Koja je shema spajanja baterija za grijanje bolja - opcije i metode povezivanja, prednosti i nedostaci. Koja je shema spajanja baterija za grijanje bolja - opcije i metode povezivanja, prednosti i nedostaci Spajanje na dijagonalni način

Kad su se otvorila neugledna bež obojena vrata, iz mraka mi je za oko zapelo samo nekoliko drvenih stepenica. Odmah iza vrata uzdiže se moćna drvena kutija koja nalikuje ventilacijskoj kutiji. "Oprezno, ovo je cijev za orgulje, 32 stope, registar bas flaute", upozorio je moj vodič. – Čekaj, upalit ću svjetlo. Strpljivo čekam, iščekujući jedan od najzanimljivijih izleta u svom životu. Ispred mene je ulaz u orgulje. Ovo je jedini glazbeni instrument u koji možete ući.

Tijelo je staro preko sto godina. Stoji u Velikoj dvorani Moskovskog konzervatorija, vrlo poznatoj dvorani, sa čijih zidova vas gledaju portreti Bacha, Čajkovskog, Mozarta, Beethovena... No, oku gledatelja je otvorena samo orguljaška konzola. okrenut prema dvorani svojom stražnjom stranom i pomalo umjetničkim drvenim "Prospectom" s okomitim metalnim cijevima. Gledajući pročelje orgulja, neupućeni neće shvatiti kako i zašto svira ovaj jedinstveni instrument. Da biste otkrili njegove tajne, morat ćete pristupiti pitanju iz drugog kuta. doslovno.

Natalya Vladimirovna Malina, kustosica orgulja, učiteljica, glazbenica i orguljaška majstorica, ljubazno je pristala postati moj vodič. "Možeš ići naprijed samo u orguljama", objašnjava mi strogo. Ovaj zahtjev nema nikakve veze s misticizmom i praznovjerjem: jednostavno, krećući se unatrag ili u stranu, neiskusna osoba može stati na jednu od cijevi orgulja ili je dodirnuti. A tu su tisuće cijevi.

Glavni princip orgulja, koji ga razlikuje od većine puhačkih instrumenata: jedna cijev - jedna nota. Panovu frulu možemo smatrati drevnim pretkom orgulja. Ovaj instrument, koji postoji od pamtivijeka u različitim dijelovima svijeta, sastoji se od nekoliko međusobno povezanih šupljih trska različitih duljina. Ako puhnete pod kutom u ustima najkraćeg, začut će se tanak zvuk visokog tona. Dulje trske zvuče niže.

Smiješan instrument je harmonika s neobičnim trubama za ovaj instrument. Ali gotovo potpuno isti dizajn može se naći u svim velikim orguljama (poput onih prikazanih na slici desno) - ovako su raspoređene cijevi za orgulje "trščake"

Zvuk tri tisuće truba. Opća shema Dijagram prikazuje pojednostavljeni dijagram organa s mehaničkom trakturom. Fotografije koje prikazuju pojedine komponente i uređaje instrumenta snimljene su unutar orgulja Velike dvorane Moskovskog državnog konzervatorija. Na dijagramu nisu prikazani mijeh koji održava konstantan pritisak u vjetrobranu i Barkerove poluge (na slikama su). Također nedostaje pedala (nožna tipkovnica)

Za razliku od obične flaute, ne možete mijenjati visinu pojedine cijevi, pa Panova frula može svirati točno onoliko nota koliko u njoj ima trske. Kako bi instrument proizvodio vrlo niske zvukove, potrebno je u njegov sastav uključiti cijevi velike duljine i velikog promjera. Moguće je napraviti mnogo Pan flauta s cijevima od različitih materijala i različitih promjera, a zatim će puhati iste note s različitim tembrima. Ali sviranje svih ovih instrumenata u isto vrijeme neće uspjeti - ne možete ih držati u rukama, a neće biti dovoljno daha za divovske "trske". No, ako sve svoje flaute postavimo okomito, svaku pojedinu cijev opremimo ventilom za dovod zraka, osmislimo mehanizam koji bi nam dao priliku kontrolirati sve ventile s tipkovnice i, na kraju, izraditi dizajn za pumpanje zraka svojim naknadnom distribucijom, upravo smo dobili organ.

Na starom brodu

Cijevi u orguljama izrađuju se od dva materijala: drveta i metala. Drvene cijevi koje se koriste za izdvajanje basova imaju kvadratni presjek. Metalne cijevi su obično manjeg oblika, cilindričnog su ili konusnog oblika i obično se izrađuju od legure kositra i olova. Ako je više kositra, cijev je glasnija, ako je više olova, izvučeni zvuk je gluhiji, “pamuk”.

Legura kositra i olova vrlo je mekana, zbog čega se cijevi orgulja lako deformiraju. Ako se velika metalna cijev položi na bok, nakon nekog vremena ona će pod vlastitom težinom dobiti ovalni presjek, što će neizbježno utjecati na njezinu sposobnost izdvajanja zvuka. Krećući se unutar orgulja Velike dvorane Moskovskog konzervatorija, pokušavam dotaknuti samo drvene dijelove. Ako nagazite na cijev ili je nespretno zgrabite, majstor orgulja će imati nove probleme: cijev će se morati "izliječiti" - izravnati ili čak zalemiti.

Orgulje u kojima se nalazim daleko su od toga da su najveće na svijetu, pa čak i u Rusiji. Po veličini i broju cijevi inferioran je orguljama Moskovskog doma glazbe, Katedrale u Kalinjingradu i Koncertne dvorane. Čajkovski. Glavni rekorderi su u inozemstvu: na primjer, instrument instaliran u kongresnoj dvorani Atlantic City (SAD) ima više od 33.000 cijevi. U orguljama Velike dvorane Konzervatorija deset je puta manje cijevi, "samo" 3136, ali ni ovaj značajan broj ne može se kompaktno smjestiti na jednu ravninu. Orgulje su unutar nekoliko slojeva na kojima su cijevi postavljene u redovima. Za pristup majstoru orgulja na cijevima napravljen je uski prolaz u obliku platforme od dasaka na svakom katu. Stupovi su međusobno povezani stepenicama, u kojima ulogu stepenica obavljaju obične poprečne grede. Unutar orgulja je gužva, a kretanje između slojeva zahtijeva određenu spretnost.

„Moje iskustvo je da je za majstora orgulja,“ kaže Natalija Vladimirovna Malina, „najbolje biti mršav i lagan. Ovdje je teško raditi osobi drugih dimenzija, a da ne ošteti instrument. Nedavno je električar - težak čovjek - mijenjao žarulju preko orgulja, spotaknuo se i slomio par dasaka s krova od dasaka. Žrtava i ozlijeđenih nije bilo, ali su pale daske oštetile 30 cijevi za orgulje.”

Mentalno procjenjujući da bi par majstora orgulja idealnih proporcija lako stao u moje tijelo, oprezno bacim pogled na slabašne stepenice koje vode do gornjih katova. “Ne brini”, uvjerava me Natalija Vladimirovna, “samo idi naprijed i ponavljaj pokrete za mnom. Struktura je jaka, izdržat će vas.

Zviždaljka i trska

Penjemo se na gornji sloj orgulja, odakle se s gornje točke otvara pogled na Veliku dvoranu, nedostupnu običnom posjetitelju zimskog vrta. Na pozornici ispod, gdje je upravo završila proba gudačkog ansambla, šeću čovječuljci s violinama i violama. Natalya Vladimirovna mi pokazuje španjolske registre u blizini dimnjaka. Za razliku od drugih cijevi, one nisu okomite, već vodoravne. Formirajući svojevrsni vizir nad orguljama, pušu izravno u dvoranu. Tvorac orgulja Velike dvorane, Aristide Cavaillé-Coll, potjecao je iz francusko-španjolske obitelji orguljaških majstora. Otuda i pirenejske tradicije u instrumentu u ulici Bolshaya Nikitskaya u Moskvi.

Inače, o španjolskim registrima i registrima općenito. "Registar" je jedan od ključnih pojmova u dizajnu orgulja. Ovo je niz orguljskih cijevi određenog promjera, koji tvore kromatsku ljestvicu prema tipkama svoje tipkovnice ili njezinog dijela.

Ovisno o ljestvici cijevi uključenih u njihov sastav (ljestvica je omjer parametara cijevi koji su najvažniji za karakter i kvalitetu zvuka), registri daju zvuk različite boje boje. Zanesena usporedbama s Pan flautom, zamalo mi je promakla jedna suptilnost: činjenica je da nisu sve orguljske cijevi (kao trske stare flaute) aerofoni. Aerofon je puhački instrument u kojem zvuk nastaje kao rezultat vibracija stupca zraka. To uključuje flautu, trubu, tubu, rog. Ali saksofon, oboa, harmonika su u skupini idiofona, odnosno "samozvučnih". Ovdje ne oscilira zrak, već jezik koji strujanje zraka usmjerava. Tlak zraka i elastična sila, djelujući u suprotnom, uzrokuju podrhtavanje trske i širenje zvučnih valova, koji se pojačavaju zvonom instrumenta kao rezonatorom.

Većina cijevi u orguljama su aerofoni. Zovu se labijalni, ili zviždajući. Idiofonske cijevi čine posebnu skupinu registara i nazivaju se reed pipes.

