Quale schema di connessione della batteria di riscaldamento è migliore: opzioni e metodi di connessione, vantaggi e svantaggi. Quale schema di connessione della batteria di riscaldamento è migliore: opzioni e metodi di connessione, vantaggi e svantaggi Differenze tra i principali tipi di connessione

L'efficienza dell'impianto di riscaldamento dipende principalmente dalla scelta competente dello schema di collegamento per le batterie di riscaldamento. È l'ideale se, con un piccolo consumo di carburante, i radiatori sono in grado di generare la massima quantità di calore. Nel materiale di seguito parleremo di quali sono gli schemi di collegamento per i radiatori di riscaldamento in un condominio, qual è la particolarità di ciascuno di essi e quali fattori dovrebbero essere considerati quando si sceglie un'opzione particolare.

Fattori che influenzano l'efficienza del radiatore

I requisiti principali per l'impianto di riscaldamento sono, ovviamente, la sua efficienza ed economia. Pertanto, il suo design deve essere affrontato in modo ponderato per non perdere tutti i tipi di sottigliezze e caratteristiche di un particolare spazio abitativo. Se non hai competenze sufficienti per creare un progetto competente, è meglio affidare questo lavoro a specialisti che si sono già dimostrati validi e hanno feedback positivi dai clienti. Affidarsi ai consigli di amici che consigliano determinati metodi di collegamento dei radiatori non vale la pena, poiché in ogni caso le condizioni iniziali saranno diverse. In altre parole, ciò che funziona per una persona non funziona necessariamente per un'altra.

Tuttavia, se si desidera comunque occuparsi delle tubazioni per il riscaldamento dei radiatori, prestare attenzione ai seguenti fattori:

• dimensione dei radiatori e loro potenza termica;
• posizionamento di dispositivi di riscaldamento all'interno della casa;
• schema di collegamento.

Al consumatore moderno viene presentata una scelta tra una varietà di modelli di dispositivi di riscaldamento: si tratta di radiatori a cerniera realizzati in vari materiali e convettori a zoccolo oa pavimento. La differenza tra loro non è solo nelle dimensioni e nell'aspetto, ma anche nei metodi di fornitura e nel grado di trasferimento del calore. Tutti questi fattori influenzeranno la scelta delle opzioni per il collegamento dei radiatori di riscaldamento.

A seconda delle dimensioni dell'ambiente riscaldato, della presenza o assenza di uno strato isolante sulle pareti esterne dell'edificio, della potenza, nonché del tipo di collegamento consigliato dal produttore del radiatore, il numero e le dimensioni di tali dispositivi varieranno .

Di norma, i radiatori sono posizionati sotto le finestre o nei moli tra di loro, se le finestre sono a grande distanza l'una dall'altra, nonché negli angoli o lungo il muro bianco della stanza, nel bagno, nel corridoio, nella dispensa , spesso sulle scale dei condomini.

Per convogliare l'energia termica del radiatore nell'ambiente, si consiglia di applicare uno speciale schermo riflettente tra l'apparecchio e la parete. Tale schermo può essere realizzato con qualsiasi materiale in lamina termoriflettente, ad esempio penofol, isospan o qualsiasi altro.

Prima di collegare la batteria di riscaldamento all'impianto di riscaldamento, prestare attenzione ad alcune caratteristiche della sua installazione:

• all'interno di un'abitazione, il livello di posizionamento di tutte le batterie dovrebbe essere lo stesso;
• le nervature sui convettori devono essere dirette verticalmente;
• il centro del radiatore deve coincidere con il punto centrale della finestra oppure può essere spostato di 2 cm a destra oa sinistra;
• la lunghezza totale della batteria dovrebbe essere del 75% della larghezza dell'apertura della finestra;
• la distanza tra il davanzale della finestra e il radiatore deve essere di almeno 5 cm e tra l'apparecchio e il pavimento devono esserci almeno 6 cm di spazio libero. È meglio lasciare 10-12 cm.

Si noti che non solo il trasferimento di calore della batteria, ma anche il livello di perdita di calore dipenderà dalla corretta scelta dei metodi per il collegamento dei radiatori di riscaldamento in un condominio.

Non è raro che i proprietari di appartamenti assemblano e allacciano l'impianto di riscaldamento, seguendo i consigli degli amici. In questo caso, il risultato è molto peggiore del previsto. Ciò significa che sono stati commessi errori durante il processo di installazione, la potenza dei dispositivi non è sufficiente per riscaldare una stanza particolare o lo schema per il collegamento dei tubi di riscaldamento alle batterie non è appropriato per questa casa.

Differenze tra i principali tipi di collegamento della batteria

Tutti i possibili tipi di collegamento dei radiatori di riscaldamento si differenziano per il tipo di tubazioni. Può essere costituito da uno o due tubi. A sua volta, ciascuna delle opzioni prevede una divisione in sistemi con montanti verticali o linee orizzontali. Abbastanza spesso viene utilizzato il cablaggio orizzontale dell'impianto di riscaldamento in un condominio e si è dimostrato valido.

In base all'opzione scelta per il collegamento dei tubi ai radiatori, lo schema della loro connessione dipenderà direttamente. Negli impianti di riscaldamento con circuito monotubo e bitubo, viene utilizzato il metodo di collegamento dei radiatori inferiore, laterale e diagonale. Qualunque opzione tu scelga, l'importante è che nella stanza entri abbastanza calore per il suo riscaldamento di alta qualità.

I tipi descritti di cablaggio dei tubi sono indicati come un sistema di connessione a T. Tuttavia, esiste un'altra varietà: questo è un circuito del collettore o un cablaggio del raggio. Quando lo si utilizza, il circuito di riscaldamento viene posato separatamente su ciascun radiatore. A questo proposito, i tipi di collettore di collegamento della batteria hanno un costo maggiore, poiché per realizzare tale collegamento saranno necessari molti tubi. Inoltre, attraverseranno l'intera stanza. Tuttavia, di solito in questi casi, il circuito di riscaldamento viene posato nel pavimento e non rovina l'interno della stanza.

Nonostante lo schema di collegamento del collettore descritto presuppone la presenza di un gran numero di tubi, viene sempre più utilizzato durante la progettazione di impianti di riscaldamento. In particolare, questo tipo di raccordo del radiatore viene utilizzato per creare un "pavimento caldo" dell'acqua. Viene utilizzato come fonte di calore aggiuntiva o come principale: tutto dipende dal progetto.

Schema a tubo singolo

Viene chiamato un sistema di riscaldamento monotubo, in cui tutti i radiatori, senza eccezioni, sono collegati a una tubazione. Allo stesso tempo, il liquido di raffreddamento riscaldato all'ingresso e raffreddato al ritorno si muove lungo lo stesso tubo, passando gradualmente attraverso tutti i dispositivi di riscaldamento. In questo caso è molto importante che la sezione interna del tubo sia sufficiente per svolgere la sua funzione principale. In caso contrario, tutto il riscaldamento sarà inefficiente.

Un sistema di riscaldamento con circuito monotubo presenta alcuni pro e contro. Sarebbe errato credere che un tale sistema possa ridurre significativamente il costo della posa di tubi e dell'installazione di apparecchi di riscaldamento. Il fatto è che il sistema funzionerà efficacemente solo se è collegato correttamente, tenendo conto di un gran numero di sottigliezze. In caso contrario, non sarà in grado di riscaldare adeguatamente l'appartamento.

Il risparmio nella disposizione di un sistema di riscaldamento a tubo singolo si verifica davvero, ma solo se viene utilizzata una colonna montante di mandata verticale. In particolare, nelle case a cinque piani, questa opzione di cablaggio viene spesso praticata per risparmiare materiali. In questo caso, il liquido di raffreddamento riscaldato viene alimentato verso l'alto attraverso la colonna montante principale, dove viene distribuito a tutte le altre colonne montanti. L'acqua calda del circuito passa gradualmente attraverso i radiatori di ogni piano, partendo dall'alto.

Quando il liquido di raffreddamento raggiunge i piani inferiori, la sua temperatura diminuisce gradualmente. Per compensare la differenza di temperatura, ai piani inferiori sono installati radiatori con una superficie maggiore. Un'altra caratteristica di un sistema di riscaldamento monotubo è che si consiglia di installare bypass su tutti i radiatori. Consentono di rimuovere facilmente le batterie in caso di necessità di riparazione, senza fermare l'intero sistema.

Se il riscaldamento con un circuito monotubo viene realizzato secondo uno schema di cablaggio orizzontale, il movimento del liquido di raffreddamento può essere associato o vicolo cieco. Un tale sistema si è dimostrato efficace in tubazioni lunghe fino a 30 m Allo stesso tempo, il numero di radiatori collegati può essere di 4-5 pezzi.

Impianti di riscaldamento a due tubi

All'interno del circuito a due tubi, il liquido di raffreddamento scorre attraverso due tubazioni separate. Uno di questi è utilizzato per il flusso di mandata con liquido di raffreddamento caldo e l'altro per il flusso di ritorno con acqua refrigerata, che si sposta verso il serbatoio di riscaldamento. Pertanto, quando si installano radiatori di riscaldamento con una connessione inferiore o qualsiasi altro tipo di collegamento, tutte le batterie si riscaldano in modo uniforme, poiché vi entra acqua approssimativamente della stessa temperatura.

