Ce schemă de conectare a bateriei de încălzire este mai bună - opțiuni și metode de conectare, avantaje și dezavantaje. Ce schemă de conectare a bateriei de încălzire este mai bună - opțiuni și metode de conectare, avantaje și dezavantaje Diferențele dintre principalele tipuri de conexiune

Eficiența sistemului de încălzire depinde în primul rând de alegerea competentă a schemei de conectare a bateriei de încălzire. Este ideal dacă, cu un consum mic de combustibil, caloriferele sunt capabile să genereze cantitatea maximă de căldură. În materialul de mai jos, vom vorbi despre care sunt schemele de conectare a radiatoarelor de încălzire într-un bloc de apartamente, care este particularitatea fiecăruia dintre ele, precum și ce factori ar trebui luați în considerare atunci când alegeți o anumită opțiune.

Factori care afectează eficiența radiatorului

Principalele cerințe pentru un sistem de încălzire sunt, desigur, eficiența și economia acestuia. Prin urmare, designul său trebuie abordat cu atenție pentru a nu rata tot felul de subtilități și caracteristici ale unui anumit spațiu de locuit. Dacă nu aveți suficiente abilități pentru a crea un proiect competent, este mai bine să încredințați această muncă specialiștilor care și-au dovedit deja ei și au feedback pozitiv de la clienți. A te baza pe sfaturile prietenilor care recomandă anumite metode de conectare a radiatoarelor nu merită, deoarece în fiecare caz condițiile inițiale vor fi diferite. Cu alte cuvinte, ceea ce funcționează pentru o persoană nu funcționează neapărat pentru altul.

Cu toate acestea, dacă tot doriți să vă ocupați singur de conductele de încălzire a radiatoarelor, acordați atenție următorilor factori:

dimensiunea radiatoarelor și puterea termică a acestora;
amplasarea dispozitivelor de încălzire în interiorul casei;
schema de conectare.

Consumatorului modern i se prezintă o varietate de modele de dispozitive de încălzire - acestea sunt radiatoare cu balamale din diferite materiale și convectoare pe soclu sau podea. Diferența dintre ele nu este doar în dimensiune și aspect, ci și în metodele de furnizare, precum și în gradul de transfer de căldură. Toți acești factori vor afecta alegerea opțiunilor de conectare a radiatoarelor de încălzire.

În funcție de dimensiunea încăperii încălzite, de prezența sau absența unui strat izolator pe pereții exteriori ai clădirii, de puterea, precum și de tipul de conexiune recomandat de producătorul caloriferului, numărul și dimensiunile unor astfel de dispozitive vor varia. .

De regulă, caloriferele sunt plasate sub ferestre sau în pilele dintre ele, dacă ferestrele sunt la mare distanță unele de altele, precum și în colțuri sau de-a lungul peretelui gol al camerei, în baie, hol, cămară. , adesea pe casele scărilor blocurilor de locuințe.

Pentru a direcționa energia termică de la calorifer în cameră, este indicat să atașați un ecran reflectorizant special între aparat și perete. Un astfel de ecran poate fi realizat din orice material folie care reflectă căldura - de exemplu, penofol, isospan sau orice altul.

Înainte de a conecta bateria de încălzire la sistemul de încălzire, acordați atenție unor caracteristici ale instalării acestuia:

într-o singură locuință, nivelul de amplasare a tuturor bateriilor ar trebui să fie același;
nervurile de pe convectoare trebuie să fie îndreptate vertical;
mijlocul caloriferului trebuie să coincidă cu punctul central al ferestrei sau poate fi deplasat cu 2 cm la dreapta sau la stânga;
lungimea totală a bateriei ar trebui să fie de la 75% din lățimea deschiderii ferestrei;
distanta de la pervaz pana la calorifer trebuie sa fie de minim 5 cm, iar intre aparat si podea trebuie sa existe cel putin 6 cm. Cel mai bine este să lăsați 10-12 cm.

Vă rugăm să rețineți că nu numai transferul de căldură al bateriei, ci și nivelul de pierdere de căldură va depinde de alegerea corectă a metodelor de conectare a radiatoarelor de încălzire într-un bloc de apartamente.

Nu este neobișnuit ca proprietarii de apartamente să monteze și să conecteze sistemul de încălzire, urmând recomandările prietenilor. În acest caz, rezultatul este mult mai rău decât se aștepta. Aceasta înseamnă că s-au făcut greșeli în timpul procesului de instalare, puterea dispozitivelor nu este suficientă pentru a încălzi o anumită încăpere sau schema de conectare a conductelor de încălzire la baterii este inadecvată pentru această casă.

Diferențele dintre principalele tipuri de conexiuni ale bateriei

Toate tipurile posibile de racordare a radiatoarelor de încălzire diferă în funcție de tipul de conducte. Poate consta din una sau două țevi. La rândul său, fiecare dintre opțiuni implică o împărțire în sisteme cu coloane verticale sau linii orizontale. Destul de des, se utilizează cablarea orizontală a sistemului de încălzire dintr-un bloc de apartamente și s-a dovedit bine.

În funcție de opțiunea de conectare a țevilor la radiatoare a fost aleasă, schema de conectare a acestora va depinde direct. În sistemele de încălzire cu circuit cu o singură conductă și două conducte, se utilizează metoda inferioară, laterală și diagonală de conectare a radiatoarelor. Indiferent de opțiunea pe care o alegeți, principalul lucru este că suficientă căldură intră în cameră pentru încălzirea sa de înaltă calitate.