Koliko ruku ima orguljaš?

Ali kako glazbenik uspijeva učiniti da sve te tisuće cijevi - drvenih i metalnih, zviždaljki i trske, otvorenih i zatvorenih - deseci ili stotine registara ... zazvuče u pravo vrijeme? Da bismo to razumjeli, spustimo se nakratko s gornjeg sloja orgulja i idemo do propovjedaonice, odnosno orguljaške konzole. Neupućeni pri pogledu na ovu napravu drhte kao pred kontrolnom pločom modernog zrakoplova. Nekoliko ručnih tipkovnica - manuelnih (može ih biti pet ili čak sedam!), Jedna noga plus neke druge tajanstvene pedale. Tu su i mnoge ispušne poluge s natpisima na ručkama. Zašto sve ovo?

Naravno, orguljaš ima samo dvije ruke, a neće moći svirati sve priručnike istovremeno (u orguljama Velike dvorane ih ima tri, što je također poprilično). Za mehanički i funkcionalno razdvajanje grupa registara potrebno je nekoliko ručnih tipkovnica, kao što je u računalu jedan fizički tvrdi disk podijeljen na nekoliko virtualnih. Tako, na primjer, prvi priručnik orgulja Velike dvorane kontrolira cijevi grupe (njemački naziv Werk) registara zvanih Grand Orgue. Sadrži 14 registara. Drugi priručnik (Positif Expressif) također je odgovoran za 14 registara. Treća tipkovnica - Recit expressif - 12 registara. Konačno, nožni prekidač s 32 tipke ili "pedala" radi s deset bas registra.

Argumentirano iz stajališta laika, čak 14 registara za jednu tipkovnicu je nekako previše. Naposljetku, pritiskom na jednu tipku orguljaš može zvučati 14 cijevi odjednom u različitim registrima (zapravo više zbog registara kao što je mixtura). A ako trebate odsvirati notu u samo jednom registru ili u nekoliko odabranih? U tu svrhu zapravo se koriste ispušne poluge koje se nalaze desno i lijevo od priručnika. Izvlačeći polugu s nazivom registra ispisanim na ručki, glazbenik otvara svojevrsnu zaklopku koja otvara zrak cijevima određenog registra.

Dakle, da biste odsvirali željenu notu u željenom registru, trebate odabrati ručnu ili pedalnu tipkovnicu koja upravlja ovim registrom, izvući polugu koja odgovara ovom registru i pritisnuti željenu tipku.

Snažan dah

Završni dio naše turneje posvećen je zraku. Sam zrak koji daje zvuk orguljama. Zajedno s Natalijom Vladimirovnom spuštamo se na kat ispod i nalazimo se u prostranoj tehničkoj prostoriji, u kojoj nema ništa od svečanog raspoloženja Velike dvorane. Betonski podovi, krečeni zidovi, lučne drvene potporne konstrukcije, zračni kanali i elektromotor. U prvom desetljeću postojanja orgulja, kalkante rockeri su ovdje vrijedno radili. Četiri zdrava muškarca stajala su u redu, hvatala objema rukama štap provučen kroz čelični obruč na pultu i naizmjence, jednom ili drugom nogom, pritiskala poluge koje su napuhavale krzno. Smjena je bila zakazana za dva sata. Ako su koncert ili proba potrajali dulje, umorne rokere zamijenila su svježa pojačanja.

Stara krzna, četiri na broju, održala su se do danas. Prema Nataly Vladimirovnoj, oko konzervatorija postoji legenda da su jednom pokušali zamijeniti rad rokera konjskom snagom. Za to je navodno čak i stvoren poseban mehanizam. No, zajedno sa zrakom, u Veliku dvoranu dizao se i miris konjskog gnoja, a osnivač ruske orguljaške škole A.F. Gedike je, uzevši prvi akord, nezadovoljno pomaknuo nos i rekao: "Smrdi!"

Bila ova legenda istinita ili ne, 1913. godine električni motor konačno je zamijenio snagu mišića. Uz pomoć remenice zavrtio je osovinu, koja je zauzvrat pokrenula mjehove kroz mehanizam radilice. Nakon toga, ova shema je također napuštena, a danas električni ventilator pumpa zrak u orgulje.

U orguljama, prisilni zrak ulazi u tzv. mehove spremnika, od kojih je svaki spojen na jedan od 12 vitla. Windlada je spremnik komprimiranog zraka koji izgleda kao drvena kutija, na koju su, zapravo, postavljeni redovi cijevi. Na jednom vitlu obično se postavlja nekoliko registara. Velike cijevi, koje nemaju dovoljno mjesta na vitlu, postavljaju se sa strane, a zračni kanal u obliku metalne cijevi povezuje ih s vitlom.

Zavoji orgulja Velike dvorane (dizajn "loopflade") podijeljeni su u dva glavna dijela. U donjem dijelu, uz pomoć krzna magazina, održava se stalan pritisak. Vrh je nepropusnim pregradama podijeljen na takozvane tonske kanale. Sve cijevi različitih registara, kontrolirane jednom tipkom manuala ili pedale, imaju izlaz na tonski kanal. Svaki tonski kanal povezan je s dnom vitla rupom zatvorenom ventilom s oprugom. Kada se tipka pritisne kroz trakuru, kretanje se prenosi na ventil, otvara se, a komprimirani zrak ulazi prema gore u tonski kanal. Sve cijevi koje imaju pristup ovom kanalu, teoretski bi trebale početi zvučati, ali ... to se u pravilu ne događa. Činjenica je da kroz cijeli gornji dio vitla prolaze takozvane petlje - prigušnice s rupama koje se nalaze okomito na tonske kanale i imaju dva položaja. U jednom od njih, petlje u potpunosti pokrivaju sve cijevi zadanog registra u svim tonskim kanalima. U drugom je registar otvoren, a njegove cijevi počinju zvučati čim, nakon pritiska na tipku, zrak uđe u odgovarajući tonski kanal. Upravljanje petljama, kao što možete pretpostaviti, provodi se polugama na daljinskom upravljaču kroz stazu registra. Jednostavno rečeno, tipke omogućuju svim cijevima da zvuče u svojim ton kanalima, a petlje određuju favorite.

Zahvaljujemo vodstvu Moskovskog državnog konzervatorija i Nataliji Vladimirovnoj Malini na pomoći u pripremi ovog članka.

Izvor: « U svijetu znanosti » , br. 3, 1983. Autori: Neville H. Fletcher i Susanna Thwaites

Veličanstveni zvuk orgulja nastaje zbog interakcije strogo fazno sinkroniziranog mlaza zraka koji prolazi kroz rez u cijevi i stupca zraka koji rezonira u njezinoj šupljini.

Niti jedan glazbeni instrument ne može se usporediti s orguljama po snazi, tembru, rasponu, tonalitetu i veličanstvenosti zvuka. Poput mnogih glazbenih instrumenata, struktura orgulja neprestano se poboljšavala trudom mnogih generacija vještih majstora koji su polako gomilali iskustvo i znanje. Do kraja XVII stoljeća. tijelo je u osnovi dobilo svoj moderni oblik. Dva najistaknutija fizičara 19. stoljeća. Hermann von Helmholtz i Lord Rayleigh iznijeli su suprotne teorije objašnjavajući osnovni mehanizam za stvaranje zvukova u cijevi za orgulje, ali zbog nedostatka potrebnih instrumenata i alata njihov spor nikada nije riješen. Pojavom osciloskopa i drugih modernih instrumenata postalo je moguće detaljno proučavati mehanizam djelovanja organa. Pokazalo se da i Helmholtzova i Rayleighova teorija vrijede za određene pritiske pod kojima se zrak tjera u cijev orgulja. U nastavku članka bit će prikazani rezultati novijih studija, koji se u mnogočemu ne podudaraju s objašnjenjem mehanizma djelovanja organa danim u udžbenicima.

Lule izrezbarene od trske ili drugih biljaka šupljih stabljika vjerojatno su bile prvi puhački instrumenti. Oni stvaraju zvukove ako pušete preko otvorenog kraja cijevi, ili pušete u cijev, vibrirajući usnama, ili, stisnuvši kraj cijevi, pušete u zrak, uzrokujući vibriranje njezinih stijenki. Razvoj ove tri vrste jednostavnih puhačkih instrumenata doveo je do stvaranja moderne flaute, trube i klarineta, iz kojih glazbenik može proizvoditi zvukove u prilično velikom rasponu frekvencija.

Paralelno, stvoreni su takvi instrumenti u kojima je svaka cijev trebala zvučati na jednu specifičnu notu. Najjednostavniji od ovih instrumenata je flauta (ili "Panova frula"), koja obično ima oko 20 cijevi različitih duljina, zatvorenih na jednom kraju i stvarajući zvukove kada se puše preko drugog, otvorenog kraja. Najveći i najsloženiji instrument ove vrste su orgulje koje sadrže do 10.000 cijevi, kojima orguljaš upravlja pomoću složenog sustava mehaničkih zupčanika. Orgulje potječu još iz antičkih vremena. Glinene figurice s prikazom glazbenika kako sviraju na instrumentu sačinjenom od mnogih mijehovih cijevi izrađivale su se u Aleksandriji još u 2. stoljeću pr. PRIJE KRISTA. Do X stoljeća. orgulje se počinju koristiti u kršćanskim crkvama, a u Europi se pojavljuju rasprave koje su napisali redovnici o građi orgulja. Prema legendi, velike orgulje, sagrađena u X stoljeću. za Winchestersku katedralu u Engleskoj, imao je 400 metalnih cijevi, 26 mijehova i dvije klavijature s 40 tipki, pri čemu je svaka tipka upravljala deset cijevi. Tijekom sljedećih stoljeća uređaj orgulja je mehanički i glazbeno poboljšan, a već 1429. godine u katedrali u Amiensu izgrađene su orgulje s 2500 cijevi. Njemačka potkraj 17. stoljeća. organi su već dobili svoj moderni oblik.