Vale la pena notare che un circuito a due tubi quando si collegano batterie con una connessione inferiore, nonché quando si utilizzano altri schemi, è il più accettabile. Il fatto è che questo tipo di connessione fornisce una quantità minima di perdita di calore. Lo schema di circolazione dell'acqua può essere sia associato che senza uscita.

Si noti che in presenza di cablaggio a due tubi è possibile regolare le prestazioni termiche dei radiatori utilizzati.

Alcuni proprietari di case private ritengono che i progetti con tipi di raccordi per radiatori a due tubi siano molto più costosi, poiché per implementarli sono necessari più tubi. Tuttavia, se si guarda più in dettaglio, si scopre che il loro costo non è molto più alto rispetto alla disposizione dei sistemi a tubo singolo.

Il fatto è che un sistema monotubo implica la presenza di tubi con una grande sezione trasversale e un grande radiatore. Allo stesso tempo, il prezzo dei tubi più sottili necessari per un sistema a due tubi è molto più basso. Inoltre, alla fine, i costi inutili verranno ripagati grazie alla migliore circolazione del liquido di raffreddamento e alla minima dispersione di calore.

Con un sistema a due tubi, vengono utilizzate diverse opzioni per il collegamento di radiatori di riscaldamento in alluminio. La connessione può essere diagonale, laterale o inferiore. In questo caso è consentito l'uso di giunti verticali e orizzontali. In termini di efficienza, la connessione diagonale è considerata l'opzione migliore. Allo stesso tempo, il calore viene distribuito uniformemente su tutti i dispositivi di riscaldamento con perdite minime.

Il metodo di connessione laterale, o unilaterale, viene utilizzato con uguale successo sia nel cablaggio a tubo singolo che a quello a due tubi. La sua principale differenza è che i circuiti di alimentazione e ritorno sono tagliati su un lato del radiatore.

Il collegamento laterale viene spesso utilizzato nei condomini con un montante di alimentazione verticale. Si noti che prima di collegare un radiatore di riscaldamento con attacco laterale, è necessario installare un bypass e una valvola su di esso. Ciò consentirà di rimuovere liberamente la batteria per il lavaggio, la verniciatura o la sostituzione senza spegnere l'intero sistema.

È interessante notare che l'efficienza del collegamento unilaterale è massima solo per batterie con 5-6 sezioni. Se la lunghezza del radiatore è molto più lunga, con una tale connessione si verificheranno significative perdite di calore.

Caratteristiche dell'opzione tubazione inferiore

Di norma, un radiatore con attacco inferiore viene collegato nei casi in cui i tubi del riscaldamento non presentabili devono essere nascosti nel pavimento o nella parete per non disturbare l'interno della stanza.

In vendita puoi trovare un gran numero di dispositivi di riscaldamento in cui i produttori forniscono una fornitura inferiore ai radiatori di riscaldamento. Sono disponibili in varie dimensioni e configurazioni. Allo stesso tempo, per non danneggiare la batteria, vale la pena guardare il passaporto del prodotto, in cui è prescritto il metodo di collegamento dell'uno o dell'altro modello di apparecchiatura. Solitamente, nell'unità di collegamento della batteria sono previste valvole a sfera, che consentono di rimuoverla se necessario. Pertanto, anche senza esperienza in tale lavoro, utilizzando le istruzioni, è possibile collegare radiatori bimetallici per riscaldamento con una connessione inferiore.

La circolazione dell'acqua all'interno di molti radiatori moderni con attacco inferiore avviene allo stesso modo di un attacco diagonale. Questo effetto è ottenuto grazie a un ostacolo situato all'interno del radiatore, che assicura il passaggio dell'acqua attraverso il riscaldatore. Successivamente, il liquido di raffreddamento raffreddato entra nel circuito di ritorno.

Si noti che negli impianti di riscaldamento a circolazione naturale, il collegamento inferiore dei radiatori è indesiderabile. Tuttavia, perdite di calore significative da un tale schema di connessione possono essere compensate da un aumento della potenza termica delle batterie.

Collegamento diagonale

Come abbiamo già notato, il metodo diagonale di collegamento dei radiatori è caratterizzato dalla minima perdita di calore. Con questo schema, il liquido di raffreddamento caldo entra da un lato del radiatore, passa attraverso tutte le sezioni e quindi esce attraverso il tubo dal lato opposto. Questo tipo di collegamento è adatto sia per impianti di riscaldamento monotubo che bitubo.

Il collegamento diagonale dei radiatori può essere eseguito in 2 versioni:

1. Il flusso di refrigerante caldo entra nell'apertura superiore del radiatore e quindi, dopo aver attraversato tutte le sezioni, esce dall'apertura laterale inferiore sul lato opposto.
2. Il liquido di raffreddamento entra nel radiatore attraverso il foro inferiore su un lato e fuoriesce dal lato opposto dall'alto.

Il collegamento in diagonale è consigliabile nei casi in cui le batterie sono costituite da un numero elevato di sezioni, da 12 o più.

Circolazione naturale e forzata del liquido di raffreddamento

Vale la pena notare che il metodo di collegamento dei tubi ai radiatori dipenderà anche da come circola il liquido di raffreddamento all'interno del circuito di riscaldamento. Esistono due tipi di circolazione: naturale e forzata.

La circolazione naturale del liquido all'interno del circuito di riscaldamento è ottenuta mediante l'applicazione di leggi fisiche, mentre non è necessario installare apparecchiature aggiuntive. È possibile solo quando si utilizza l'acqua come vettore di calore. Se viene utilizzato un antigelo, non sarà in grado di circolare liberamente attraverso i tubi.

Il riscaldamento a circolazione naturale comprende una caldaia per il riscaldamento dell'acqua, un vaso di espansione, 2 tubazioni di mandata e ritorno, nonché radiatori. In questo caso la caldaia in funzione riscalda gradualmente l'acqua, che si espande e si sposta lungo la colonna montante, passando attraverso tutti i radiatori dell'impianto. Quindi, l'acqua già raffreddata rifluisce nella caldaia per gravità.

Per garantire la libera circolazione dell'acqua, i tubi orizzontali sono montati con una leggera pendenza nella direzione di movimento del liquido di raffreddamento. L'impianto di riscaldamento a circolazione naturale è autoregolante perché la quantità d'acqua varia in funzione della sua temperatura. Quando l'acqua viene riscaldata, la pressione di circolazione aumenta, il che garantisce un riscaldamento uniforme della stanza.

Negli impianti a circolazione naturale del fluido, è possibile installare un radiatore con attacco inferiore, fornito di attacco a due tubi, e utilizzare anche uno schema di cablaggio superiore in un circuito a uno e due tubi. Di norma, questo tipo di circolazione viene effettuato solo in piccole case.

Si prega di notare che le prese d'aria devono essere fornite sulle batterie attraverso le quali è possibile rimuovere i blocchi d'aria. In alternativa, i riser possono essere dotati di prese d'aria automatiche. Si consiglia di posizionare la caldaia di riscaldamento al di sotto del livello della stanza riscaldata, ad esempio nel seminterrato.

Se l'area della casa supera i 100 m 2, è necessario forzare il metodo di circolazione del liquido di raffreddamento. In questo caso, sarà necessario installare una speciale pompa di circolazione, che garantirà il movimento di antigelo o acqua lungo il circuito. La potenza della pompa dipende dalle dimensioni della casa.

La pompa di circolazione può essere montata sia sulla tubazione di mandata che su quella di ritorno. È molto importante installare spurghi automatici nella parte superiore della tubazione o fornire rubinetti Mayevsky su ciascun radiatore per rimuovere manualmente i blocchi d'aria.

L'uso di una pompa di circolazione è giustificato sia negli impianti monotubo che bitubo con attacco del radiatore di tipo verticale e orizzontale.

Perché è importante collegare correttamente i radiatori di riscaldamento

Qualunque sia il metodo di connessione e il tipo di radiatore scelto, è molto importante effettuare calcoli competenti e installare correttamente l'apparecchiatura. Allo stesso tempo, è importante tenere conto delle caratteristiche di una determinata stanza per scegliere l'opzione migliore. Quindi il sistema sarà il più efficiente possibile ed eviterà perdite di calore significative in futuro.

Se vuoi assemblare un sistema di riscaldamento in una grande villa costosa, è meglio affidare il design a specialisti.

Per le case di una piccola area, puoi gestire tu stesso la scelta dello schema elettrico e l'installazione delle batterie. È solo necessario considerare la qualità di un particolare schema di connessione e studiare le caratteristiche dei lavori di installazione.

Si prega di notare che le tubazioni e i radiatori devono essere dello stesso materiale. Ad esempio, i tubi di plastica non possono essere collegati a batterie in ghisa, poiché sono irte di problemi.

Pertanto, a condizione che vengano prese in considerazione le caratteristiche di una particolare casa, il collegamento dei radiatori di riscaldamento può essere eseguito in modo indipendente. Uno schema ben scelto per il collegamento dei tubi ai radiatori ridurrà al minimo la perdita di calore in modo che i dispositivi di riscaldamento possano funzionare con la massima efficienza.

Una fonte: « Nel mondo della scienza » , No. 3, 1983. Autori: Neville H. Fletcher e Susanna Thwaites

Il suono maestoso dell'organo è creato dall'interazione del getto d'aria rigorosamente sincronizzato in fase che passa attraverso il taglio nel tubo e la colonna d'aria che risuona nella sua cavità.

