée à la fois dans les systèmes monotubes et bitubes avec un type de raccordement de radiateur vertical et horizontal.

Pourquoi est-il important de connecter correctement les radiateurs de chauffage

Quelle que soit la méthode de connexion et le type de radiateur que vous choisissez, il est très important de faire des calculs compétents et d'installer correctement l'équipement. Dans le même temps, il est important de prendre en compte les caractéristiques d'une pièce particulière afin de choisir la meilleure option. Le système sera alors le plus efficace possible et évitera des pertes de chaleur importantes à l'avenir.

Si vous souhaitez assembler un système de chauffage dans un grand manoir coûteux, il est préférable de confier la conception à des spécialistes.

Pour les maisons de petite superficie, vous pouvez vous charger vous-même du choix du schéma électrique et de l'installation des batteries. Il suffit de considérer la qualité d'un schéma de connexion particulier et d'étudier les caractéristiques des travaux d'installation.

Veuillez noter que la tuyauterie et les radiateurs doivent être fabriqués dans le même matériau. Par exemple, les tuyaux en plastique ne peuvent pas être connectés à des batteries en fonte, car cela pose de nombreux problèmes.

Ainsi, à condition que les caractéristiques d'une maison particulière soient prises en compte, le raccordement des radiateurs de chauffage peut se faire indépendamment. Un schéma bien choisi de raccordement des tuyaux aux radiateurs minimisera les pertes de chaleur afin que les appareils de chauffage puissent fonctionner avec une efficacité maximale.