Orgulje, postavljene 1979. u koncertnoj dvorani Sydneyske operne kuće u Australiji, najveće su i tehnički najnaprednije orgulje na svijetu. Dizajnirao i izradio R. Sharp. Ima oko 10.500 cijevi kontroliranih mehaničkim prijenosom s pet jastučića za ruke i jednom stopalom. Orguljama je moguće automatski upravljati magnetskom vrpcom na kojoj je prethodno digitalno snimljena glazbenikova izvedba.

Termini koji se koriste za opisivanje aparati za organe, odražavaju njihovo podrijetlo od cjevastih puhačkih instrumenata u koje se upuhvao zrak na usta. Cijevi orgulja su otvorene odozgo, a odozdo imaju suženi konusni oblik. Preko spljoštenog dijela, iznad konusa, prolazi "usta" cijevi (rez). Unutar cijevi se postavlja “jezik” (horizontalno rebro), tako da se između njega i donje “usne” formira “labijalni otvor” (uzak razmak). Zrak se u cijev potiskuje velikim mijehom i ulazi u njezinu stožastu podlogu pod pritiskom od 500 do 1000 paskala (5 do 10 cm vodenog stupca). Kada, kada se pritisne odgovarajuća pedala i tipka, zrak uđe u cijev, pojuri prema gore, stvarajući pri izlasku labijalna pukotinaširoki ravni potok. Mlaz zraka prolazi kroz utor "usta" i, udarivši u gornju usnicu, stupa u interakciju sa stupcem zraka u samoj cijevi; kao rezultat, stvaraju se stabilne vibracije, zbog kojih cijev "govori". Samo po sebi, pitanje kako dolazi do tog naglog prijelaza iz tišine u zvuk u trubi je vrlo složeno i zanimljivo, ali se u ovom članku ne razmatra. Razgovor će se uglavnom voditi o procesima koji osiguravaju neprekidan zvuk orguljskih cijevi i stvaraju njihov karakterističan tonalitet.

Cijev orgulja pobuđuje se zrakom koji ulazi u njezin donji kraj i stvara mlaz dok prolazi kroz jaz između donje usne i jezika. U presjeku, mlaz je u interakciji sa stupcem zraka u cijevi blizu gornje usne i prolazi unutar cijevi ili izvan nje. U stupcu zraka stvaraju se stabilne oscilacije koje uzrokuju zvuk trube. Tlak zraka, koji varira prema zakonu stajaćih valova, prikazan je sjenčanjem u boji. Na gornjem kraju cijevi montiran je rukavac ili čep koji se može ukloniti, što vam omogućuje da lagano promijenite duljinu stupca zraka tijekom podešavanja.

Može se činiti da zadatak opisivanja zračnog mlaza koji stvara i čuva zvuk organa u potpunosti pripada teoriji strujanja tekućine i plina. Pokazalo se, međutim, da je teoretski vrlo teško razmotriti kretanje čak i stalnog, glatkog, laminarnog toka, jer je za potpuno turbulentan mlaz zraka koji se kreće u cijevi organa, njegova analiza nevjerojatno složena. Na sreću, turbulencija, koja je složen oblik kretanja zraka, zapravo pojednostavljuje prirodu strujanja zraka. Kada bi to strujanje bilo laminarno, tada bi interakcija zračnog mlaza s okolinom ovisila o njihovoj viskoznosti. U našem slučaju, turbulencija zamjenjuje viskoznost kao odlučujući faktor interakcije u izravnom razmjeru širine zračne struje. Prilikom izrade orgulja posebna se pozornost pridaje tome da strujanja zraka u cijevima budu potpuno turbulentna, što se postiže uz pomoć malih rezova uz rub jezika. Iznenađujuće, za razliku od laminarnog toka, turbulentno strujanje je stabilno i može se reproducirati.

Potpuno turbulentni tok postupno se miješa s okolnim zrakom. Proces širenja i usporavanja relativno je jednostavan. Krivulja koja prikazuje promjenu brzine strujanja ovisno o udaljenosti od središnje ravnine njezina presjeka ima oblik obrnute parabole, čiji vrh odgovara maksimalnoj vrijednosti brzine. Širina protoka raste proporcionalno udaljenosti od labijalne pukotine. Kinetička energija toka ostaje nepromijenjena, pa je smanjenje njegove brzine proporcionalno kvadratnom korijenu udaljenosti od proreza. Ovu ovisnost potvrđuju i izračuni i eksperimentalni rezultati (uzimajući u obzir malu prijelaznu regiju u blizini labijalnog jaza).

U već uzbuđenoj i zvučnoj cijevi za orgulje, strujanje zraka ulazi iz labijalnog proreza u intenzivno zvučno polje u prorezu cijevi. Kretanje zraka povezano s generiranjem zvukova usmjereno je kroz prorez i stoga okomito na ravninu strujanja. Prije 50 godina, B. Brown s College of the University of London uspio je fotografirati laminarni tok zadimljenog zraka u zvučnom polju. Slike su pokazale stvaranje vijugavih valova koji se povećavaju kako se kreću duž potoka, sve dok se potonji ne razbije u dva reda vrtložnih prstenova koji rotiraju u suprotnim smjerovima. Pojednostavljeno tumačenje ovih i sličnih zapažanja dovelo je do netočnog opisa fizikalnih procesa u orguljskim cijevima, što se može naći u mnogim udžbenicima.

Plodnija metoda proučavanja stvarnog ponašanja zračnog mlaza u zvučnom polju je eksperimentiranje s jednom cijevi u kojoj se zvučno polje stvara pomoću zvučnika. Kao rezultat takvog istraživanja, koje je proveo J. Coltman u laboratoriju Westinghouse Electric Corporation i grupe s mojim sudjelovanjem na Sveučilištu New England u Australiji, utemeljeni su temelji moderne teorije fizičkih procesa koji se odvijaju u cijevima organa. bile razvijene. Zapravo, čak je i Rayleigh dao temeljit i gotovo potpun matematički opis laminarnih tokova neviscidnih medija. Budući da je utvrđeno da turbulencija ne komplicira, već pojednostavljuje fizikalnu sliku zračnih struna, bilo je moguće koristiti Rayleighovu metodu s malim modifikacijama za opisivanje strujanja zraka eksperimentalno dobivene i istraživane od strane Koltmana i naše grupe.

Da u cijevi nema labijalnog proreza, očekivalo bi se da bi se mlaz zraka u obliku trake zraka koji se kreće jednostavno kretao naprijed-natrag zajedno sa svim ostalim zrakom u prorezu cijevi pod utjecajem akustičnih vibracija. U stvarnosti, kada mlaz napusti utor, učinkovito ga stabilizira sam prorez. Taj se učinak može usporediti s rezultatom nametanja na opće oscilatorno kretanje zraka u zvučnom polju strogo uravnoteženo miješanje lokalizirano u ravnini vodoravnog ruba. Ovo lokalizirano miješanje, koje ima istu frekvenciju i amplitudu kao i zvučno polje, te kao rezultat stvara nulto miješanje mlaza na vodoravnom peraju, pohranjuje se u pokretnom strujanju zraka i stvara vijugasti val.

Pet cijevi različitog dizajna proizvode zvukove iste visine, ali različite boje. Druga truba slijeva je dulciana, koja ima nježan, suptilan zvuk, koji podsjeća na zvuk žičanog instrumenta. Treća truba je otvorenog raspona, daje lagan, sonoran zvuk, koji je najkarakterističniji za orgulje. Četvrta truba ima zvuk jako prigušene flaute. Peta truba - Waldflote ( « šumska frula") tihim zvukom. Drvena cijev s lijeve strane zatvorena je čepom. Ima istu osnovnu frekvenciju kao i druge cijevi, ali rezonira na neparnim prizvucima čije su frekvencije neparan broj puta osnovne frekvencije. Duljina preostalih cijevi nije potpuno jednaka, jer se radi "korekcija kraja" kako bi se dobio isti nagib.

Kao što je Rayleigh pokazao za vrstu mlaza koji je proučavao, i kao što smo sveobuhvatno potvrdili za slučaj s divergentnim turbulentnim mlazom, val se širi duž strujanja brzinom nešto manjom od polovine brzine zraka u središnjoj ravnini mlaza . U ovom slučaju, kako se kreće duž toka, amplituda vala raste gotovo eksponencijalno. Obično se udvostručuje kako val putuje jedan milimetar, a njegov učinak brzo postaje dominantan nad jednostavnim povratnim bočnim gibanjem uzrokovanim zvučnim vibracijama.