Nessuno strumento musicale può essere paragonato all'organo in termini di potenza, timbro, estensione, tonalità e maestosità del suono. Come molti strumenti musicali, la struttura dell'organo è stata costantemente migliorata grazie agli sforzi di molte generazioni di abili artigiani che pian piano hanno accumulato esperienza e conoscenza. Entro la fine del XVII secolo. il corpo ha sostanzialmente acquisito la sua forma moderna. I due fisici più importanti del XIX secolo. Hermann von Helmholtz e Lord Rayleigh hanno avanzato teorie opposte che spiegano il meccanismo di base per la formazione dei suoni canne d'organo, ma a causa della mancanza degli strumenti e degli strumenti necessari, la loro controversia non è mai stata risolta. Con l'avvento degli oscilloscopi e di altri strumenti moderni, è diventato possibile studiare in dettaglio il meccanismo d'azione di un organo. Si è scoperto che sia la teoria di Helmholtz che la teoria di Rayleigh sono valide per determinate pressioni sotto le quali l'aria viene forzata nella canna dell'organo. Più avanti nell'articolo verranno presentati i risultati di studi recenti, che per molti aspetti non coincidono con la spiegazione del meccanismo d'azione dell'organo data nei libri di testo.

I tubi ricavati da canne o altre piante a stelo cavo furono probabilmente i primi strumenti a fiato. Emettono suoni se soffi attraverso l'estremità aperta del tubo, o soffi nel tubo, vibrando con le labbra, o, pizzicando l'estremità del tubo, soffi aria, facendo vibrare le sue pareti. Lo sviluppo di questi tre tipi di semplici strumenti a fiato ha portato alla creazione del moderno flauto, tromba e clarinetto, dai quali il musicista può produrre suoni in una gamma abbastanza ampia di frequenze.

Parallelamente, sono stati creati tali strumenti in cui ogni tubo doveva suonare su una nota particolare. Il più semplice di questi strumenti è il flauto (o "flauto di Pan"), che di solito ha circa 20 canne di varie lunghezze, chiuse a un'estremità e che emettono suoni quando vengono soffiate sull'altra estremità, aperta. Lo strumento più grande e complesso di questo tipo è l'organo, contenente fino a 10.000 canne, che l'organista controlla mediante un complesso sistema di ingranaggi meccanici. L'organo risale a tempi antichissimi. Figurine di argilla raffiguranti musicisti che suonano uno strumento composto da molte canne a soffietto furono realizzate ad Alessandria già nel II secolo a.C. AVANTI CRISTO. Entro il X secolo. l'organo inizia ad essere utilizzato nelle chiese cristiane e in Europa compaiono trattati scritti da monaci sulla struttura degli organi. In accordo alla didascalia, grande organo, costruito nel X sec. per la cattedrale di Winchester in Inghilterra, aveva 400 canne di metallo, 26 mantici e due tastiere con 40 tasti, dove ogni tasto controllava dieci canne. Nei secoli successivi il dispositivo dell'organo fu migliorato meccanicamente e musicalmente e già nel 1429 fu costruito un organo con 2500 canne nella cattedrale di Amiens. Germania verso la fine del XVII secolo. gli organi hanno già acquisito la loro forma moderna.

L'organo, installato nel 1979 nella sala da concerto della Sydney Opera House in Australia, è l'organo più grande e tecnicamente più avanzato al mondo. Progettato e costruito da R. Sharp. Dispone di circa 10.500 tubi comandati da una trasmissione meccanica a cinque mani e una pedaliera. L'organo può essere controllato automaticamente da un nastro magnetico su cui è stata precedentemente registrata in digitale la performance del musicista.

Termini usati per descrivere dispositivi d'organo, riflettono la loro origine da strumenti a fiato tubolari in cui l'aria veniva soffiata dalla bocca. I tubi dell'organo sono aperti dall'alto e dal basso hanno una forma conica ristretta. Attraverso la parte appiattita, sopra il cono, passa la “bocca” del tubo (taglio). Una "lingua" (costola orizzontale) è posta all'interno del tubo, in modo che si formi una "apertura labiale" (spazio stretto) tra esso e il "labbro inferiore". L'aria viene spinta nel tubo da grandi soffietti ed entra nella sua base a forma di cono ad una pressione da 500 a 1000 pascal (da 5 a 10 cm di colonna d'acqua). Quando, quando si premono il relativo pedale e tasto, l'aria entra nel tubo, si precipita verso l'alto, formandosi all'uscita ragade labiale ruscello piatto largo. Un getto d'aria attraversa la fessura della "bocca" e, colpendo il labbro superiore, interagisce con la colonna d'aria nel tubo stesso; di conseguenza si creano vibrazioni stabili, che fanno “parlare” la pipa. Di per sé, la domanda su come avvenga questo improvviso passaggio dal silenzio al suono nella tromba è molto complessa e interessante, ma non è considerata in questo articolo. La conversazione riguarderà principalmente i processi che assicurano il suono continuo delle canne d'organo e creano la loro tonalità caratteristica.

La canna dell'organo è eccitata dall'aria che entra nella sua estremità inferiore e forma un getto mentre attraversa lo spazio tra il labbro inferiore e la lingua. Nella sezione, il getto interagisce con la colonna d'aria nel tubo in prossimità del labbro superiore e passa all'interno o all'esterno del tubo. Nella colonna d'aria vengono create oscillazioni costanti, che fanno suonare la tromba. La pressione dell'aria, che varia in base alla legge delle onde stazionarie, è indicata da un'ombreggiatura colorata. Un manicotto o tappo rimovibile è montato sull'estremità superiore del tubo, che consente di modificare leggermente la lunghezza della colonna d'aria durante la regolazione.

Può sembrare che il compito di descrivere un getto d'aria che genera e conserva il suono di un organo appartenga interamente alla teoria dei flussi di fluidi e gas. Si è scoperto, tuttavia, che è molto difficile considerare teoricamente il movimento anche di un flusso laminare costante, regolare, poiché per un getto d'aria completamente turbolento che si muove in una canna d'organo, la sua analisi è incredibilmente complessa. Fortunatamente, la turbolenza, che è una forma complessa di movimento dell'aria, in realtà semplifica la natura del flusso d'aria. Se questo flusso fosse laminare, l'interazione del getto d'aria con l'ambiente dipenderebbe dalla loro viscosità. Nel nostro caso, la turbolenza sostituisce la viscosità come fattore di interazione determinante direttamente proporzionale alla larghezza del flusso d'aria. Durante la costruzione dell'organo, viene prestata particolare attenzione a garantire che i flussi d'aria nelle canne siano completamente turbolenti, cosa che si ottiene con l'aiuto di piccoli tagli lungo il bordo della linguetta. Sorprendentemente, a differenza del flusso laminare, il flusso turbolento è stabile e può essere riprodotto.

Il flusso completamente turbolento si mescola gradualmente con l'aria circostante. Il processo di espansione e rallentamento è relativamente semplice. La curva che rappresenta la variazione della velocità del flusso in funzione della distanza dal piano centrale della sua sezione ha la forma di una parabola rovesciata, la cui sommità corrisponde al valore massimo della velocità. La larghezza del flusso aumenta in proporzione alla distanza dalla fessura labiale. L'energia cinetica del flusso rimane invariata, quindi la diminuzione della sua velocità è proporzionale alla radice quadrata della distanza dalla fessura. Questa dipendenza è confermata sia dai calcoli che dai risultati sperimentali (tenendo conto di una piccola regione di transizione vicino al gap labiale).

In una canna d'organo già eccitata e suonante, il flusso d'aria entra dalla fessura labiale in un campo sonoro intenso nella fessura della canna. Il movimento dell'aria associato alla generazione dei suoni è diretto attraverso l'asola e quindi perpendicolare al piano del flusso. Cinquant'anni fa, B. Brown del College of the University of London riuscì a fotografare il flusso laminare dell'aria fumosa nel campo sonoro. Le immagini hanno mostrato la formazione di onde tortuose che aumentano man mano che si muovono lungo il flusso, fino a quando quest'ultimo si rompe in due file di anelli di vortici che ruotano in direzioni opposte. L'interpretazione semplificata di queste e simili osservazioni ha portato a una descrizione errata dei processi fisici nelle canne d'organo, che si può trovare in molti libri di testo.

Un metodo più fruttuoso per studiare il comportamento effettivo di un getto d'aria in un campo sonoro è quello di sperimentare con un unico tubo in cui il campo sonoro viene creato utilizzando un altoparlante. Come risultato di tale ricerca, condotta da J. Coltman nel laboratorio della Westinghouse Electric Corporation e in un gruppo con la mia partecipazione all'Università del New England in Australia, i fondamenti della moderna teoria dei processi fisici che si verificano nelle canne d'organo erano sviluppati. In effetti, persino Rayleigh ha fornito una descrizione matematica completa e quasi completa dei flussi laminari di mezzi invisibili. Poiché è stato riscontrato che la turbolenza non complica, ma semplifica il quadro fisico delle stringhe d'aria, è stato possibile utilizzare il metodo di Rayleigh con lievi modifiche per descrivere i flussi d'aria ottenuti sperimentalmente e studiati da Koltman e dal nostro gruppo.