Tipurile descrise de cablare a conductelor sunt denumite sistem de conectare în formă de T. Cu toate acestea, există o altă varietate - acesta este un circuit colector sau cablare fasciculă. Când îl utilizați, circuitul de încălzire este așezat separat pe fiecare radiator. În acest sens, tipurile de colector de conexiune a bateriei au un cost mai mare, deoarece vor fi necesare o mulțime de conducte pentru a implementa o astfel de conexiune. În plus, vor trece prin toată camera. Cu toate acestea, de obicei, în astfel de cazuri, circuitul de încălzire este așezat în podea și nu strică interiorul camerei.

În ciuda faptului că schema de conectare a colectorului descrisă presupune prezența unui număr mare de țevi, este din ce în ce mai utilizată în timpul proiectării sistemelor de încălzire. În special, acest tip de conexiune la radiator este folosit pentru a crea o „pardoseală caldă” cu apă. Este folosit ca sursă suplimentară de căldură sau ca principală - totul depinde de proiect.

Schema cu o singură conductă

Se numește un sistem de încălzire cu o singură conductă, în care toate caloriferele, fără excepție, sunt conectate la o singură conductă. În același timp, lichidul de răcire încălzit la admisie și răcit la retur se deplasează de-a lungul aceleiași conducte, trecând treptat prin toate dispozitivele de încălzire. În acest caz, este foarte important ca secțiunea interioară a țevii să fie suficientă pentru a-și îndeplini funcția principală. În caz contrar, toată încălzirea va fi ineficientă.

Un sistem de încălzire cu un circuit cu o singură conductă are anumite avantaje și dezavantaje. Ar fi eronat să credem că un astfel de sistem poate reduce semnificativ costul așezării țevilor și instalării aparatelor de încălzire. Faptul este că sistemul va funcționa eficient doar dacă este conectat corespunzător, ținând cont de un număr mare de subtilități. În caz contrar, nu va putea încălzi apartamentul corespunzător.

Economii în amenajarea unui sistem de încălzire cu o singură conductă au loc într-adevăr, dar numai dacă se folosește o rampă verticală de alimentare. În special, în casele cu cinci etaje, această opțiune de cablare este adesea practicată pentru a economisi materiale. În acest caz, lichidul de răcire încălzit este alimentat în sus prin colțul principal, unde este distribuit tuturor celorlalte elemente. Apa calda din circuit trece treptat prin caloriferele de la fiecare etaj, incepand de sus.

Pe măsură ce lichidul de răcire ajunge la etajele inferioare, temperatura acestuia scade treptat. Pentru a compensa diferența de temperatură, la etajele inferioare sunt instalate calorifere cu o suprafață mai mare. O altă caracteristică a unui sistem de încălzire cu o singură conductă este că se recomandă instalarea de bypass-uri pe toate caloriferele. Acestea vă permit să scoateți cu ușurință bateriile în caz de nevoie de reparații, fără a opri întregul sistem.

Dacă încălzirea cu un circuit cu o singură țeavă se face conform unei scheme de cablare orizontală, mișcarea lichidului de răcire poate fi asociată sau în fund. Un astfel de sistem s-a dovedit în conducte cu lungimea de până la 30 m. În același timp, numărul de radiatoare conectate poate fi de 4-5 bucăți.

Sisteme de încălzire cu două conducte

În interiorul circuitului cu două conducte, lichidul de răcire se deplasează prin două conducte separate. Una dintre ele este utilizată pentru turul de alimentare cu lichid de răcire fierbinte, iar celălalt pentru turul de retur cu apă răcită, care se deplasează spre rezervorul de încălzire. Astfel, la instalarea caloriferelor de încălzire cu conexiune inferioară sau orice alt tip de legătură, toate bateriile se încălzesc uniform, deoarece în ele intră apă cu aproximativ aceeași temperatură.

Este de remarcat faptul că un circuit cu două conducte la conectarea bateriilor cu o conexiune inferioară, precum și la utilizarea altor scheme, este cel mai acceptabil. Cert este că acest tip de conexiune asigură o cantitate minimă de pierderi de căldură. Schema de circulație a apei poate fi atât asociată, cât și în fundătură.

Vă rugăm să rețineți că, dacă există un cablaj cu două conducte, este posibilă reglarea performanței termice a radiatoarelor utilizate.

Unii proprietari de case private cred că proiectele cu racorduri la radiatoare cu două conducte sunt mult mai scumpe, deoarece sunt necesare mai multe conducte pentru a le implementa. Cu toate acestea, dacă te uiți mai în detaliu, se dovedește că costul lor nu este cu mult mai mare decât în amenajarea sistemelor cu o singură conductă.

Faptul este că un sistem cu o singură țeavă implică prezența țevilor cu o secțiune transversală mare și un radiator mare. În același timp, prețul țevilor mai subțiri necesare unui sistem cu două țevi este mult mai mic. În plus, în cele din urmă, costurile inutile se vor plăti datorită circulației mai bune a lichidului de răcire și pierderilor minime de căldură.