Utvrđeno je da se najveća brzina rasta vala postiže kada je njegova duljina duž toka šest puta veća od širine toka u danoj točki. S druge strane, ako je valna duljina manja od širine struje, tada se amplituda ne povećava i val može potpuno nestati. Budući da se mlaz zraka širi i usporava dok se udaljava od proreza, samo dugi valovi, odnosno niskofrekventne oscilacije, mogu se širiti duž dugih tokova velike amplitude. Ova će se okolnost pokazati važnom u daljnjem razmatranju stvaranja harmonijskog zvuka orguljskih cijevi.

Razmotrimo sada učinak zvučnog polja orguljske cijevi na zračni mlaz. Lako je zamisliti da akustični valovi zvučnog polja u utoru cijevi uzrokuju pomicanje vrha mlaznice zraka preko gornje usne utora, tako da je mlaz ili unutar cijevi ili izvan nje. Podsjeća na sliku kada se već gura ljuljačka. Stub zraka u cijevi već oscilira, a kada naleti zraka uđu u cijev sinkronizirano s vibracijom, oni zadržavaju svoju vibracijsku snagu unatoč različitim gubicima energije povezanim s širenjem zvuka i trenjem zraka o stijenke cijevi. Ako se naleti zraka ne podudaraju s kolebanjima stupca zraka u cijevi, oni će potisnuti te fluktuacije i zvuk će nestati.

Oblik zračnog mlaza prikazan je na slici kao niz uzastopnih okvira dok izlazi iz labijalnog proreza u pokretno akustičko polje stvoreno u "ustima" cijevi zračnim stupcem koji rezonira unutar cijevi. Periodično pomicanje zraka u dijelu usta stvara krivudavi val koji se kreće brzinom upola manjom od brzine zraka u središnjoj ravnini mlaza i povećava se eksponencijalno sve dok njegova amplituda ne prijeđe širinu samog mlaza. Horizontalni presjeci pokazuju segmente putanje koje val putuje u mlazu u uzastopnim četvrtima perioda titranja. T. Sekantne linije se približavaju jedna drugoj kako se brzina mlaza smanjuje. U cijevi za orgulje, gornja usna nalazi se na mjestu označenom strelicom. Mlaz zraka naizmjenično izlazi i ulazi u cijev.

Mjerenje zvučnih svojstava zračnog mlaza može se provesti postavljanjem filca ili pjenastih klinova na otvoreni kraj cijevi kako bi se spriječio zvuk i stvaranjem zvučnog vala male amplitude pomoću zvučnika. Odbijen od suprotnog kraja cijevi, zvučni val stupa u interakciju sa mlazom zraka na dijelu "usta". Interakcija mlaza sa stajaćim valom unutar cijevi mjeri se pomoću prijenosnog tester mikrofona. Na taj način moguće je otkriti povećava li mlaz zraka ili smanjuje energiju reflektiranog vala u donjem dijelu cijevi. Da bi truba zvučala, mlaz mora povećati energiju. Rezultati mjerenja izraženi su u terminima akustičke "vodljivosti", definirane kao omjer akustičkog toka na izlazu iz presjeka « usta" na zvučni tlak neposredno iza reza. Krivulja vrijednosti vodljivosti za različite kombinacije tlaka ispuštanja zraka i frekvencije titranja ima spiralni oblik, kao što je prikazano na sljedećoj slici.

Odnos između pojave akustičnih oscilacija u utoru cijevi i trenutka dolaska sljedećeg dijela zračnog mlaza na gornju ivicu utora određen je vremenskim intervalom tijekom kojeg val u struji zraka putuje udaljenost od labijalni utor do gornje usne. Graditelji orgulja ovu udaljenost nazivaju "podrezivanje". Ako je "podrezivanje" veliko ili je pritisak (a time i brzina kretanja) zraka mali, tada će vrijeme kretanja biti veliko. Suprotno tome, ako je "podrezivanje" malo ili je tlak zraka visok, tada će vrijeme putovanja biti kratko.

Kako bi se točno odredio fazni odnos između fluktuacija stupca zraka u cijevi i dolaska dijelova zračne struje na unutarnji rub gornje usne, potrebno je detaljnije proučiti prirodu učinka ove proporcije na stupcu zraka. Helmholtz je vjerovao da je glavni faktor ovdje količina protoka zraka koju isporučuje mlaz. Stoga, kako bi dijelovi mlaza prenijeli što više energije oscilirajućem stupcu zraka, moraju stići u trenutku kada tlak u blizini unutarnjeg dijela gornje usne dosegne maksimum.

Rayleigh je iznio drugačiji stav. Tvrdio je da, budući da se utor nalazi relativno blizu otvorenog kraja cijevi, akustični valovi u prorezu, na koje utječe zračni mlaz, ne mogu stvoriti veliki pritisak. Rayleigh je vjerovao da struja zraka, ulazeći u cijev, zapravo nailazi na prepreku i gotovo se zaustavlja, što u njoj brzo stvara visoki tlak, što utječe na njegovo kretanje u cijevi. Stoga će, prema Rayleighu, zračni mlaz prenijeti maksimalnu količinu energije ako uđe u cijev u trenutku kada je ne tlak, već sam tok akustičnih valova maksimalan. Pomak između ova dva maksimuma iznosi jednu četvrtinu perioda titranja stupca zraka u cijevi. Ako povučemo analogiju s klackalkom, onda se ta razlika izražava u guranju klackalice kada je u najvišoj točki i ima maksimalnu potencijalnu energiju (prema Helmholtzu), a kada je u najnižoj točki i ima najveću brzinu (prema do Rayleigha).

Krivulja akustičke vodljivosti mlaza ima oblik spirale. Udaljenost od početne točke označava veličinu vodljivosti, a kutni položaj označava fazni pomak između akustičkog toka na izlazu iz utora i zvučnog tlaka iza utora. Kada je strujanje u fazi s tlakom, vrijednosti vodljivosti leže u desnoj polovici spirale i energija mlaza se raspršuje. Da bi mlaz generirao zvuk, vodljivosti moraju biti u lijevoj polovici spirale, što se događa kada se mlaz kompenzira ili ugasi u odnosu na tlak nizvodno od reza cijevi. U tom je slučaju duljina reflektiranog vala veća od duljine upadnog vala. Vrijednost referentnog kuta ovisi o tome koji od dva mehanizma dominira uzbudom cijevi: Helmholtzov ili Rayleighov mehanizam. Kada je vodljivost u gornjoj polovici zavojnice, mlaz snižava prirodnu rezonancijsku frekvenciju cijevi, a kada je vrijednost vodljivosti u donjem dijelu zavojnice, povećava prirodnu rezonantnu frekvenciju cijevi.

Graf kretanja protoka zraka u cijevi (isprekidana krivulja) pri danom otklonu mlaza nije simetričan u odnosu na nultu vrijednost otklona, budući da je rub cijevi konstruiran tako da siječe mlaz ne duž njegove središnje ravnine. Kada se mlaz skrene duž jednostavne sinusoide velike amplitude (puna crna krivulja), protok zraka koji ulazi u cijev (krivulja boje) "zasiti" se prvo u jednoj ekstremnoj točki otklona mlaza kada potpuno izađe iz cijevi. S još većom amplitudom, protok zraka je također zasićen na drugoj krajnjoj točki odstupanja, kada mlaz potpuno ulazi u cijev. Pomak usne daje protoku asimetričan valni oblik, čiji prizvuci imaju frekvencije koje su višekratne frekvencije vala koji odbija.

80 godina problem je ostao neriješen. Štoviše, nove studije zapravo nisu provedene. I tek sada je našla zadovoljavajuće rješenje zahvaljujući radu L. Kremera i H. Leasinga iz Instituta. Heinrich Hertz na Zapadu. Berlin, S. Eller s Američke pomorske akademije, Coltman i naša grupa. Ukratko, i Helmholtz i Rayleigh su bili djelomično u pravu. Odnos između dva mehanizma djelovanja određen je tlakom ubrizganog zraka i frekvencijom zvuka, pri čemu je Helmholtzov mehanizam glavni pri niskim tlakovima i visokim frekvencijama, a Rayleighov mehanizam pri visokim tlakovima i niskim frekvencijama. Za orguljske cijevi standardnog dizajna, Helmholtzov mehanizam obično igra važniju ulogu.

Koltman je razvio jednostavan i učinkovit način proučavanja svojstava zračnog mlaza, koji je modificiran i poboljšan u našem laboratoriju. Ova se metoda temelji na proučavanju zračnog mlaza na prorezu cijevi orgulja, kada je njezin krajnji kraj zatvoren klinovima od filca ili pjene koji apsorbiraju zvuk koji sprječavaju zvučanje cijevi. Zatim se iz zvučnika postavljenog na udaljenom kraju, niz cijev dovodi zvučni val koji se reflektira od ruba utora, prvo s ubrizganim mlazom, a zatim bez njega. U oba slučaja, upadni i reflektirani valovi međusobno djeluju unutar cijevi, stvarajući stajaći val. Mjerenjem, malim sondnim mikrofonom, promjena konfiguracije vala pri primjeni zračnog mlaza, može se utvrditi povećava li mlaz ili smanjuje energiju reflektiranog vala.