Se non ci fosse una fessura labiale nel tubo, ci si aspetterebbe che il getto d'aria sotto forma di una striscia di aria in movimento si muova semplicemente avanti e indietro insieme a tutta l'altra aria nella fessura del tubo sotto l'influenza delle vibrazioni acustiche. In realtà, quando il getto esce dalla fessura, viene effettivamente stabilizzato dalla fessura stessa. Questo effetto può essere paragonato al risultato di imporre al movimento oscillatorio generale dell'aria nel campo sonoro una miscelazione rigorosamente bilanciata localizzata nel piano di un bordo orizzontale. Questa miscelazione localizzata, che ha la stessa frequenza e ampiezza del campo sonoro, e di conseguenza crea una miscelazione nulla del getto sull'aletta orizzontale, viene immagazzinata nel flusso d'aria in movimento e crea un'onda sinuosa.

Cinque canne di design diverso producono suoni della stessa altezza ma timbro diverso. La seconda tromba da sinistra è la dulciana, che ha un suono gentile e sottile, che ricorda il suono di uno strumento a corda. La terza tromba è una gamma aperta, che dà un suono leggero e sonoro, che è più caratteristico di un organo. La quarta tromba ha il suono di un flauto pesantemente smorzato. Quinta tromba - Waldflote ( « flauto di bosco") con un suono morbido. Il tubo di legno a sinistra è chiuso con un tappo. Ha la stessa frequenza fondamentale delle altre canne, ma risuona con sfumature dispari le cui frequenze sono un numero dispari di volte la frequenza fondamentale. La lunghezza dei restanti tubi non è esattamente la stessa, in quanto la "correzione di fine corsa" è fatta per ottenere lo stesso passo.

Come ha mostrato Rayleigh per il tipo di getto che ha studiato, e come abbiamo ampiamente confermato per il caso di un getto turbolento divergente, l'onda si propaga lungo il flusso a una velocità leggermente inferiore alla metà della velocità dell'aria nel piano centrale del getto . In questo caso, mentre si muove lungo il flusso, l'ampiezza dell'onda aumenta in modo quasi esponenziale. Tipicamente, raddoppia quando l'onda viaggia di un millimetro e il suo effetto diventa rapidamente dominante sul semplice movimento laterale alternativo causato dalle vibrazioni sonore.

Si è riscontrato che il più alto tasso di crescita delle onde si ottiene quando la sua lunghezza lungo il flusso è sei volte la larghezza del flusso in un dato punto. D'altra parte, se la lunghezza d'onda è inferiore alla larghezza del flusso, l'ampiezza non aumenta e l'onda può scomparire del tutto. Poiché il getto d'aria si espande e rallenta mentre si allontana dalla fessura, solo le onde lunghe, cioè le oscillazioni a bassa frequenza, possono propagarsi lungo flussi lunghi con grande ampiezza. Questa circostanza si rivelerà importante nella successiva considerazione della creazione del suono armonico delle canne d'organo.

Consideriamo ora l'effetto del campo sonoro di una canna d'organo su un getto d'aria. È facile immaginare che le onde acustiche del campo sonoro nella fessura del tubo facciano muovere la punta del getto d'aria attraverso il labbro superiore della fessura, in modo che il getto sia all'interno del tubo o all'esterno di esso. Assomiglia a un'immagine quando un'altalena è già stata spinta. La colonna d'aria nel tubo è già oscillante, e quando le raffiche d'aria entrano nel tubo in sincronismo con la vibrazione, mantengono la forza di vibrazione nonostante le varie perdite di energia associate alla propagazione del suono e all'attrito dell'aria contro le pareti del tubo . Se le raffiche d'aria non coincidono con le fluttuazioni della colonna d'aria nel tubo, sopprimeranno queste fluttuazioni e il suono svanirà.

La forma del getto d'aria è mostrata in figura come una serie di cornici successive mentre esce dalla fessura labiale in un campo acustico mobile creato nella "bocca" del tubo da una colonna d'aria che risuona all'interno del tubo. Lo spostamento periodico dell'aria nella sezione della bocca crea un'onda tortuosa che si muove a una velocità metà di quella dell'aria nel piano centrale del getto e aumenta esponenzialmente fino a che la sua ampiezza supera la larghezza del getto stesso. Le sezioni orizzontali mostrano i segmenti di percorso che l'onda percorre nel getto nei quarti successivi del periodo di oscillazione. T. Le linee secanti si avvicinano l'una all'altra al diminuire della velocità del getto. Nella canna dell'organo, il labbro superiore si trova nel punto indicato dalla freccia. Il getto d'aria esce alternativamente ed entra nel tubo.

La misurazione delle proprietà di produzione del suono di un getto d'aria può essere eseguita posizionando cunei di feltro o schiuma all'estremità aperta del tubo per impedire il suono e creando un'onda sonora di piccola ampiezza utilizzando un altoparlante. Riflessa dall'estremità opposta del tubo, l'onda sonora interagisce con il getto d'aria nella sezione "bocca". L'interazione del getto con l'onda stazionaria all'interno del tubo viene misurata utilizzando un microfono tester portatile. In questo modo è possibile rilevare se il getto d'aria aumenta o diminuisce l'energia dell'onda riflessa nella parte inferiore del tubo. Affinché la tromba suoni, il getto deve aumentare l'energia. I risultati della misura sono espressi in termini di "conducibilità" acustica, definita come rapporto tra il flusso acustico in uscita dal tratto « bocca" alla pressione sonora direttamente dietro il taglio. La curva del valore di conduttanza per varie combinazioni di pressione di mandata dell'aria e frequenza di oscillazione ha una forma a spirale, come mostrato nella figura seguente.

La relazione tra il verificarsi di oscillazioni acustiche nella fessura del tubo e il momento di arrivo della porzione successiva del getto d'aria sul labbro superiore della fessura è determinata dall'intervallo di tempo durante il quale l'onda nel flusso d'aria percorre la distanza da la fessura labiale al labbro superiore. I costruttori di organi chiamano questa distanza "sottosquadro". Se il "sottosquadro" è grande o la pressione (e quindi la velocità di movimento) dell'aria è bassa, il tempo di movimento sarà grande. Al contrario, se il "sottosquadro" è piccolo o la pressione dell'aria è alta, il tempo di percorrenza sarà breve.

Per determinare con precisione la relazione di fase tra le fluttuazioni della colonna d'aria nel tubo e l'arrivo di porzioni di flusso d'aria sul bordo interno del labbro superiore, è necessario studiare più in dettaglio la natura dell'effetto di queste proporzioni sulla colonna d'aria. Helmholtz credeva che il fattore principale qui fosse la quantità di flusso d'aria erogato dal getto. Pertanto, affinché le porzioni del getto comunichino quanta più energia possibile alla colonna d'aria oscillante, devono arrivare nel momento in cui la pressione in prossimità della parte interna del labbro superiore raggiunge il massimo.

Rayleigh ha avanzato una posizione diversa. Ha affermato che poiché la fessura si trova relativamente vicino all'estremità aperta del tubo, le onde acustiche nella fessura, che sono influenzate dal getto d'aria, non possono creare molta pressione. Rayleigh credeva che il flusso d'aria, entrando nel tubo, incontrasse effettivamente un ostacolo e quasi si fermasse, il che crea rapidamente un'alta pressione al suo interno, che influisce sul suo movimento nel tubo. Pertanto, secondo Rayleigh, il getto d'aria trasferirà la massima quantità di energia se entra nel tubo nel momento in cui non la pressione, ma il flusso stesso delle onde acustiche è massimo. Lo spostamento tra questi due massimi è un quarto del periodo di oscillazione della colonna d'aria nel tubo. Se tracciamo un'analogia con un'altalena, allora questa differenza si esprime spingendo l'altalena quando è nel punto più alto e ha la massima energia potenziale (secondo Helmholtz), e quando è nel punto più basso e ha velocità massima (secondo a Rayleigh).

La curva di conducibilità acustica del getto ha la forma di una spirale. La distanza dal punto di partenza indica l'entità della conduttività e la posizione angolare indica lo sfasamento tra il flusso acustico all'uscita della fessura e la pressione sonora dietro la fessura. Quando il flusso è in fase con la pressione, i valori di conducibilità giacciono nella metà destra dell'elica e l'energia del getto viene dissipata. Affinché il getto generi suono, le conducibilità devono trovarsi nella metà sinistra dell'elica, cosa che si verifica quando il getto viene compensato o sfasato rispetto alla pressione a valle del taglio del tubo. In questo caso, la lunghezza dell'onda riflessa è maggiore della lunghezza dell'onda incidente. Il valore dell'angolo di riferimento dipende da quale dei due meccanismi domina l'eccitazione del tubo: il meccanismo di Helmholtz o il meccanismo di Rayleigh. Quando la conducibilità è nella metà superiore dell'elica, il getto abbassa la frequenza di risonanza naturale del tubo, e quando il valore di conducibilità è nella parte inferiore dell'elica, aumenta la frequenza di risonanza naturale del tubo.