Cu un sistem cu două țevi, se folosesc mai multe opțiuni pentru conectarea radiatoarelor de încălzire din aluminiu. Conexiunea poate fi diagonală, laterală sau de jos. În acest caz, este permisă utilizarea îmbinărilor verticale și orizontale. În ceea ce privește eficiența, conexiunea în diagonală este considerată cea mai bună opțiune. În același timp, căldura este distribuită uniform pe toate dispozitivele de încălzire cu pierderi minime.

Metoda de conectare laterală sau unilaterală este utilizată cu succes egal atât în cablarea cu o singură conductă, cât și în cablarea cu două conducte. Principala sa diferență este că circuitele de alimentare și de retur sunt tăiate într-o parte a radiatorului.

Conexiunea laterală este adesea folosită în clădirile de apartamente cu o coloană verticală de alimentare. Vă rugăm să rețineți că înainte de a conecta un radiator de încălzire cu racord lateral, este necesar să instalați un bypass și un robinet pe acesta. Acest lucru vă va permite să scoateți în mod liber bateria pentru spălare, vopsire sau înlocuire fără a opri întregul sistem.

Este de remarcat faptul că eficiența legăturii unilaterale este maximă numai pentru bateriile cu 5-6 secțiuni. Dacă lungimea radiatorului este mult mai mare, cu o astfel de conexiune vor exista pierderi semnificative de căldură.

Caracteristici ale opțiunii de conducte inferioare

De regulă, un radiator cu o conexiune inferioară este conectat în cazurile în care conductele de încălzire neprezentabile trebuie să fie ascunse în podea sau în perete, pentru a nu deranja interiorul camerei.

La vânzare puteți găsi un număr mare de dispozitive de încălzire în care producătorii asigură o aprovizionare mai mică pentru radiatoarele de încălzire. Sunt disponibile în diferite dimensiuni și configurații. În același timp, pentru a nu deteriora bateria, merită să vă uitați la pașaportul produsului, unde este prescrisă metoda de conectare a unuia sau altul model de echipament. De obicei, în unitatea de conectare a bateriei sunt prevăzute supape cu bilă, care vă permit să o îndepărtați dacă este necesar. Astfel, chiar și fără experiență în astfel de lucrări, folosind instrucțiunile, puteți conecta radiatoare de încălzire bimetalice cu o conexiune inferioară.

Circulația apei în interiorul multor calorifere moderne cu o conexiune inferioară are loc în același mod ca și cu o conexiune diagonală. Acest efect se realizează datorită unui obstacol situat în interiorul radiatorului, care asigură trecerea apei prin încălzitor. După aceea, lichidul de răcire răcit intră în circuitul de retur.

Vă rugăm să rețineți că în sistemele de încălzire cu circulație naturală, racordarea inferioară a caloriferelor este nedorită. Cu toate acestea, pierderile semnificative de căldură dintr-o astfel de schemă de conectare pot fi compensate printr-o creștere a puterii termice a bateriilor.

Conexiune diagonală

După cum am observat deja, metoda diagonală de conectare a radiatoarelor se caracterizează prin cea mai mică pierdere de căldură. Cu această schemă, lichidul de răcire fierbinte intră dintr-o parte a radiatorului, trece prin toate secțiunile și apoi iese prin conductă din partea opusă. Acest tip de conexiune este potrivit atât pentru sistemele de încălzire cu una, cât și pentru două conducte.

Conectarea în diagonală a radiatoarelor se poate realiza în 2 versiuni:

Fluxul de lichid de răcire fierbinte intră în deschiderea superioară a radiatorului și apoi, după ce a trecut prin toate secțiunile, iese din deschiderea laterală inferioară pe partea opusă.
Lichidul de răcire intră în radiator prin orificiul inferior de pe o parte și curge din partea opusă de sus.

Conectarea în diagonală este recomandată în cazurile în care bateriile constau dintr-un număr mare de secțiuni - de la 12 sau mai multe.

Circulația naturală și forțată a lichidului de răcire

Este de remarcat faptul că metoda de conectare a țevilor la radiatoare va depinde și de modul în care lichidul de răcire circulă în circuitul de încălzire. Există două tipuri de circulație - naturală și forțată.

Circulația naturală a lichidului în interiorul circuitului de încălzire se realizează prin aplicarea legilor fizice, în timp ce echipamente suplimentare nu trebuie instalate. Este posibil numai atunci când folosiți apă ca purtător de căldură. Dacă se folosește antigel, acesta nu va putea circula liber prin conducte.

Incalzirea cu circulatie naturala include un cazan pentru incalzirea apei, un vas de expansiune, 2 conducte de alimentare si retur, precum si calorifere. În acest caz, cazanul de funcționare încălzește treptat apa, care se extinde și se deplasează de-a lungul coloanei, trecând prin toate caloriferele din sistem. Apoi, apa deja răcită curge înapoi în cazan prin gravitație.

Pentru a asigura mișcarea liberă a apei, țevile orizontale sunt montate cu o pantă ușoară față de direcția de mișcare a lichidului de răcire. Sistemul de incalzire cu circulatie naturala este autoreglabil deoarece cantitatea de apa variaza in functie de temperatura acesteia. Când apa este încălzită, presiunea de circulație crește, ceea ce asigură o încălzire uniformă a încăperii.