U našim smo pokusima zapravo mjerili "akustičnu vodljivost" zračnog mlaza, koja je određena omjerom akustičkog toka na izlazu utora, stvorenog prisutnošću mlaza, i akustičkog tlaka izravno unutar proreza. Akustičku vodljivost karakteriziraju veličina i fazni kut, koji se mogu grafički prikazati kao funkcija frekvencije ili tlaka pražnjenja. Ako prikažemo graf vodljivosti s neovisnom promjenom frekvencije i tlaka, tada će krivulja imati oblik spirale (vidi sliku). Udaljenost od početne točke spirale označava vrijednost vodljivosti, a kutni položaj točke na spirali odgovara kašnjenju u fazi vijugavog vala koji nastaje u mlazu pod utjecajem akustičnih vibracija u cijevi. Kašnjenje od jedne valne duljine odgovara 360° oko oboda spirale. Zbog posebnih svojstava turbulentnog mlaza, pokazalo se da kada se vrijednost vodljivosti pomnoži s kvadratnim korijenom vrijednosti tlaka, sve vrijednosti izmjerene za danu cijev organa staju na istu spiralu.

Ako tlak ostane konstantan, a frekvencija dolaznih zvučnih valova raste, tada se točke koje pokazuju veličinu vodljivosti približavaju spiralno prema njenoj sredini u smjeru kazaljke na satu. Pri konstantnoj frekvenciji i rastućem pritisku te se točke udaljavaju od sredine u suprotnom smjeru.

Unutarnji pogled na orgulje Sydneyske opere. Vidljive su neke cijevi njegovih 26 registara. Većina cijevi je izrađena od metala, neke su od drveta. Duljina zvučnog dijela cijevi se udvostručuje svakih 12 cijevi, a promjer cijevi se udvostručuje otprilike svakih 16 cijevi. Dugogodišnje iskustvo majstora - kreatora orgulja omogućilo im je da pronađu najbolje proporcije, pružajući stabilan zvuk zvuka.

Kada je točka vodljivosti u desnoj polovici zavojnice, mlaz uzima energiju od strujanja u cijevi, te stoga dolazi do gubitka energije. S položajem točke u lijevoj polovici, mlaz će prenositi energiju na tok i na taj način djelovati kao generator zvučnih vibracija. Kada je vrijednost vodljivosti u gornjoj polovici spirale, mlaz snižava prirodnu rezonantnu frekvenciju cijevi, a kada je ta točka u donjoj polovici, mlaz podiže prirodnu rezonantnu frekvenciju cijevi. Vrijednost kuta koji karakterizira fazni zastoj ovisi o tome koja shema - Helmholtz ili Rayleigh - provodi se glavna pobuda cijevi, a to je, kao što je prikazano, određeno vrijednostima tlaka i frekvencije. Međutim, ovaj kut, mjeren s desne strane vodoravne osi (desni kvadrant), nikada nije značajno veći od nule.

Budući da 360° oko oboda spirale odgovara faznom kašnjenju jednakoj duljini zavojnog vala koji se širi duž zračnog mlaza, veličina takvog zaostajanja od mnogo manje od četvrtine valne duljine do gotovo tri četvrtine njezine duljina će ležati na spirali od središnje linije, odnosno u onom dijelu, gdje mlaz djeluje kao generator zvučnih vibracija. Također smo vidjeli da je, pri konstantnoj frekvenciji, fazni lag funkcija tlaka ubrizganog zraka, što utječe i na brzinu samog mlaza i na brzinu širenja krivudavog vala duž mlaza. Budući da je brzina takvog vala polovica brzine mlaza, što je pak izravno proporcionalno kvadratnom korijenu tlaka, promjena faze mlaza za polovicu valne duljine moguća je samo uz značajnu promjenu tlaka. . Teoretski, pritisak se može promijeniti za faktor devet prije nego što truba prestane proizvoditi zvuk na svojoj osnovnoj frekvenciji, ako se ne prekrše drugi uvjeti. U praksi, međutim, truba počinje zvučati na višoj frekvenciji sve dok se ne dosegne navedena gornja granica promjene tlaka.

Treba napomenuti da kako bi se nadoknadili gubici energije u cijevi i osigurala stabilnost zvuka, nekoliko zavoja spirale može ići daleko ulijevo. Samo još jedna takva petlja, čiji položaj odgovara oko tri poluvala u mlazu, može dati zvuk cijevi. Budući da je vodljivost žica u ovoj točki niska, proizvedeni zvuk je slabiji od bilo kojeg zvuka koji odgovara točki na vanjskom zavoju spirale.

Oblik vodljive spirale može postati još složeniji ako odstupanje na gornjoj usnici prelazi širinu samog mlaza. U tom slučaju, mlaz se gotovo potpuno ispuhuje iz cijevi i otpuhuje natrag u nju pri svakom ciklusu pomaka, a količina energije koju daje reflektiranom valu u cijevi prestaje ovisiti o daljnjem povećanju amplitude. Sukladno tome, smanjuje se i učinkovitost zračnih struna u načinu generiranja akustičnih vibracija. U tom slučaju povećanje amplitude otklona mlaza dovodi samo do smanjenja vodljive spirale.

Smanjenje učinkovitosti mlaza s povećanjem amplitude otklona popraćeno je povećanjem gubitaka energije u cijevi organa. Fluktuacije u cijevi se brzo postavljaju na nižu razinu, na kojoj energija mlaza točno kompenzira gubitke energije u cijevi. Zanimljivo je primijetiti da su u većini slučajeva gubici energije zbog turbulencije i viskoznosti mnogo veći od gubitaka povezanih s raspršivanjem zvučnih valova kroz prorez i otvorene krajeve cijevi.

Presjek cijevi za orgulje tipa raspona, koji pokazuje da jezik ima usjek za stvaranje jednolikog turbulentnog kretanja struje zraka. Cijev je izrađena od "markiranog metala" - legure s visokim udjelom kositra i dodatkom olova. U proizvodnji lisnog materijala od ove legure, na njemu je fiksiran karakterističan uzorak, koji je jasno vidljiv na fotografiji.

Naravno, stvarni zvuk cijevi u orguljama nije ograničen na jednu određenu frekvenciju, već sadrži zvukove više frekvencije. Može se dokazati da su ti prizvuci točni harmonici osnovne frekvencije i da se od nje razlikuju cijeli broj puta. U uvjetima konstantnog ubrizgavanja zraka, oblik zvučnog vala na osciloskopu ostaje potpuno isti. Najmanje odstupanje harmonijske frekvencije od vrijednosti koja je strogo višekratnik osnovne frekvencije dovodi do postupne, ali jasno vidljive promjene valnog oblika.

Ovaj fenomen je zanimljiv jer su rezonantne vibracije stupca zraka u orguljskoj cijevi, kao iu svakoj otvorenoj cijevi, postavljene na frekvencije koje su donekle različite od onih harmonika. Činjenica je da s povećanjem frekvencije radna duljina cijevi postaje nešto manja zbog promjene akustičkog toka na otvorenim krajevima cijevi. Kao što će se pokazati, prizvuci u orguljskoj cijevi nastaju interakcijom zračnog mlaza i ruba utora, a sama cijev služi za prizvuke viših frekvencija uglavnom kao pasivni rezonator.

Rezonantne vibracije u cijevi nastaju najvećim kretanjem zraka na njezinim rupama. Drugim riječima, vodljivost u cijevi organa trebala bi dosegnuti svoj maksimum na utoru. Iz toga slijedi da se rezonantne vibracije javljaju i u cijevi s otvorenim dugim krajem na frekvencijama na kojima cijeli broj poluvalova zvučnih vibracija stane u duljinu cijevi. Ako osnovnu frekvenciju označimo kao f 1, tada će više rezonantne frekvencije biti 2 f 1 , 3f 1 itd. (Zapravo, kao što je već istaknuto, najviše rezonantne frekvencije su uvijek nešto veće od ovih vrijednosti.)

U cijevi sa zatvorenim ili prigušenim konjem dugog dometa javljaju se rezonantne oscilacije na frekvencijama na kojima neparan broj četvrtina valne duljine stane u duljinu cijevi. Stoga, da zvuči na istoj toni, zatvorena cijev može biti upola duža od otvorene, a njezine će rezonantne frekvencije biti f 1 , 3f 1 , 5f 1 itd.

Rezultati učinka promjene tlaka prisilnog zraka na zvuk u konvencionalnoj orguljskoj cijevi. Rimski brojevi označavaju prvih nekoliko prizvuka. Glavni način rada trube (u boji) pokriva niz dobro izbalansiranih normalnih zvukova pri normalnom tlaku. Kako pritisak raste, zvuk trube prelazi na drugi ton; kada se pritisak smanji, stvara se oslabljeni drugi prizvuk.

Vratimo se sada struji zraka u cijevi za orgulje. Vidimo da visokofrekventni valni poremećaji postupno opadaju kako širina mlaza raste. Kao rezultat toga, kraj mlaza u blizini gornje usne oscilira gotovo sinusoidno na osnovnoj frekvenciji zvuka cijevi i gotovo neovisno o višim harmonicima oscilacija akustičkog polja u blizini proreza cijevi. Međutim, sinusoidno kretanje mlaza neće stvoriti isto kretanje strujanja zraka u cijevi, budući da je protok "zasićen" zbog činjenice da, uz ekstremno odstupanje u bilo kojem smjeru, teče u potpunosti ili iznutra ili s vanjske strane gornje usne. Osim toga, usnica je obično donekle pomaknuta i siječe tok ne točno duž svoje središnje ravnine, tako da zasićenost nije simetrična. Stoga fluktuacija protoka u cijevi ima potpuni skup harmonika osnovne frekvencije sa strogo definiranim omjerom frekvencija i faza, a relativne amplitude tih visokofrekventnih harmonika brzo rastu s povećanjem amplitude otklona zračnog mlaza. .