Il grafico del movimento del flusso d'aria nel tubo (curva tratteggiata) ad una data deviazione del getto è asimmetrico rispetto al valore di deviazione zero, in quanto il labbro del tubo è progettato in modo da tagliare il getto non lungo il suo piano centrale. Quando il getto viene deviato lungo una semplice sinusoide di grande ampiezza (curva nera continua), il flusso d'aria che entra nel tubo (curva colore) si "satura" prima in un punto estremo della deflessione del getto quando esce completamente dal tubo. Con un'ampiezza ancora maggiore, il flusso d'aria è saturato anche nell'altro punto estremo di deviazione, quando il getto entra completamente nel tubo. Lo spostamento del labbro conferisce al flusso una forma d'onda asimmetrica, i cui armonici hanno frequenze che sono multipli della frequenza dell'onda deviante.

Per 80 anni, il problema è rimasto irrisolto. Inoltre, non sono stati effettivamente condotti nuovi studi. E solo ora ha trovato una soluzione soddisfacente grazie al lavoro di L. Kremer e H. Leasing dell'Istituto. Heinrich Hertz in Occidente. Berlino, S. Eller dell'Accademia Navale degli Stati Uniti, Coltman e il nostro gruppo. In breve, sia Helmholtz che Rayleigh avevano entrambi in parte ragione. La relazione tra i due meccanismi d'azione è determinata dalla pressione dell'aria iniettata e dalla frequenza del suono, con il meccanismo di Helmholtz che è il principale alle basse pressioni e alle alte frequenze, e il meccanismo di Rayleigh alle alte pressioni e alle basse frequenze. Per le canne d'organo di design standard, il meccanismo di Helmholtz di solito svolge un ruolo più importante.

Koltman ha sviluppato un modo semplice ed efficace per studiare le proprietà di un getto d'aria, che è stato modificato e migliorato nel nostro laboratorio. Questo metodo si basa sullo studio del getto d'aria alla fessura della canna d'organo, quando la sua estremità più lontana è chiusa con cunei fonoassorbenti in feltro o schiuma che impediscono alla canna di suonare. Quindi, da un altoparlante posto all'estremità opposta, un'onda sonora viene convogliata lungo il tubo, che viene riflessa dal bordo della fessura, prima con un getto iniettato, e poi senza di esso. In entrambi i casi, le onde incidenti e riflesse interagiscono all'interno del tubo, creando un'onda stazionaria. Misurando con un piccolo microfono a sonda il cambiamento nella configurazione dell'onda quando viene applicato il getto d'aria, è possibile determinare se il getto aumenta o diminuisce l'energia dell'onda riflessa.

Nei nostri esperimenti abbiamo infatti misurato la "conducibilità acustica" del getto d'aria, che è determinata dal rapporto tra il flusso acustico all'uscita della fenditura, creato dalla presenza del getto, e la pressione acustica direttamente all'interno della fenditura . La conducibilità acustica è caratterizzata da ampiezza e angolo di fase, che possono essere rappresentati graficamente in funzione della frequenza o della pressione di scarico. Se presentiamo un grafico di conducibilità con una variazione indipendente di frequenza e pressione, la curva avrà la forma di una spirale (vedi figura). La distanza dal punto di partenza dell'elica indica il valore di conducibilità, e la posizione angolare del punto sull'elica corrisponde al ritardo nella fase dell'onda tortuosa che si manifesta nel getto sotto l'influenza delle vibrazioni acustiche nel tubo. Un ritardo di una lunghezza d'onda corrisponde a 360° attorno alla circonferenza dell'elica. A causa delle proprietà speciali del getto turbolento, si è scoperto che quando il valore di conducibilità viene moltiplicato per la radice quadrata del valore di pressione, tutti i valori misurati per una data canna d'organo si adattano alla stessa spirale.

Se la pressione rimane costante e la frequenza delle onde sonore in entrata aumenta, i punti che indicano l'entità della conduttività si avvicinano a spirale verso il centro in senso orario. Con una frequenza costante e una pressione crescente, questi punti si allontanano dal centro nella direzione opposta.

Vista interna dell'organo della Sydney Opera House. Sono visibili alcune canne dei suoi 26 registri. La maggior parte dei tubi sono in metallo, alcuni sono in legno. La lunghezza della parte sonora del tubo raddoppia ogni 12 tubi e il diametro del tubo raddoppia circa ogni 16 tubi. Molti anni di esperienza dei maestri: i creatori di organi hanno permesso loro di trovare le migliori proporzioni, fornendo un timbro sonoro stabile.

Quando il punto di conducibilità è nella metà destra dell'elica, il getto prende energia dal flusso nel tubo, e quindi c'è una perdita di energia. Con la posizione del punto nella metà sinistra, il getto trasferirà energia al flusso e fungerà quindi da generatore di vibrazioni sonore. Quando il valore di conducibilità è nella metà superiore dell'elica, il getto abbassa la frequenza di risonanza naturale del tubo, e quando questo punto è nella metà inferiore, il getto aumenta la frequenza di risonanza naturale del tubo. Il valore dell'angolo che caratterizza lo sfasamento dipende da quale schema - Helmholtz o Rayleigh - viene eseguita l'eccitazione principale del tubo e questo, come mostrato, è determinato dai valori di pressione e frequenza. Tuttavia, questo angolo, misurato dal lato destro dell'asse orizzontale (quadrante destro), non è mai significativamente maggiore di zero.

Poiché 360° attorno alla circonferenza dell'elica corrispondono a uno sfasamento pari alla lunghezza dell'onda di avvolgimento che si propaga lungo il getto d'aria, l'entità di tale ritardo da molto meno di un quarto della lunghezza d'onda a quasi tre quarti della sua la lunghezza giacerà sulla spirale dalla mezzeria, cioè in quella parte dove il getto funge da generatore di vibrazioni sonore. Abbiamo anche visto che, a frequenza costante, lo sfasamento è funzione della pressione dell'aria iniettata, che influisce sia sulla velocità del getto stesso che sulla velocità di propagazione dell'onda tortuosa lungo il getto. Poiché la velocità di tale onda è la metà della velocità del getto, che a sua volta è direttamente proporzionale alla radice quadrata della pressione, una variazione della fase del getto di metà della lunghezza d'onda è possibile solo con una variazione significativa della pressione . Teoricamente, la pressione può variare di un fattore nove prima che la tromba smetta di produrre suono alla sua frequenza fondamentale, se non vengono violate altre condizioni. In pratica, tuttavia, la tromba inizia a suonare a una frequenza più alta fino al raggiungimento del limite superiore di variazione di pressione specificato.

Va notato che per compensare le perdite di energia nel tubo e garantire la stabilità del suono, diversi giri dell'elica possono andare molto a sinistra. Solo un altro anello di questo tipo, la cui posizione corrisponde a circa tre semionde nel getto, può far suonare il tubo. Poiché la conduttanza delle corde in questo punto è bassa, il suono prodotto è più debole di qualsiasi suono corrispondente a un punto sul giro esterno dell'elica.

La forma dell'elica di conduzione può diventare ancora più complicata se la deviazione al labbro superiore supera la larghezza del getto stesso. In questo caso, il getto viene espulso quasi completamente dal tubo e respinto in esso ad ogni ciclo di spostamento, e la quantità di energia che impartisce all'onda riflessa nel tubo cessa di dipendere da un ulteriore aumento di ampiezza. Di conseguenza, diminuisce anche l'efficienza delle corde d'aria nella modalità di generazione delle vibrazioni acustiche. In questo caso, un aumento dell'ampiezza di deflessione del getto porta solo ad una diminuzione dell'elica di conduzione.

La diminuzione dell'efficienza del getto con un aumento dell'ampiezza di deflessione è accompagnata da un aumento delle perdite di energia nella canna dell'organo. Le fluttuazioni nel tubo vengono rapidamente impostate a un livello inferiore, in cui l'energia del getto compensa esattamente le perdite di energia nel tubo. È interessante notare che nella maggior parte dei casi le perdite di energia dovute alla turbolenza e alla viscosità sono molto superiori alle perdite associate alla dispersione delle onde sonore attraverso le fessure e le estremità aperte del tubo.

Sezione di una canna d'organo di tipo range, che mostra che la lingua ha una tacca per creare un movimento turbolento uniforme del flusso d'aria. Il tubo è realizzato in "metallo marcato", una lega con un alto contenuto di stagno e l'aggiunta di piombo. Nella produzione di materiale in fogli da questa lega, su di esso viene fissato un motivo caratteristico, chiaramente visibile nella fotografia.

Naturalmente, il suono effettivo della canna nell'organo non è limitato a una frequenza specifica, ma contiene suoni di una frequenza più alta. Si può dimostrare che questi armonici sono armoniche esatte della frequenza fondamentale e differiscono da essa per un numero intero di volte. In condizioni di iniezione d'aria costante, la forma dell'onda sonora sull'oscilloscopio rimane esattamente la stessa. La minima deviazione della frequenza armonica da un valore strettamente multiplo della frequenza fondamentale porta ad un cambiamento graduale ma ben visibile della forma d'onda.

Questo fenomeno è interessante perché le vibrazioni risonanti della colonna d'aria in una canna d'organo, come in qualsiasi canna aperta, sono impostate a frequenze leggermente diverse da quelle delle armoniche. Il fatto è che con un aumento della frequenza, la lunghezza di lavoro del tubo diventa leggermente più piccola a causa di una variazione del flusso acustico alle estremità aperte del tubo. Come verrà mostrato, gli armonici nella canna dell'organo sono creati dall'interazione del getto d'aria e il labbro della fessura, e la canna stessa serve per armonici a frequenza più alta principalmente come un risonatore passivo.