În sistemele cu circulație naturală a fluidului, este posibil să instalați un radiator cu o conexiune inferioară, cu condiția unei conexiuni cu două conducte și, de asemenea, să utilizați o schemă de cablare superioară într-un circuit cu una și două conducte. De regulă, acest tip de circulație se efectuează numai în case mici.

Vă rugăm să rețineți că bateriile trebuie prevăzute cu orificii de aerisire prin care blocajele de aer pot fi îndepărtate. Alternativ, ascensoarele pot fi echipate cu orificii de aerisire automate. Este recomandabil să amplasați cazanul de încălzire sub nivelul încăperii încălzite, de exemplu, la subsol.

Dacă suprafața casei depășește 100 m 2, atunci metoda de circulație a lichidului de răcire trebuie forțată. În acest caz, va fi necesar să instalați o pompă de circulație specială, care va asigura deplasarea antigelului sau a apei de-a lungul circuitului. Puterea pompei depinde de mărimea casei.

Pompa de circulatie poate fi montata atat pe conductele de alimentare cat si pe retur. Este foarte important să instalați purtătoare automate în partea de sus a conductei sau să furnizați robinete Mayevsky pe fiecare radiator pentru a elimina manual blocajele de aer.

Utilizarea unei pompe de circulație este justificată atât în sistemele cu o singură conductă, cât și în două conducte, cu racord de radiator de tip vertical și orizontal.

De ce este important să conectați corect radiatoarele de încălzire

Indiferent de metoda de conectare si de tipul de calorifer pe care il alegeti, este foarte important sa faceti calcule competente si sa instalati corect echipamentul. În același timp, este important să țineți cont de caracteristicile unei anumite încăperi pentru a alege cea mai bună opțiune. Atunci sistemul va fi cât mai eficient și va evita pierderile semnificative de căldură în viitor.

Dacă doriți să asamblați un sistem de încălzire într-un conac mare și scump, este mai bine să încredințați designul specialiștilor.

Pentru casele cu o suprafață mică, vă puteți ocupa singur de alegerea schemei de cablare și de instalarea bateriilor. Este necesar doar să se ia în considerare calitatea unei anumite scheme de conectare și să se studieze caracteristicile lucrărilor de instalare.

Vă rugăm să rețineți că conductele și radiatoarele trebuie să fie realizate din același material. De exemplu, țevile din plastic nu pot fi conectate la bateriile din fontă, deoarece acestea sunt pline de probleme.

Astfel, cu condiția să se țină cont de caracteristicile unei anumite case, conectarea radiatoarelor de încălzire se poate face independent. O schemă bine aleasă pentru conectarea țevilor la calorifere va minimiza pierderile de căldură, astfel încât dispozitivele de încălzire să poată funcționa cu eficiență maximă.

O sursă: « În lumea științei » , nr. 3, 1983. Autori: Neville H. Fletcher și Susanna Thwaites

Sunetul maiestuos al orgii este creat datorită interacțiunii unui jet de aer strict sincronizat în fază care trece prin tăietura din țeavă și coloana de aer care rezonează în cavitatea acesteia.

Niciun instrument muzical nu se poate compara cu orga în ceea ce privește puterea, timbrul, gama, tonalitatea și măreția sunetului. La fel ca multe instrumente muzicale, structura orgii a fost îmbunătățită constant prin eforturile multor generații de meșteri pricepuți care au acumulat încet experiență și cunoștințe. Până la sfârșitul secolului al XVII-lea. corpul a căpătat practic forma sa modernă. Cei doi cei mai importanți fizicieni ai secolului al XIX-lea. Hermann von Helmholtz și Lord Rayleigh au prezentat teorii opuse care explică mecanismul de bază pentru formarea sunetelor în țevi de orgă, dar din cauza lipsei instrumentelor și instrumentelor necesare, disputa lor nu a fost niciodată rezolvată. Odată cu apariția osciloscoapelor și a altor instrumente moderne, a devenit posibil să se studieze în detaliu mecanismul de acțiune al unui organ. S-a dovedit că atât teoria Helmholtz, cât și teoria Rayleigh sunt valabile pentru anumite presiuni sub care aerul este forțat în conducta de orgă. În continuare în articol vor fi prezentate rezultatele unor studii recente, care în multe privințe nu coincid cu explicația mecanismului de acțiune al organului dată în manuale.

Țevile sculptate din stuf sau din alte plante cu tulpină goală au fost probabil primele instrumente de suflat. Ei scot sunete dacă suflați peste capătul deschis al tubului sau suflați în tub, vibrând cu buzele sau, ciupind capătul tubului, suflați în aer, provocând pereții să vibreze. Dezvoltarea acestor trei tipuri de instrumente de suflat simple a dus la crearea flautului, trompetei și clarinetului modern, din care muzicianul poate produce sunete într-o gamă destul de mare de frecvențe.