U konvencionalnoj cijevi za orgulje, količina otklona mlaza u prorezu je razmjerna širini mlaza na gornjoj usnici. Kao rezultat, stvara se veliki broj prizvuka u struji zraka. Kad bi usnica dijelila mlaz strogo simetrično, u zvuku ne bi bilo ravnomjernih prizvuka. Stoga se usne obično miješaju kako bi se zadržali svi prizvuci.

Kao što možete očekivati, otvorene i zatvorene cijevi stvaraju različite kvalitete zvuka. Frekvencije prizvuka koje stvara mlaz višestruke su frekvencije glavnog titranja mlaza. Stup zraka u cijevi snažno će rezonirati određenim prizvukom samo ako je akustična vodljivost cijevi visoka. U tom slučaju doći će do oštrog povećanja amplitude na frekvenciji bliskoj frekvenciji prizvuka. Stoga se u zatvorenoj cijevi, gdje se stvaraju samo prizvuci s neparnim brojem rezonantne frekvencije, potiskuju svi ostali prizvuci. Rezultat je karakterističan "prigušen" zvuk u kojem su čak i prizvuci slabi, iako ne i potpuno odsutni. Naprotiv, otvorena cijev proizvodi "lakši" zvuk, budući da zadržava sve prizvuke izvedene iz osnovne frekvencije.

Rezonantna svojstva cijevi u velikoj mjeri ovise o gubicima energije. Ovi gubici su dvije vrste: gubici zbog unutarnjeg trenja i prijenosa topline te gubici zbog zračenja kroz prorez i otvoreni kraj cijevi. Gubici prvog tipa su značajniji u uskim cijevima i pri niskim frekvencijama oscilacija. Za široke cijevi i pri visokoj frekvenciji oscilacija, gubici druge vrste su značajni.

Utjecaj položaja usne na stvaranje prizvuka ukazuje na preporučljivost pomicanja usne. Kad bi usnica dijelila mlaz strogo duž središnje ravnine, u cijevi bi se stvarao samo zvuk osnovne frekvencije (I) i trećeg prizvuka (III). Pomicanjem usne, kao što je prikazano isprekidanom linijom, pojavljuju se drugi i četvrti prizvuk koji uvelike obogaćuju kvalitetu zvuka.

Iz toga proizlazi da za danu duljinu cijevi, a time i određenu osnovnu frekvenciju, široke cijevi mogu poslužiti kao dobri rezonatori samo za temeljni ton i sljedećih nekoliko prizvuka, koji tvore prigušeni "flautni" zvuk. Uske cijevi služe kao dobri rezonatori za širok raspon tonova, a budući da je zračenje na visokim frekvencijama intenzivnije nego na niskim, proizvodi se visoki "žičani" zvuk. Između ta dva zvuka javlja se sonoran sočan zvuk, koji postaje karakterističan za dobre orgulje koje stvaraju tzv. principali ili rasponi.

Osim toga, veliki organ može imati nizove cijevi s konusnim tijelom, perforiranim čepom ili drugim geometrijskim varijacijama. Takvi dizajni su namijenjeni modificiranju rezonantnih frekvencija trube, a ponekad i povećanju raspona visokofrekventnih prizvuka kako bi se dobio tembar posebne zvučne boje. Izbor materijala od kojeg je cijev izrađena nije mnogo bitan.

Postoji veliki broj mogućih vrsta zračnih vibracija u cijevi, a to dodatno otežava akustička svojstva cijevi. Na primjer, kada se tlak zraka u otvorenoj cijevi poveća do te mjere da će se u mlazu stvoriti prvi prizvuk f 1 na jednoj četvrtini duljine glavnog vala, točka na vodljivoj spirali koja odgovara ovom prizvuku pomaknut će se na svoju desnu polovicu i mlaz će prestati stvarati prizvuk te frekvencije. U isto vrijeme, frekvencija drugog prizvuka 2 f 1 odgovara poluvalu u mlazu i može biti stabilan. Stoga će zvuk trube ići na ovaj drugi prizvuk, gotovo cijelu oktavu iznad prvog, a točna frekvencija titranja ovisit će o rezonantnoj frekvenciji trube i tlaku dovoda zraka.

Daljnji porast tlaka pražnjenja može dovesti do stvaranja sljedećeg prizvuka 3 f 1 pod uvjetom da "podrezivanje" usnice nije preveliko. S druge strane, često se događa da nizak tlak, nedovoljan za formiranje temeljnog tona, postupno stvara jedan od prizvuka na drugom zavoju vodljive spirale. Takvi zvukovi, nastali s prekomjernim ili nedostatkom pritiska, zanimljivi su za laboratorijska istraživanja, ali se iznimno rijetko koriste u samim organima, samo za postizanje nekog posebnog efekta.

Pogled na stojni val na rezonanciji u cijevima s otvorenim i zatvorenim gornjim krajem. Širina svake obojene linije odgovara amplitudi vibracija u različitim dijelovima cijevi. Strelice pokazuju smjer kretanja zraka tijekom jedne polovice oscilatornog ciklusa; u drugoj polovici ciklusa smjer kretanja je obrnut. Rimski brojevi označavaju harmonijske brojeve. Za otvorenu cijev, svi harmonici osnovne frekvencije su rezonantni. Zatvorena cijev mora biti upola manja da proizvede istu notu, ali samo neparni harmonici su joj rezonantni. Složena geometrija "ušća" cijevi donekle iskrivljuje konfiguraciju valova bliže donjem kraju cijevi, a da ih ne mijenja « glavni » lik.

Nakon što je majstor u izradi orgulja izradio jednu cijev s potrebnim zvukom, njegova je glavna i najteža zadaća stvoriti cijeli niz lula odgovarajućeg glasnoće i skladnog zvuka u cijelom glazbenom rasponu klavijature. To se ne može postići jednostavnim skupom cijevi iste geometrije, koje se razlikuju samo po svojim dimenzijama, jer će u takvim cijevima gubici energije trenjem i zračenjem imati različit učinak na oscilacije različitih frekvencija. Kako bi se osigurala postojanost akustičkih svojstava u cijelom rasponu, potrebno je varirati niz parametara. Promjer cijevi mijenja se s njezinom duljinom i ovisi o njoj kao potenciji s eksponentom k, gdje je k manji od 1. Stoga se duge bas cijevi izrađuju uže. Izračunata vrijednost k je 5/6, odnosno 0,83, ali uzimajući u obzir psihofizičke karakteristike ljudskog sluha, treba je smanjiti na 0,75. Ova vrijednost k je vrlo bliska onoj koju su empirijski odredili veliki orguljaši 17. i 18. stoljeća.

U zaključku, razmotrimo pitanje koje je važno sa stajališta sviranja orgulja: kako se kontrolira zvuk mnogih lula u velikim orguljama. Osnovni mehanizam ove kontrole je jednostavan i podsjeća na retke i stupce matrice. Cijevi poredane po registrima odgovaraju redovima matrice. Sve cijevi istog registra imaju isti ton, a svaka lula odgovara jednoj noti na ručnoj ili nožnoj tipkovnici. Dovod zraka u cijevi svakog registra regulira se posebnom polugom na kojoj je naznačen naziv registra, a dovod zraka izravno u cijevi povezane s danom notom i koje čine stupac matrice reguliran je pomoću odgovarajuću tipku na tipkovnici. Truba će se oglasiti samo ako se pomakne poluga registra u kojem se nalazi i pritisne željena tipka.

Postavljanje cijevi orgulja podsjeća na redove i stupce matrice. U ovom pojednostavljenom dijagramu, svaki red, nazvan registar, sastoji se od cijevi istog tipa, od kojih svaka proizvodi jednu notu (gornji dio dijagrama). Svaki stupac povezan s jednom notom na tipkovnici (donji dio dijagrama) uključuje različite vrste cijevi (lijevi dio dijagrama). Poluga na konzoli (desna strana dijagrama) omogućuje pristup zraku svim cijevima registra, a pritiskom na tipku na tipkovnici zrak se upuhuje u sve cijevi zadane note. Pristup zraka cijevi moguć je samo kada su red i stupac uključeni u isto vrijeme.

Danas se mogu koristiti različiti načini implementacije takvog sklopa pomoću digitalnih logičkih uređaja i električno kontroliranih ventila na svakoj cijevi. Starije orgulje koristile su jednostavne mehaničke poluge i reed ventile za dovod zraka u kanale tipkovnice, te mehaničke klizače s rupama za kontrolu protoka zraka do cijelog registra. Ovaj jednostavan i pouzdan mehanički sustav, uz svoje dizajnerske prednosti, omogućio je orguljašu da sam regulira brzinu otvaranja svih ventila i, takoreći, približio mu ovo previše mehaničko glazbalo.