Le vibrazioni risonanti nel tubo vengono create con il massimo movimento d'aria nei suoi fori. In altre parole, la conduttività nella canna dell'organo dovrebbe raggiungere il suo massimo nella fessura. Ne consegue che le vibrazioni risonanti si verificano anche in un tubo con un'estremità lunga aperta a frequenze alle quali un numero intero di semionde di vibrazioni sonore si adattano alla lunghezza del tubo. Se designiamo la frequenza fondamentale come F 1 , le frequenze di risonanza più alte saranno 2 F 1 , 3F 1 ecc. (Infatti, come già sottolineato, le frequenze risonanti più alte sono sempre leggermente superiori a questi valori.)

In un tubo con un cavallo distante chiuso o smorzato, si verificano oscillazioni risonanti a frequenze alle quali un numero dispari di quarti di lunghezza d'onda si adatta alla lunghezza del tubo. Pertanto, per suonare sulla stessa nota, una canna chiusa può essere lunga la metà di una aperta e le sue frequenze risonanti saranno F 1 , 3F 1 , 5F 1 ecc.

I risultati dell'effetto della modifica della pressione dell'aria forzata sul suono in una canna d'organo convenzionale. I numeri romani denotano le prime sfumature. La modalità tromba principale (a colori) copre una gamma di suoni normali ben bilanciati a pressione normale. All'aumentare della pressione, il suono della tromba passa al secondo armonico; quando la pressione si riduce, viene creato un secondo armonico indebolito.

Ora torniamo al flusso d'aria nella canna dell'organo. Vediamo che i disturbi delle onde ad alta frequenza decadono gradualmente all'aumentare della larghezza del getto. Di conseguenza, l'estremità del getto in prossimità del labbro superiore oscilla in modo quasi sinusoidale alla frequenza fondamentale del suono del tubo e quasi indipendentemente dalle armoniche superiori delle oscillazioni del campo acustico in prossimità dell'asola del tubo. Tuttavia, il movimento sinusoidale del getto non creerà lo stesso movimento del flusso d'aria nel tubo, in quanto il flusso è "saturo" per il fatto che, con un'estrema deviazione in qualsiasi direzione, defluisce completamente sia dall'interno o dall'esterno del labbro superiore. Inoltre, il labbro è solitamente leggermente spostato e taglia il flusso non esattamente lungo il suo piano centrale, in modo che la saturazione non sia simmetrica. Pertanto, la fluttuazione del flusso nel tubo ha un insieme completo di armoniche della frequenza fondamentale con un rapporto strettamente definito di frequenze e fasi e le ampiezze relative di queste armoniche ad alta frequenza aumentano rapidamente con l'aumentare dell'ampiezza della deflessione del getto d'aria .

In una canna d'organo convenzionale, la quantità di deflessione del getto nella fessura è commisurata alla larghezza del getto sul labbro superiore. Di conseguenza, nel flusso d'aria viene creato un gran numero di sfumature. Se il labbro dividesse il getto in modo rigorosamente simmetrico, non ci sarebbero nemmeno sfumature nel suono. Quindi di solito al labbro viene data una sfumatura per mantenere tutte le sfumature.

Come ci si potrebbe aspettare, i tubi aperti e chiusi producono suoni di qualità diversa. Le frequenze degli armonici creati dal getto sono un multiplo della frequenza di oscillazione del getto principale. Una colonna d'aria in un tubo risuonerà fortemente con un certo armonico solo se la conduttività acustica del tubo è elevata. In questo caso, si verificherà un forte aumento dell'ampiezza a una frequenza vicina alla frequenza dell'armonico. Pertanto, in una canna chiusa, dove vengono creati solo armonici con numeri dispari di frequenza di risonanza, tutti gli altri armonici vengono soppressi. Il risultato è un caratteristico suono "attutito" in cui anche gli armonici sono deboli, anche se non del tutto assenti. Al contrario, una canna aperta produce un suono più "leggero", poiché conserva tutti gli armonici derivati ​​dalla frequenza fondamentale.

Le proprietà di risonanza di un tubo dipendono in larga misura dalle perdite di energia. Queste perdite sono di due tipi: perdite dovute all'attrito interno e al trasferimento di calore e perdite dovute all'irraggiamento attraverso la fessura e l'estremità aperta del tubo. Le perdite del primo tipo sono più significative in tubi stretti ea basse frequenze di oscillazione. Per tubi larghi e ad alta frequenza di oscillazione, le perdite del secondo tipo sono significative.

L'influenza della posizione del labbro sulla creazione di sfumature indica l'opportunità di spostare il labbro. Se il labbro dividesse il getto rigorosamente lungo il piano centrale, nel tubo si creerebbe solo il suono della frequenza fondamentale (I) e del terzo armonico (III). Spostando il labbro, come mostrato dalla linea tratteggiata, compaiono il secondo e il quarto armonico, arricchendo notevolmente la qualità del suono.

Ne consegue che per una data lunghezza di tubo, e quindi una certa frequenza fondamentale, tubi larghi possono servire da buoni risonatori solo per il tono fondamentale e i successivi pochi armonici, che formano un suono smorzato "simile a un flauto". I tubi stretti fungono da buoni risonatori per un'ampia gamma di armonici e poiché la radiazione alle alte frequenze è più intensa rispetto alle basse frequenze, viene prodotto un suono "filamentoso" alto. Tra questi due suoni c'è un suono sonoro succoso, che diventa caratteristico di un buon organo, che è creato dai cosiddetti principi o gamme.

Inoltre, un grande organo può avere file di tubi con un corpo conico, un tappo perforato o altre variazioni geometriche. Tali disegni hanno lo scopo di modificare le frequenze di risonanza della tromba e, talvolta, di aumentare la gamma degli armonici ad alta frequenza al fine di ottenere un timbro di una speciale colorazione del suono. La scelta del materiale di cui è fatto il tubo non ha molta importanza.

Ci sono un gran numero di possibili tipi di vibrazioni dell'aria in un tubo e questo complica ulteriormente le proprietà acustiche del tubo. Ad esempio, quando la pressione dell'aria in un tubo aperto viene aumentata a tal punto che nel getto verrà creato il primo armonico F 1 un quarto della lunghezza dell'onda principale, il punto sulla spirale di conduzione corrispondente a questo armonico si sposterà nella sua metà destra e il getto cesserà di creare un armonico di questa frequenza. Allo stesso tempo, la frequenza del secondo armonico 2 F 1 corrisponde a una semionda nel getto e può essere stabile. Il suono della tromba si sposterà quindi su questo secondo armonico, quasi un'intera ottava più alto del primo, con l'esatta frequenza di oscillazione che dipende dalla frequenza di risonanza della tromba e dalla pressione dell'aria.

Un ulteriore aumento della pressione di scarico può portare alla formazione del successivo armonico 3 F 1 a condizione che il "sottosquadro" del labbro non sia troppo ampio. D'altra parte, capita spesso che una bassa pressione, insufficiente a formare il tono fondamentale, crei gradualmente uno degli armonici sul secondo giro dell'elica di conduzione. Tali suoni, creati con eccessiva o mancanza di pressione, sono interessanti per la ricerca di laboratorio, ma sono usati molto raramente negli organi stessi, solo per ottenere qualche effetto speciale.

Vista di un'onda stazionaria in risonanza in tubi con un'estremità superiore aperta e chiusa. La larghezza di ciascuna linea colorata corrisponde all'ampiezza delle vibrazioni nelle diverse parti del tubo. Le frecce indicano la direzione del movimento dell'aria durante una metà del ciclo oscillatorio; nella seconda metà del ciclo si inverte il senso di marcia. I numeri romani indicano i numeri armonici. Per un tubo aperto, tutte le armoniche della frequenza fondamentale sono risonanti. Un tubo chiuso deve essere lungo la metà per produrre la stessa nota, ma solo le armoniche dispari sono risonanti per esso. La complessa geometria della "bocca" del tubo distorce alquanto la configurazione delle onde più vicine all'estremità inferiore del tubo, senza modificarle « principale » carattere.

Dopo che il maestro nella fabbricazione dell'organo ha realizzato una canna con il suono necessario, il suo compito principale e più difficile è creare l'intera serie di canne di volume appropriato e armonia del suono lungo l'intera gamma musicale della tastiera. Ciò non può essere ottenuto con un semplice insieme di tubi della stessa geometria, diversi solo per le dimensioni, poiché in tali tubi le perdite di energia per attrito e radiazione avranno un effetto diverso su oscillazioni di frequenze diverse. Per garantire la costanza delle proprietà acustiche su tutta la gamma, è necessario variare alcuni parametri. Il diametro del tubo cambia con la sua lunghezza e dipende da esso come una potenza con un esponente k, dove k è inferiore a 1. Pertanto, i tubi dei bassi lunghi sono più stretti. Il valore calcolato di k è 5/6, ovvero 0,83, ma tenendo conto delle caratteristiche psicofisiche dell'udito umano, dovrebbe essere ridotto a 0,75. Questo valore di k è molto vicino a quello determinato empiricamente dai grandi organari del XVII e XVIII secolo.