În paralel, au fost create astfel de instrumente în care fiecare tub a fost destinat să sune pe o anumită notă. Cel mai simplu dintre aceste instrumente este flautul (sau „flautul Pan”), care are de obicei aproximativ 20 de țevi de diferite lungimi, închise la un capăt și scoțând sunete când sunt suflate peste celălalt capăt, deschis. Cel mai mare și mai complex instrument de acest tip este orga, care conține până la 10.000 de țevi, pe care organistul o controlează folosind un sistem complex de roți dințate mecanice. Orga datează din cele mai vechi timpuri. Figurine de lut care înfățișează muzicieni cântând la un instrument făcut din multe țevi de burduf au fost realizate în Alexandria încă din secolul al II-lea î.Hr. î.Hr. Prin secolul X. orga începe să fie folosită în bisericile creștine, iar în Europa apar tratate scrise de călugări despre structura organelor. Conform legendei, organ mare, construită în secolul X. pentru Catedrala Winchester din Anglia, avea 400 de țevi metalice, 26 de burduf și două tastaturi cu 40 de taste, unde fiecare tastă controla zece țevi. În secolele următoare, dispozitivul orgii a fost îmbunătățit mecanic și muzical, iar în 1429 a fost construită o orgă cu 2500 de țevi în Catedrala din Amiens. Germania spre sfârșitul secolului al XVII-lea. organele și-au căpătat deja forma modernă.

Orga, instalată în 1979 în sala de concert a Operei din Sydney din Australia, este cea mai mare și mai avansată orgă tehnic din lume. Proiectat și construit de R. Sharp. Are aproximativ 10.500 de conducte controlate de o transmisie mecanică cu cinci tampoane de mână și un picior. Orga poate fi controlată automat de o bandă magnetică pe care interpretarea muzicianului a fost înregistrată anterior digital.

Termeni folosiți pentru a descrie dispozitive cu organe, reflectă originea lor de la instrumentele de suflat tubulare în care aerul a fost suflat cu gura. Tuburile organului sunt deschise de sus, iar de jos au o formă conică îngustată. Peste partea turtită, deasupra conului, trece „gura” țevii (tăiată). O „limbă” (coasta orizontală) este plasată în interiorul tubului, astfel încât între acesta și „buza” inferioară se formează o „deschidere labială” (decalaj îngust). Aerul este forțat în conductă de burdufuri mari și intră în baza sa în formă de con la o presiune de 500 până la 1000 pascali (5 până la 10 cm de coloană de apă). Când, atunci când pedala și tasta corespunzătoare sunt apăsate, aerul intră în conductă, acesta se repezi în sus, formându-se la ieșire fisura labiala pârâu larg plat. Un jet de aer trece prin fanta „gurii” și, lovind buza superioară, interacționează cu coloana de aer din țeavă în sine; ca urmare, se creează vibrații stabile, care fac țeava „să vorbească”. În sine, întrebarea cum are loc această tranziție bruscă de la tăcere la sunet în trompetă este foarte complexă și interesantă, dar nu este luată în considerare în acest articol. Conversația va fi în principal despre procesele care asigură sunetul continuu al țevilor de orgă și creează tonalitatea lor caracteristică.

Țeava de orgă este excitată de aerul care intră în capătul său inferior și formează un jet pe măsură ce trece prin golul dintre buza inferioară și limbă. În secțiune, jetul interacționează cu coloana de aer din țeavă de lângă buza superioară și trece fie în interiorul țevii, fie în exteriorul acesteia. În coloana de aer sunt create oscilații la starea de echilibru, determinând sunetul trompetei. Presiunea aerului, care variază în funcție de legea undelor stationare, este indicată prin umbrire colorată. Pe capătul superior al țevii este montat un manșon sau un dop detașabil, ceea ce vă permite să modificați ușor lungimea coloanei de aer în timpul ajustării.

Poate părea că sarcina de a descrie un jet de aer care generează și păstrează sunetul unei organe aparține în întregime teoriei fluxurilor de fluid și gaz. S-a dovedit, totuși, că este foarte dificil să se ia în considerare teoretic mișcarea chiar și a unui flux constant, neted, laminar, deoarece pentru un jet de aer complet turbulent care se mișcă într-o țeavă de orgă, analiza sa este incredibil de complexă. Din fericire, turbulența, care este o formă complexă de mișcare a aerului, simplifică de fapt natura fluxului de aer. Dacă acest flux ar fi laminar, atunci interacțiunea jetului de aer cu mediul ar depinde de vâscozitatea acestora. În cazul nostru, turbulența înlocuiește vâscozitatea ca factor determinant de interacțiune direct proporțional cu lățimea fluxului de aer. În timpul construcției orgii, se acordă o atenție deosebită asigurării faptului că fluxurile de aer în țevi sunt complet turbulente, ceea ce se realizează cu ajutorul unor mici tăieturi de-a lungul marginii limbii. În mod surprinzător, spre deosebire de fluxul laminar, fluxul turbulent este stabil și poate fi reprodus.

Fluxul complet turbulent se amestecă treptat cu aerul din jur. Procesul de extindere și încetinire este relativ simplu. Curba care înfățișează modificarea vitezei curgerii în funcție de distanța de la planul central al secțiunii sale are forma unei parabole inversate, al cărei vârf corespunde valorii maxime a vitezei. Lățimea curgerii crește proporțional cu distanța de la fisura labială. Energia cinetică a fluxului rămâne neschimbată, astfel încât scăderea vitezei acestuia este proporțională cu rădăcina pătrată a distanței de la gol. Această dependență este confirmată atât de calcule, cât și de rezultatele experimentale (ținând cont de o mică regiune de tranziție în apropierea golului labial).