U XIX na početku XX.st. velike su orgulje građene sa svim vrstama elektromehaničkih i elektropneumatskih uređaja, no u posljednje vrijeme opet se prednost daje mehaničkim prijenosima s tipki i pedala, a složeni elektronički uređaji koriste se za istovremeno uključivanje kombinacija registara tijekom sviranja orgulja. Na primjer, najveće orgulje na svijetu postavljene su u koncertnoj dvorani Sydneyske opere 1979. godine. Ima 10 500 cijevi u 205 registara raspoređenih na pet ručnih i jednonožnih klavijatura. Upravljanje ključem vrši se mehanički, ali je duplicirano električnim prijenosom na koji se možete spojiti. Na taj se način orguljaška izvedba može snimiti u kodiranom digitalnom obliku, koji se potom može koristiti za automatsku reprodukciju na orguljama izvorne izvedbe. Kontrola registara i njihovih kombinacija provodi se pomoću električnih ili elektropneumatskih uređaja i mikroprocesora s memorijom, što vam omogućuje široku promjenu upravljačkog programa. Dakle, veličanstveni bogat zvuk veličanstvenih orgulja nastaje kombinacijom najnaprednijih dostignuća moderne tehnologije i tradicionalnih tehnika i principa kojima su se stoljećima služili majstori prošlih vremena.

Učinkovitost sustava grijanja prvenstveno ovisi o kompetentnom izboru sheme priključka baterije za grijanje. Idealno je ako, uz malu potrošnju goriva, radijatori mogu generirati maksimalnu količinu topline. U materijalu u nastavku ćemo govoriti o tome koje su sheme povezivanja radijatora grijanja u stambenoj zgradi, koja je osobitost svakog od njih, kao i koje čimbenike treba uzeti u obzir pri odabiru određene opcije.

Čimbenici koji utječu na učinkovitost radijatora

Glavni zahtjevi za sustav grijanja su, naravno, njegova učinkovitost i ekonomičnost. Stoga se njegovom dizajnu mora pristupiti promišljeno kako se ne bi propustile sve vrste suptilnosti i značajki određenog životnog prostora. Ako nemate dovoljno vještina za stvaranje kompetentnog projekta, bolje je povjeriti ovaj posao stručnjacima koji su se već dokazali i imaju pozitivne povratne informacije od kupaca. Oslanjati se na savjete prijatelja koji preporučuju određene metode spajanja radijatora ne isplati se, jer će u svakom slučaju početni uvjeti biti drugačiji. Drugim riječima, ono što radi za jednu osobu, ne mora nužno raditi i za drugu.

Međutim, ako se ipak želite sami pozabaviti cjevovodom radijatora grijanja, obratite pozornost na sljedeće čimbenike:

veličina radijatora i njihova toplinska snaga;
postavljanje uređaja za grijanje unutar kuće;
dijagram povezivanja.

Suvremeni potrošač ima izbor različitih modela uređaja za grijanje - to su zglobni radijatori izrađeni od različitih materijala, te podni ili podni konvektori. Razlika između njih nije samo u veličini i izgledu, već iu načinima opskrbe, kao i stupnju prijenosa topline. Svi ovi čimbenici će utjecati na izbor opcija za spajanje radijatora grijanja.

Ovisno o veličini grijane prostorije, prisutnosti ili odsutnosti izolacijskog sloja na vanjskim zidovima zgrade, snazi, kao i vrsti priključka koju preporučuje proizvođač radijatora, broj i dimenzije takvih uređaja će varirati .

Radijatori se u pravilu postavljaju ispod prozora ili u stupovima između njih, ako su prozori na velikoj udaljenosti jedan od drugog, kao i u uglovima ili uz prazan zid prostorije, u kupaonici, hodniku, smočnici , često na stubištima stambenih zgrada.

Za usmjeravanje toplinske energije iz radijatora u prostoriju, preporučljivo je pričvrstiti poseban reflektirajući zaslon između uređaja i zida. Takav zaslon može biti izrađen od bilo kojeg folijskog materijala koji reflektira toplinu - na primjer, penofol, isospan ili bilo koji drugi.

Prije spajanja baterije za grijanje na sustav grijanja, obratite pozornost na neke značajke njegove instalacije:

unutar jednog stana, razina smještaja svih baterija treba biti ista;
rebra na konvektorima moraju biti usmjerena okomito;
sredina radijatora mora se podudarati sa središnjom točkom prozora ili se može pomaknuti 2 cm udesno ili ulijevo;
ukupna duljina baterije treba biti od 75% širine otvora prozora;
udaljenost od prozorske daske do radijatora mora biti najmanje 5 cm, a između uređaja i poda mora biti najmanje 6 cm razmaka. Najbolje je ostaviti 10-12 cm.

Imajte na umu da će ne samo prijenos topline baterije, već i razina gubitka topline ovisiti o ispravnom izboru metoda za spajanje radijatora grijanja u stambenoj zgradi.

Nije rijetkost da vlasnici stanova montiraju i spajaju sustav grijanja, slijedeći preporuke prijatelja. U ovom slučaju, rezultat je mnogo lošiji od očekivanog. To znači da su tijekom postupka instalacije napravljene pogreške, snaga uređaja nije dovoljna za zagrijavanje određene prostorije ili je shema za spajanje cijevi za grijanje na baterije neprikladna za ovu kuću.

Razlike između glavnih vrsta priključaka baterija

Sve moguće vrste spajanja radijatora grijanja razlikuju se po vrsti cjevovoda. Može se sastojati od jedne ili dvije cijevi. Zauzvrat, svaka od opcija uključuje podjelu na sustave s okomitim usponima ili vodoravnim linijama. Vrlo često se koristi horizontalno ožičenje sustava grijanja u stambenoj zgradi, i dobro se pokazalo.

Na temelju toga koja je opcija za spajanje cijevi na radijatore odabrana, shema njihovog povezivanja izravno će ovisiti. U sustavima grijanja s jednocijevnim i dvocijevnim krugom koristi se donja, bočna i dijagonalna metoda spajanja radijatora. Koju god opciju odabrali, glavna stvar je da dovoljno topline uđe u prostoriju za njezino visokokvalitetno grijanje.

Opisani tipovi ožičenja cijevi nazivaju se T-priključnim sustavom. Međutim, postoji još jedna sorta - ovo je kolektorski krug ili ožičenje snopa. Kada se koristi, krug grijanja se polaže na svaki radijator zasebno. S tim u vezi, kolektorski tipovi priključka na baterije imaju veću cijenu, jer će za takvu vezu biti potrebno puno cijevi. Osim toga, proći će kroz cijelu sobu. Međutim, obično se u takvim slučajevima krug grijanja polaže u pod i ne kvari unutrašnjost prostorije.

Unatoč činjenici da opisana shema povezivanja kolektora pretpostavlja prisutnost velikog broja cijevi, sve se više koristi tijekom projektiranja sustava grijanja. Konkretno, ova vrsta spajanja radijatora koristi se za stvaranje vodenog "toplog poda". Koristi se kao dodatni izvor topline, ili kao glavni - sve ovisi o projektu.

Shema s jednom cijevi

Naziva se jednocijevni sustav grijanja u kojem su svi radijatori, bez iznimke, spojeni na jedan cjevovod. Istodobno, zagrijana rashladna tekućina na ulazu i ohlađena na povratku kreće se duž iste cijevi, postupno prolazeći kroz sve uređaje za grijanje. U ovom slučaju, vrlo je važno da unutarnji dio cijevi bude dovoljan da ispuni svoju glavnu funkciju. Inače će svo grijanje biti neučinkovito.

Sustav grijanja s jednocijevnim krugom ima određene prednosti i nedostatke. Bilo bi pogrešno vjerovati da takav sustav može značajno smanjiti troškove polaganja cijevi i ugradnje uređaja za grijanje. Činjenica je da će sustav učinkovito funkcionirati samo ako je pravilno povezan, uzimajući u obzir veliki broj suptilnosti. Inače neće moći pravilno zagrijati stan.

Uštede u uređenju jednocijevnog sustava grijanja doista se događaju, ali samo ako se koristi vertikalni dovodni uspon. Konkretno, u kućama s pet katova ova se opcija ožičenja često prakticira kako bi se uštedjeli materijali. U tom slučaju, zagrijana rashladna tekućina se dovodi prema gore kroz glavni uspon, gdje se distribuira na sve ostale uspone. Topla voda u krugu postupno prolazi kroz radijatore na svakom katu, počevši od vrha.

Kako rashladna tekućina dolazi do nižih katova, njena temperatura postupno se smanjuje. Kako bi se nadoknadila temperaturna razlika, na nižim etažama ugrađuju se radijatori veće površine. Još jedna značajka jednocijevnog sustava grijanja je da se na sve radijatore preporuča ugraditi obilaznice. Omogućuju vam jednostavno uklanjanje baterija u slučaju potrebe za popravkom, bez zaustavljanja cijelog sustava.

Ako se grijanje s jednocijevnim krugom izvodi prema horizontalnoj shemi ožičenja, kretanje rashladne tekućine može biti povezano ili slijepo. Takav se sustav dokazao u cjevovodima duljine do 30 m. Istodobno, broj priključenih radijatora može biti 4-5 komada.