In conclusione, consideriamo una domanda importante dal punto di vista del suonare l'organo: come viene controllato il suono di molte canne in un grande organo. Il meccanismo di base di questo controllo è semplice e ricorda le righe e le colonne di una matrice. I tubi disposti da registri corrispondono alle righe della matrice. Tutte le canne dello stesso registro hanno lo stesso tono e ciascuna canne corrisponde a una nota sulla tastiera della mano o del piede. L'alimentazione dell'aria alle tubazioni di ciascun registro è regolata da un'apposita leva su cui è indicato il nome del registro, e l'alimentazione dell'aria direttamente alle tubazioni associate ad una determinata nota e costituenti una colonna della matrice è regolata da il tasto corrispondente sulla tastiera. La tromba suonerà solo se si sposta la leva del registro in cui si trova e si preme il tasto desiderato.

Il posizionamento delle canne d'organo ricorda le righe e le colonne di una matrice. In questo diagramma semplificato, ogni riga, denominata registro, è costituita da canne dello stesso tipo, ciascuna delle quali produce una nota (la parte superiore del diagramma). Ciascuna colonna associata ad una nota sulla tastiera (parte inferiore del diagramma) comprende diversi tipi di canne (parte sinistra del diagramma). Una leva sulla console (lato destro del diagramma) fornisce l'accesso dell'aria a tutte le canne del registro e premendo un tasto sulla tastiera si soffia aria in tutte le canne di una data nota. L'accesso dell'aria al tubo è possibile solo quando la riga e la colonna sono accese contemporaneamente.

Al giorno d'oggi, è possibile utilizzare una varietà di modi per implementare un tale circuito utilizzando dispositivi logici digitali e valvole controllate elettricamente su ciascun tubo. Gli organi più vecchi utilizzavano semplici leve meccaniche e valvole a lamelle per fornire aria ai canali della tastiera e cursori meccanici con fori per controllare il flusso d'aria all'intero registro. Questo sistema meccanico semplice e affidabile, oltre ai vantaggi progettuali, consentiva all'organista di regolare personalmente la velocità di apertura di tutte le valvole e, per così dire, avvicinava a lui questo strumento musicale anche meccanico.

Nel XIX all'inizio del XX secolo. sono stati costruiti organi di grandi dimensioni con tutti i tipi di dispositivi elettromeccanici ed elettropneumatici, ma recentemente è stata nuovamente data la preferenza alle trasmissioni meccaniche da tasti e pedali e vengono utilizzati dispositivi elettronici complessi per attivare simultaneamente combinazioni di registri mentre si suona l'organo. Ad esempio, l'organo a motore più grande del mondo è stato installato nella sala da concerto della Sydney Opera House nel 1979. Dispone di 10.500 canne in 205 registri distribuiti tra tastiere a cinque mani e un piede. Il comando della chiave viene effettuato meccanicamente, ma è duplicato da una trasmissione elettrica a cui ci si può collegare. In questo modo, l'esecuzione dell'organista può essere registrata in una forma digitale codificata, che può quindi essere utilizzata per la riproduzione automatica sull'organo dell'esecuzione originale. Il controllo dei registri e delle loro combinazioni viene effettuato mediante dispositivi elettrici o elettropneumatici e microprocessori con memoria, che consentono di variare ampiamente il programma di controllo. Pertanto, il magnifico suono ricco del maestoso organo è creato da una combinazione delle più avanzate conquiste della tecnologia moderna e delle tecniche e dei principi tradizionali che sono stati utilizzati dai maestri del passato per molti secoli.

Quando la porta poco appariscente dipinta di beige si aprì, solo pochi gradini di legno catturarono la mia attenzione dall'oscurità. Immediatamente dietro la porta, si alza una potente scatola di legno che ricorda una scatola di ventilazione. "Attenzione, questa è una canna d'organo, 32 piedi, registro di flauto basso", ha avvertito la mia guida. "Aspetta, accendo la luce." Aspetto pazientemente, anticipando una delle escursioni più interessanti della mia vita. Di fronte a me c'è l'ingresso dell'organo. Questo è l'unico strumento musicale in cui puoi entrare.

Il corpo ha più di cento anni. Si trova nella Sala Grande del Conservatorio di Mosca, la famosissima sala, dalle cui pareti ti guardano i ritratti di Bach, Ciajkovskij, Mozart, Beethoven ... Tuttavia, tutto ciò che è aperto agli occhi dello spettatore è la console dell'organista si voltò verso la sala con il suo lato posteriore e una "Prospettiva" di legno leggermente artistica con tubi metallici verticali. Guardando la facciata dell'organo, chi non lo sapesse non capirà come e perché suona questo strumento unico. Per svelarne i segreti, dovrai affrontare la questione da un'angolazione diversa. Letteralmente.

Natalya Vladimirovna Malina, curatrice dell'organo, insegnante, musicista e maestro d'organo, ha gentilmente accettato di diventare la mia guida. "Puoi solo andare avanti nell'organo", mi spiega severamente. Questa esigenza non ha nulla a che vedere con il misticismo e la superstizione: semplicemente, spostandosi all'indietro o di lato, una persona inesperta può calpestare una delle canne d'organo o toccarla. E ci sono migliaia di tubi.

Il principio principale dell'organo, che lo distingue dalla maggior parte degli strumenti a fiato: una canna - una nota. Il flauto di Pan può essere considerato un antico antenato dell'organo. Questo strumento, che esiste da tempo immemorabile in diverse parti del mondo, è costituito da più canne cave di diversa lunghezza legate insieme. Se soffi ad angolo alla bocca di quello più corto, si sentirà un suono acuto e sottile. Le ance più lunghe suonano più basse.

Uno strumento divertente è un'armonica con trombe insolite per questo strumento. Ma quasi esattamente lo stesso design può essere trovato in qualsiasi organo di grandi dimensioni (come quello mostrato nell'immagine a destra): ecco come sono disposte le canne d'organo "ad ancia"

Il suono di tremila trombe. Schema generale Il diagramma mostra uno schema semplificato di un organo a trazione meccanica. Le fotografie che mostrano i singoli componenti e dispositivi dello strumento sono state scattate all'interno dell'organo della Sala Grande del Conservatorio di Stato di Mosca. Il diagramma non mostra il soffietto, che mantiene costante la pressione nel parabrezza, e le leve Barker (sono nelle foto). Manca anche un pedale (tastiera a pedale)

A differenza di un normale flauto, non è possibile modificare l'intonazione di un singolo tubo, quindi il flauto di Pan può suonare esattamente tante note quante sono le ance. Per fare in modo che lo strumento produca suoni molto bassi, è necessario includere nella sua composizione tubi di grande lunghezza e grande diametro. E' possibile realizzare molti flauti di Pan con canne di diverso materiale e di diverso diametro, e poi suoneranno le stesse note con differenti timbri. Ma suonare tutti questi strumenti contemporaneamente non funzionerà: non puoi tenerli tra le mani e non ci sarà abbastanza respiro per "ance" giganti. Ma se mettiamo tutti i nostri flauti in verticale, dotiamo ogni singolo tubo di una valvola di ingresso dell'aria, escogitiamo un meccanismo che ci dia l'opportunità di controllare tutte le valvole dalla tastiera e, infine, creiamo un progetto per pompare l'aria con il suo distribuzione successiva, abbiamo appena ottenuto un organo.

Su una vecchia nave

Le canne degli organi sono realizzate in due materiali: legno e metallo. I tubi di legno utilizzati per estrarre i suoni dei bassi hanno una sezione quadrata. I tubi di metallo sono generalmente più piccoli, sono di forma cilindrica o conica e sono solitamente realizzati con una lega di stagno e piombo. Se c'è più stagno la pipa è più rumorosa, se c'è più piombo il suono estratto è più sordo, “cotone”.

La lega di stagno e piombo è molto morbida, motivo per cui le canne d'organo si deformano facilmente. Se un grande tubo metallico viene posato su un fianco, dopo un po' acquisirà una sezione ovale sotto il suo stesso peso, che inevitabilmente influirà sulla sua capacità di estrarre il suono. Muovendomi all'interno dell'organo dell'Aula Magna del Conservatorio di Mosca, provo a toccare solo le parti lignee. Se calpesti una pipa o la afferri goffamente, il maestro dell'organo avrà nuovi problemi: la pipa dovrà essere "guarita" - raddrizzata o addirittura saldata.

L'organo in cui sono dentro è ben lungi dall'essere il più grande del mondo e persino della Russia. In termini di dimensioni e numero di canne, è inferiore agli organi della Casa della musica di Mosca, alla Cattedrale di Kaliningrad e alla Sala dei concerti. Ciajkovskij. I principali primatisti sono all'estero: ad esempio, lo strumento installato nell'Atlantic City Convention Hall (USA) conta più di 33.000 tubi. Nell'organo dell'Aula Magna del Conservatorio ci sono dieci volte meno canne, "solo" 3136, ma anche questo numero significativo non può essere posto compatto su un piano. L'organo all'interno è a più livelli su cui sono installate le canne in file. Per l'accesso del maestro d'organo alle canne, su ogni livello è stato realizzato uno stretto passaggio a forma di piattaforma di assi. I gradini sono interconnessi da scale, in cui il ruolo dei gradini è svolto da traverse ordinarie. All'interno l'organo è affollato e il movimento tra i livelli richiede una certa destrezza.