Într-o țeavă de orgă deja excitată și care sună, fluxul de aer intră din fanta labială într-un câmp sonor intens în fanta țevii. Mișcarea aerului asociată cu generarea sunetelor este direcționată prin fantă și deci perpendiculară pe planul fluxului. În urmă cu cincizeci de ani, B. Brown de la Colegiul Universității din Londra a reușit să fotografieze fluxul laminar al aerului cu fum din câmpul sonor. Imaginile au arătat formarea undelor sinuoase, crescând pe măsură ce se deplasează de-a lungul pârâului, până când acestea din urmă s-au rupt în două rânduri de inele vortex care se roteau în direcții opuse. Interpretarea simplificată a acestor observații și a celor similare a condus la o descriere incorectă a proceselor fizice din țevile de organe, care poate fi găsită în multe manuale.

O metodă mai fructuoasă de a studia comportamentul real al unui jet de aer într-un câmp sonor este experimentarea cu un singur tub în care câmpul sonor este creat folosind un difuzor. Ca urmare a unor astfel de cercetări, efectuate de J. Coltman în laboratorul Westinghouse Electric Corporation și un grup cu participarea mea la Universitatea din New England din Australia, fundamentele teoriei moderne a proceselor fizice care au loc în țevile de organe. Au fost dezvoltate. De fapt, chiar și Rayleigh a oferit o descriere matematică amănunțită și aproape completă a fluxurilor laminare ale mediilor neviscide. Deoarece s-a constatat că turbulența nu complică, ci simplifică tabloul fizic al corzilor de aer, a fost posibil să se utilizeze metoda Rayleigh cu mici modificări pentru a descrie fluxurile de aer obținute experimental și investigate de Koltman și grupul nostru.

Dacă nu ar exista nicio fantă labială în tub, atunci s-ar aștepta ca jetul de aer sub forma unei benzi de aer în mișcare să se miște pur și simplu înainte și înapoi împreună cu tot celălalt aer din fanta tubului sub influența vibrațiilor acustice. În realitate, atunci când jetul părăsește fanta, acesta este stabilizat efectiv de fanta în sine. Acest efect poate fi comparat cu rezultatul impunerii asupra mișcării oscilatorii generale a aerului în câmpul sonor a unui amestec strict echilibrat localizat în planul unei margini orizontale. Această amestecare localizată, care are aceeași frecvență și amplitudine ca și câmpul sonor și, ca rezultat, creează amestecarea zero a jetului la aripioarele orizontale, este stocată în fluxul de aer în mișcare și creează o undă sinuoasă.

Cinci țevi de design diferit produc sunete de aceeași înălțime, dar cu timbru diferit. A doua trompetă din stânga este dulciana, care are un sunet blând, subtil, care amintește de sunetul unui instrument cu coarde. A treia trompetă este o gamă deschisă, dând un sunet ușor, sonor, care este cel mai caracteristic unei orgă. A patra trompetă are sunetul unui flaut puternic înăbușit. A cincea trompetă - Waldflote ( « flaut de pădure") cu un sunet moale. Conducta de lemn din stanga se inchide cu un dop. Are aceeași frecvență fundamentală ca și celelalte conducte, dar rezonează la tonuri impare ale căror frecvențe sunt de un număr impar de ori mai mare decât frecvența fundamentală. Lungimea țevilor rămase nu este exact aceeași, deoarece se face „corecția de capăt” pentru a obține același pas.

După cum a arătat Rayleigh pentru tipul de jet pe care l-a studiat și așa cum am confirmat cuprinzător pentru cazul unui jet turbulent divergent, unda se propagă de-a lungul fluxului cu o viteză puțin mai mică de jumătate din viteza aerului în planul central al jetului. . În acest caz, pe măsură ce se deplasează de-a lungul fluxului, amplitudinea undei crește aproape exponențial. De obicei, se dublează pe măsură ce valul se deplasează cu un milimetru, iar efectul său devine rapid dominant asupra mișcării laterale alternative simple cauzate de vibrațiile sonore.

Sa constatat că cea mai mare rată de creștere a valurilor este atinsă atunci când lungimea sa de-a lungul fluxului este de șase ori lățimea fluxului într-un punct dat. Pe de altă parte, dacă lungimea de undă este mai mică decât lățimea fluxului, atunci amplitudinea nu crește și unda poate dispărea cu totul. Deoarece jetul de aer se extinde și încetinește pe măsură ce se îndepărtează de fantă, numai undele lungi, adică oscilațiile de joasă frecvență, se pot propaga de-a lungul fluxurilor lungi cu amplitudine mare. Această circumstanță se va dovedi a fi importantă în analiza ulterioară a creării sunetului armonic al țevilor de orgă.

Să luăm acum în considerare efectul câmpului sonor al unei țevi de orgă asupra unui jet de aer. Este ușor de imaginat că undele acustice ale câmpului sonor din fanta conductei fac ca vârful jetului de aer să se deplaseze peste buza superioară a fantei, astfel încât jetul să fie fie în interiorul conductei, fie în afara acesteia. Seamănă cu o imagine când un leagăn este deja împins. Coloana de aer din țeavă este deja oscilând, iar atunci când rafale de aer intră în țeavă în sincronism cu vibrația, ele păstrează forța de vibrație în ciuda diferitelor pierderi de energie asociate cu propagarea sunetului și frecarea aerului împotriva pereților țevii. . Dacă rafale de aer nu coincid cu fluctuațiile coloanei de aer din conductă, ele vor suprima aceste fluctuații și sunetul se va estompa.