Dvocijevni sustavi grijanja

Unutar dvocijevnog kruga, rashladna tekućina se kreće kroz dva odvojena cjevovoda. Jedan od njih služi za dovodni tok vruće rashladne tekućine, a drugi za povratni tok ohlađene vode, koji se kreće prema spremniku za grijanje. Dakle, prilikom ugradnje radijatora za grijanje s donjim priključkom ili bilo kojom drugom vrstom povezivanja, sve se baterije zagrijavaju ravnomjerno, jer u njih ulazi voda približno iste temperature.

Vrijedi napomenuti da je dvocijevni krug pri spajanju baterija s nižim priključkom, kao i pri korištenju drugih shema, najprihvatljiviji. Činjenica je da ova vrsta veze osigurava minimalni gubitak topline. Shema cirkulacije vode može biti povezana i slijepa.

Imajte na umu da ako postoji dvocijevno ožičenje, moguće je podesiti toplinski učinak korištenih radijatora.

Neki vlasnici privatnih kuća vjeruju da su projekti s dvocijevnim vrstama priključaka radijatora mnogo skuplji, jer je za njihovu provedbu potrebno više cijevi. Međutim, ako pogledate detaljnije, ispada da njihov trošak nije mnogo veći nego kod uređenja jednocijevnih sustava.

Činjenica je da jednocijevni sustav podrazumijeva prisutnost cijevi s velikim poprečnim presjekom i velikim radijatorom. Istovremeno, cijena tanjih cijevi potrebnih za dvocijevni sustav je znatno niža. Osim toga, na kraju će se nepotrebni troškovi isplatiti zbog bolje cirkulacije rashladne tekućine i minimalnog gubitka topline.

S dvocijevnim sustavom koristi se nekoliko opcija za spajanje aluminijskih radijatora grijanja. Veza može biti dijagonalna, bočna ili donja. U ovom slučaju dopuštena je uporaba vertikalnih i horizontalnih spojeva. Što se tiče učinkovitosti, dijagonalna veza smatra se najboljom opcijom. Istodobno, toplina se ravnomjerno raspoređuje na sve uređaje za grijanje uz minimalne gubitke.

Bočna, ili jednostrana, metoda spajanja koristi se s jednakim uspjehom u jednocijevnim i dvocijevnim ožičenjima. Njegova glavna razlika je u tome što su dovodni i povratni krugovi urezani na jednu stranu radijatora.

Bočna veza se često koristi u stambenim zgradama s vertikalnim dovodnim usponom. Imajte na umu da je prije spajanja radijatora grijanja s bočnim priključkom potrebno na njega ugraditi obilaznicu i ventil. To će vam omogućiti da slobodno izvadite bateriju za pranje, farbanje ili zamjenu bez isključivanja cijelog sustava.

Važno je napomenuti da je učinkovitost jednostranog povezivanja maksimalna samo za baterije s 5-6 odjeljaka. Ako je duljina radijatora mnogo veća, s takvim spojem bit će značajni gubici topline.

Značajke opcije donjeg cjevovoda

U pravilu se radijator s donjim priključkom spaja u slučajevima kada se nepredstavljive cijevi za grijanje moraju sakriti u podu ili u zidu kako ne bi ometali unutrašnjost prostorije.

U prodaji možete pronaći veliki broj uređaja za grijanje u kojima proizvođači daju nižu opskrbu radijatorima grijanja. Dostupne su u raznim veličinama i konfiguracijama. Istodobno, kako ne biste oštetili bateriju, vrijedi pogledati putovnicu proizvoda, gdje je propisan način povezivanja jednog ili drugog modela opreme. U jedinici za spajanje baterije obično se nalaze kuglasti ventili koji vam omogućuju da ih uklonite ako je potrebno. Dakle, čak i bez iskustva u takvom radu, koristeći upute, možete spojiti bimetalne radijatore za grijanje s donjim priključkom.

Cirkulacija vode unutar mnogih modernih radijatora s nižim priključkom događa se na isti način kao i kod dijagonalnog spoja. Ovaj učinak postiže se zbog prepreke smještene unutar radijatora, koja osigurava prolaz vode kroz grijač. Nakon toga, ohlađena rashladna tekućina ulazi u povratni krug.

Imajte na umu da je u sustavima grijanja s prirodnom cirkulacijom donji spoj radijatora nepoželjan. Međutim, značajni gubici topline iz takve sheme spajanja mogu se nadoknaditi povećanjem toplinske snage baterija.

Dijagonalna veza

Kao što smo već napomenuli, dijagonalna metoda spajanja radijatora karakterizira najmanji gubitak topline. S ovom shemom, vruća rashladna tekućina ulazi s jedne strane radijatora, prolazi kroz sve dijelove, a zatim izlazi kroz cijev s suprotne strane. Ova vrsta priključka prikladna je i za jednocijevne i dvocijevne sustave grijanja.

Dijagonalni spoj radijatora može se izvesti u 2 verzije:

Topli tok rashladne tekućine ulazi u gornji otvor radijatora, a zatim, prošavši kroz sve dijelove, izlazi iz donjeg bočnog otvora na suprotnoj strani.
Rashladna tekućina ulazi u radijator kroz donji otvor s jedne strane i istječe s suprotne strane odozgo.

Spajanje na dijagonalni način preporučljivo je u slučajevima kada se baterije sastoje od velikog broja odjeljaka - od 12 ili više.

Prirodna i prisilna cirkulacija rashladne tekućine

Vrijedno je napomenuti da će način spajanja cijevi na radijatore također ovisiti o tome kako rashladna tekućina cirkulira unutar kruga grijanja. Postoje dvije vrste cirkulacije - prirodna i prisilna.

Prirodna cirkulacija tekućine unutar kruga grijanja postiže se primjenom fizikalnih zakona, a dodatna oprema nije potrebna. Moguće je samo kada se koristi voda kao nosač topline. Ako se koristi bilo kakav antifriz, on neće moći slobodno cirkulirati kroz cijevi.

Grijanje s prirodnom cirkulacijom uključuje bojler za grijanje vode, ekspanzijski spremnik, 2 cjevovoda za dovod i povratak, kao i radijatore. U tom slučaju, radni kotao postupno zagrijava vodu, koja se širi i kreće duž uspona, prolazeći kroz sve radijatore u sustavu. Zatim, već ohlađena voda gravitacijom teče natrag u kotao.

Kako bi se osiguralo slobodno kretanje vode, vodoravne cijevi se postavljaju s blagim nagibom prema smjeru kretanja rashladne tekućine. Sustav grijanja s prirodnom cirkulacijom je samoregulirajući jer količina vode varira ovisno o njezinoj temperaturi. Kada se voda zagrije, tlak cirkulacije se povećava, što osigurava ravnomjerno zagrijavanje prostorije.

U sustavima s prirodnom cirkulacijom tekućine moguće je ugraditi radijator s donjim priključkom, pod uvjetom da je spojen na dvije cijevi, a također se koristi gornja shema ožičenja u jedno- i dvocijevnom krugu. U pravilu se ova vrsta cirkulacije provodi samo u malim kućama.

Imajte na umu da na baterijama moraju biti predviđeni otvori za zrak kroz koje se mogu ukloniti zračne brave. Alternativno, uspone mogu biti opremljene automatskim otvorima za zrak. Preporučljivo je postaviti kotao za grijanje ispod razine grijane prostorije, na primjer, u podrumu.

Ako površina kuće prelazi 100 m 2, tada se mora prisiliti način cirkulacije rashladne tekućine. U tom slučaju bit će potrebno ugraditi posebnu cirkulacijsku pumpu, koja će osigurati kretanje antifriza ili vode duž kruga. Snaga pumpe ovisi o veličini kuće.

Cirkulacijska pumpa može se montirati i na dovodnu i na povratnu cijev. Vrlo je važno instalirati automatske odzračivanje na vrhu cjevovoda ili osigurati Mayevsky slavine na svakom radijatoru kako bi se ručno uklonile zračne brave.

Korištenje cirkulacijske crpke opravdano je i u jednocijevnim i dvocijevnim sustavima s vertikalnim i horizontalnim priključkom radijatora.

Zašto je važno pravilno spojiti radijatore grijanja

Koji god način spajanja i vrstu radijatora odabrali, vrlo je važno napraviti kompetentne izračune i ispravno instalirati opremu. Istodobno, važno je uzeti u obzir karakteristike određene sobe kako biste odabrali najbolju opciju. Tada će sustav biti što učinkovitiji i izbjeći će značajne gubitke topline u budućnosti.

Ako želite sastaviti sustav grijanja u velikoj skupoj vili, bolje je povjeriti dizajn stručnjacima.

Za kuće male površine, sami se možete nositi s izborom dijagrama ožičenja i ugradnjom baterija. Potrebno je samo razmotriti kvalitetu određene sheme povezivanja i proučiti značajke instalacijskog rada.

Imajte na umu da cijevi i radijatori moraju biti izrađeni od istog materijala. Na primjer, plastične cijevi ne mogu se spojiti na baterije od lijevanog željeza, jer je to ispunjeno poteškoćama.

Dakle, pod uvjetom da se uzmu u obzir značajke određene kuće, spajanje radijatora grijanja može se izvesti samostalno. Dobro odabrana shema za spajanje cijevi na radijatore smanjit će gubitak topline kako bi uređaji za grijanje mogli raditi s maksimalnom učinkovitošću.