"La mia esperienza è che", dice Natalya Vladimirovna Malina, "è meglio che un maestro d'organo sia magro e leggero. È difficile per una persona con altre dimensioni lavorare qui senza danneggiare lo strumento. Di recente, un elettricista - un uomo robusto - stava cambiando una lampadina su un organo, è inciampato e ha rotto un paio di assi dal tetto di assi. Non ci sono state vittime o feriti, ma le assi cadute hanno danneggiato 30 canne d'organo”.

Stimando mentalmente che una coppia di maestri d'organo di proporzioni ideali si adatterebbero facilmente al mio corpo, guardo con cautela le scale dall'aspetto fragile che portano ai livelli superiori. "Non preoccuparti", mi rassicura Natalya Vladimirovna, "vai avanti e ripeti i movimenti dopo di me. La struttura è forte, ti resisterà.

Fischietto e canna

Saliamo al livello superiore dell'organo, da dove si apre una veduta dell'Aula Magna dal punto più alto, inaccessibile a un semplice visitatore del conservatorio. Sul palco sottostante, dove si è appena conclusa la prova dell'orchestra d'archi, omini si aggirano con violini e viole. Natalya Vladimirovna mi mostra i registri spagnoli vicino al camino. A differenza di altri tubi, non sono verticali, ma orizzontali. Formando una specie di visiera sopra l'organo, soffiano direttamente nella sala. Il creatore dell'organo della Sala Grande, Aristide Cavaillé-Coll, proveniva da una famiglia franco-spagnola di maestri d'organo. Da qui le tradizioni dei Pirenei nello strumento in Bolshaya Nikitskaya Street a Mosca.

A proposito, sui registri spagnoli e sui registri in generale. "Registro" è uno dei concetti chiave nella progettazione dell'organo. Si tratta di una serie di canne d'organo di un certo diametro, che formano una scala cromatica in base ai tasti della loro tastiera o parte di essa.

A seconda della scala delle canne incluse nella loro composizione (la scala è il rapporto tra i parametri delle canne più importanti per il carattere e la qualità del suono), i registri danno un suono con un colore timbrico diverso. Trasportato dai paragoni con il flauto di Pan, mi è quasi sfuggita una sottigliezza: il fatto è che non tutte le canne d'organo (come le canne di un vecchio flauto) sono aerofoni. Un aerofono è uno strumento a fiato in cui il suono si forma come risultato delle vibrazioni di una colonna d'aria. Questi includono flauto, tromba, tuba, corno. Ma il sassofono, l'oboe, l'armonica sono nel gruppo degli idiofoni, cioè "suonano da sé". Non è l'aria che oscilla qui, ma la lingua snella dal flusso d'aria. La pressione dell'aria e la forza elastica, contrastando, fanno tremare l'ancia e diffondono onde sonore, che vengono amplificate dalla campana dello strumento come risuonatore.

La maggior parte delle canne dell'organo sono aerofoni. Sono chiamati labiali o fischianti. Le pipe idiofoniche costituiscono un gruppo speciale di registri e sono chiamate pipe ad ancia.

Quante mani ha un organista?

Ma come fa un musicista a far suonare tutte queste migliaia di canne - legno e metallo, fischietto e canna, aperte e chiuse - decine o centinaia di registri... al momento giusto? Per capirlo, scendiamo per un po' dal livello superiore dell'organo e andiamo al pulpito, ovvero alla consolle dell'organista. Chi non lo sapesse alla vista di questo dispositivo trema come davanti al cruscotto di un moderno aereo di linea. Diverse tastiere manuali - manuali (potrebbero essercene cinque o anche sette!), Un piede più alcuni altri misteriosi pedali. Ci sono anche molte leve di scarico con scritte sui manici. Perché tutto questo?

Naturalmente l'organista ha solo due mani e non potrà suonare tutti i manuali contemporaneamente (ce ne sono tre nell'organo della Sala Grande, che è anche parecchio). Sono necessarie diverse tastiere manuali per separare meccanicamente e funzionalmente gruppi di registri, proprio come in un computer un disco rigido fisico è diviso in più dischi virtuali. Così, ad esempio, il primo manuale dell'organo Great Hall controlla le canne di un gruppo (il termine tedesco è Werk) di registri chiamato Grand Orgue. Comprende 14 registri. Il secondo manuale (Positif Expressif) è anche responsabile di 14 registri. La terza tastiera - Recit expressif - 12 registri. Infine, l'interruttore a 32 tasti, o "pedale", funziona con dieci registri dei bassi.

Discutendo dal punto di vista di un profano, anche 14 registri per una tastiera sono in qualche modo troppi. Dopotutto, premendo un tasto, l'organista è in grado di far suonare 14 canne contemporaneamente in registri diversi (in realtà di più a causa di registri come la mixtura). E se hai bisogno di suonare una nota in un solo registro o in pochi registri selezionati? A tale scopo vengono effettivamente utilizzate le leve di scarico poste a destra e a sinistra dei manuali. Tirando fuori la leva con il nome del registro scritto sull'impugnatura, il musicista apre una specie di serranda che apre l'aria alle canne di un certo registro.

Quindi, per suonare la nota desiderata nel registro desiderato, è necessario selezionare il manuale o la pedaliera che controlla questo registro, estrarre la leva corrispondente a questo registro e premere il tasto desiderato.

Respiro potente

La parte finale del nostro tour è dedicata all'aria. L'aria stessa che fa suonare l'organo. Insieme a Natalya Vladimirovna, scendiamo al piano di sotto e ci troviamo in un ampio locale tecnico, dove non c'è nulla dell'atmosfera solenne della Sala Grande. Pavimenti in cemento, pareti imbiancate a calce, strutture portanti in legno ad arco, condotti dell'aria e un motore elettrico. Nel primo decennio di esistenza dell'organo, i rocker calcante hanno lavorato duramente qui. Quattro uomini sani stavano in fila, afferravano con entrambe le mani un bastone infilato attraverso un anello d'acciaio sul bancone, e alternativamente, con un piede o con l'altro, premevano sulle leve che gonfiavano il pelo. Il turno era previsto per due ore. Se il concerto o le prove duravano più a lungo, i rocker stanchi venivano sostituiti da nuovi rinforzi.

Vecchie pellicce, in numero di quattro, sono sopravvissute fino ad oggi. Secondo Natalya Vladimirovna, c'è una leggenda intorno al conservatorio che una volta hanno cercato di sostituire il lavoro dei rocker con la potenza del cavallo. Per questo, sarebbe stato persino creato un meccanismo speciale. Tuttavia, insieme all'aria, l'odore del letame di cavallo salì nella Sala Grande e il fondatore della scuola d'organo russa A.F. Gedike, prendendo il primo accordo, mosse il naso dispiaciuto e disse: "Puzza!"

Che questa leggenda sia vera o meno, nel 1913 il motore elettrico ha finalmente sostituito la forza muscolare. Con l'aiuto di una puleggia, ha fatto girare l'albero, che a sua volta ha messo in moto il soffietto attraverso il meccanismo a manovella. Successivamente anche questo schema fu abbandonato e oggi un elettroventilatore pompa aria nell'organo.

Nell'organo, l'aria forzata entra nei cosiddetti soffietti del caricatore, ciascuno dei quali è collegato ad uno dei 12 verricelli. Windlada è un serbatoio di aria compressa che si presenta come una scatola di legno, su cui, infatti, sono installate file di tubi. Su un verricello vengono solitamente posizionati più registri. I tubi di grandi dimensioni, che non hanno spazio sufficiente sul verricello, sono installati lateralmente e un condotto dell'aria a forma di tubo metallico li collega al verricello.

I verricelli dell'organo della Sala Grande (il design "loopflade") sono divisi in due parti principali. Nella parte inferiore, con l'aiuto della pelliccia del caricatore, viene mantenuta una pressione costante. La parte superiore è divisa da partizioni ermetiche nei cosiddetti canali di tono. Tutte le canne di diversi registri, controllate da un tasto del manuale o dal pedale, hanno un'uscita al canale del tono. Ogni canale di tono è collegato alla parte inferiore del verricello da un foro chiuso da una valvola a molla. Quando un tasto viene premuto attraverso la trazione, il movimento viene trasmesso alla valvola, si apre e l'aria compressa entra verso l'alto nel canale del tono. Tutti i tubi che hanno accesso a questo canale, in teoria, dovrebbero iniziare a suonare, ma ... questo, di regola, non accade. Il fatto è che i cosiddetti anelli passano attraverso l'intera parte superiore del verricello - ammortizzatori con fori situati perpendicolarmente ai canali del tono e con due posizioni. In uno di essi, i loop coprono completamente tutte le canne di un dato registro in tutti i canali di tono. Nell'altro il registro è aperto e le sue canne iniziano a suonare non appena, dopo aver premuto un tasto, l'aria entra nel canale del tono corrispondente. Il controllo delle spire, come si può intuire, viene effettuato tramite leve sul telecomando attraverso il percorso del registro. In poche parole, i tasti consentono a tutte le canne di suonare nei loro canali di tono e i loop determinano i preferiti.

Ringraziamo la dirigenza del Conservatorio statale di Mosca e Natalya Vladimirovna Malina per il loro aiuto nella preparazione di questo articolo.