Forma jetului de aer este prezentată în figură ca o serie de cadre succesive pe măsură ce iese din fanta labială într-un câmp acustic în mișcare creat în „gura” tubului de o coloană de aer care rezonează în interiorul tubului. Deplasarea periodică a aerului în secțiunea gurii creează o undă sinuoasă care se deplasează cu o viteză jumătate față de cea a aerului în planul central al jetului și crește exponențial până când amplitudinea acesteia depășește lățimea jetului însuși. Secțiunile orizontale arată segmentele de cale pe care unda le parcurge în jet în sferturi succesive ale perioadei de oscilație. T. Liniile secante se apropie unele de altele pe măsură ce viteza jetului scade. În conducta de orgă, buza superioară este situată în locul indicat de săgeată. Jetul de aer iese și intră alternativ în conductă.

Măsurarea proprietăților producătoare de sunet ale unui jet de aer se poate face prin plasarea pene de pâslă sau spumă la capătul deschis al țevii pentru a preveni sunetul și creând o undă sonoră de amplitudine mică folosind un difuzor. Reflectată de la capătul opus al țevii, unda sonoră interacționează cu jetul de aer la secțiunea „gura”. Interacțiunea jetului cu unda staționară din interiorul țevii este măsurată folosind un microfon tester portabil. În acest fel, este posibil să se detecteze dacă jetul de aer crește sau scade energia undei reflectate în partea inferioară a conductei. Pentru ca trompeta să sune, jetul trebuie să crească energia. Rezultatele măsurătorilor sunt exprimate în termeni de „conductivitate” acustică, definită ca raportul fluxului acustic la ieșirea din secțiune. « gura" la presiunea sonoră direct în spatele tăieturii. Curba valorii conductanței pentru diferite combinații de presiune de evacuare a aerului și frecvența de oscilație are o formă spiralată, așa cum se arată în figura următoare.

Relația dintre apariția oscilațiilor acustice în fanta conductei și momentul sosirii următoarei porțiuni a jetului de aer pe buza superioară a fantei este determinată de intervalul de timp în care valul din fluxul de aer parcurge distanța de la fanta labială la buza superioară. Constructorii de organe numesc această distanță „decodare”. Dacă „decupajul” este mare sau presiunea (și, prin urmare, viteza de mișcare) a aerului este scăzută, atunci timpul de mișcare va fi mare. În schimb, dacă „decupajul” este mic sau presiunea aerului este mare, atunci timpul de călătorie va fi scurt.

Pentru a determina cu precizie relația de fază dintre fluctuațiile coloanei de aer din țeavă și sosirea unor porțiuni din fluxul de aer pe marginea interioară a buzei superioare, este necesar să se studieze mai detaliat natura efectului aceste proporții pe coloana de aer. Helmholtz credea că principalul factor aici este cantitatea de flux de aer furnizată de jet. Prin urmare, pentru ca porțiunile jetului să comunice cât mai multă energie coloanei de aer oscilante, acestea trebuie să ajungă în momentul în care presiunea din apropierea părții interioare a buzei superioare atinge un maxim.

Rayleigh a prezentat o poziție diferită. El a susținut că, deoarece fanta este situată relativ aproape de capătul deschis al țevii, undele acustice de la fantă, care sunt afectate de jetul de aer, nu pot crea multă presiune. Rayleigh credea că fluxul de aer, care intră în țeavă, întâlnește de fapt un obstacol și aproape se oprește, ceea ce creează rapid o presiune mare în ea, care îi afectează mișcarea în țeavă. Prin urmare, conform lui Rayleigh, jetul de aer va transfera cantitatea maximă de energie dacă intră în conductă în momentul în care nu presiunea, ci fluxul undelor acustice în sine este maxim. Deplasarea dintre aceste două maxime este un sfert din perioada de oscilație a coloanei de aer din tub. Dacă facem o analogie cu un balansoar, atunci această diferență se exprimă prin împingerea balansoarului atunci când acesta se află în punctul său cel mai înalt și are energie potențială maximă (după Helmholtz), și când este în punctul său cel mai scăzut și are viteza maximă (conform lui Rayleigh).

Curba de conductivitate acustica a jetului are forma unei spirale. Distanța de la punctul de pornire indică mărimea conductivității, iar poziția unghiulară indică defazarea dintre fluxul acustic la ieșirea din fantă și presiunea sonoră din spatele fantului. Când fluxul este în fază cu presiunea, valorile conductivității se află în jumătatea dreaptă a helixului și energia jetului este disipată. Pentru ca jetul să genereze sunet, conductivitățile trebuie să fie în jumătatea stângă a helixului, ceea ce apare atunci când jetul este compensat sau eliminat treptat în raport cu presiunea din aval de tăierea conductei. În acest caz, lungimea undei reflectate este mai mare decât lungimea undei incidente. Valoarea unghiului de referință depinde de care dintre cele două mecanisme domină excitația tubului: mecanismul Helmholtz sau mecanismul Rayleigh. Când conductivitatea este în jumătatea superioară a helixului, jetul scade frecvența de rezonanță naturală a țevii, iar când valoarea conductibilității este în partea inferioară a helixului, crește frecvența de rezonanță naturală a țevii.

Graficul mișcării fluxului de aer în țeavă (curba întreruptă) la o deviere dată a jetului este asimetric în raport cu valoarea deflexiunii zero, deoarece buza țevii este proiectată astfel încât să taie jetul nu de-a lungul planului său central. Când jetul este deviat de-a lungul unei simple sinusoide cu o amplitudine mare (curbă neagră solidă), fluxul de aer care intră în tub (curba de culoare) se „satura” mai întâi într-un punct extrem al devierii jetului când iese complet din tub. Cu o amplitudine și mai mare, fluxul de aer este saturat și în celălalt punct extrem de abatere, când jetul intră complet în conductă. Deplasarea buzei conferă fluxului o formă de undă asimetrică, ale cărei tonuri au frecvențe care sunt multiple ale frecvenței undei de deviație.

Timp de 80 de ani, problema a rămas nerezolvată. Mai mult decât atât, noi studii nu au fost efectiv efectuate. Și abia acum a găsit o soluție satisfăcătoare datorită muncii lui L. Kremer și H. Leasing de la Institut. Heinrich Hertz în Occident. Berlin, S. Eller de la Academia Navală din SUA, Coltman și grupul nostru. Pe scurt, atât Helmholtz, cât și Rayleigh aveau amândoi parțial dreptate. Relația dintre cele două mecanisme de acțiune este determinată de presiunea aerului injectat și de frecvența sunetului, mecanismul Helmholtz fiind cel principal la presiuni joase și frecvențe înalte, iar mecanismul Rayleigh la presiuni mari și frecvențe joase. Pentru țevile de orgă cu design standard, mecanismul Helmholtz joacă de obicei un rol mai important.

Koltman a dezvoltat o modalitate simplă și eficientă de a studia proprietățile unui jet de aer, care a fost modificat și îmbunătățit în laboratorul nostru. Această metodă se bazează pe studiul jetului de aer la fanta țevii de orgă, când capătul său îndepărtat este închis cu pene fonoabsorbante din pâslă sau spumă care împiedică țeava să sune. Apoi, de la un difuzor amplasat la capătul îndepărtat, o undă sonoră este alimentată în țeavă, care este reflectată de marginea fantei, mai întâi cu un jet injectat, apoi fără acesta. În ambele cazuri, undele incidente și cele reflectate interacționează în interiorul conductei, creând o undă staționară. Măsurând cu un microfon cu sondă mică modificarea configurației undei pe măsură ce se aplică jetul de aer, se poate determina dacă jetul crește sau scade energia undei reflectate.

În experimentele noastre, am măsurat de fapt „conductivitatea acustică” a jetului de aer, care este determinată de raportul dintre fluxul acustic la ieșirea din fantă, creat de prezența jetului, și presiunea acustică directă în interiorul fantei. . Conductivitatea acustică este caracterizată prin mărime și unghi de fază, care pot fi reprezentate grafic în funcție de frecvență sau presiunea de descărcare. Dacă prezentăm un grafic al conductivității cu o modificare independentă a frecvenței și presiunii, atunci curba va avea forma unei spirale (vezi figura). Distanța de la punctul de pornire al helixului indică valoarea conductibilității, iar poziția unghiulară a punctului de pe helix corespunde întârzierii fazei undei sinuoase care apare în jet sub influența vibrațiilor acustice din țeavă. O întârziere de o lungime de undă corespunde la 360° în jurul circumferinței helixului. Datorită proprietăților speciale ale jetului turbulent, s-a dovedit că atunci când valoarea conductivității este înmulțită cu rădăcina pătrată a valorii presiunii, toate valorile măsurate pentru o anumită țeavă de organe se potrivesc pe aceeași spirală.

Dacă presiunea rămâne constantă, iar frecvența undelor sonore de intrare crește, atunci punctele care indică mărimea conductivității se apropie în spirală spre mijlocul acesteia în sensul acelor de ceasornic. La o frecvență constantă și o presiune în creștere, aceste puncte se îndepărtează de mijloc în direcția opusă.

Vedere interioară a orgii Operei din Sydney. Unele conducte din cele 26 de registre ale sale sunt vizibile. Majoritatea tevilor sunt din metal, unele sunt din lemn. Lungimea părții de sondare a țevii se dublează la fiecare 12 țevi, iar diametrul țevii se dublează aproximativ la fiecare 16 țevi. Mulți ani de experiență a maeștrilor - creatorii de organe le-au permis să găsească cele mai bune proporții, oferind un timbru sonor stabil.

Când punctul de conductivitate se află în jumătatea dreaptă a helixului, jetul preia energie din fluxul din țeavă și, prin urmare, există o pierdere de energie. Cu poziția punctului în jumătatea stângă, jetul va transfera energie în flux și va acționa astfel ca un generator de vibrații sonore. Când valoarea conductibilității se află în jumătatea superioară a helixului, jetul scade frecvența de rezonanță naturală a țevii, iar când acest punct se află în jumătatea inferioară, jetul crește frecvența de rezonanță naturală a țevii. Valoarea unghiului care caracterizează decalajul de fază depinde de ce schemă - Helmholtz sau Rayleigh - se efectuează excitația principală a conductei, iar aceasta, după cum se arată, este determinată de valorile presiunii și frecvenței. Cu toate acestea, acest unghi, măsurat din partea dreaptă a axei orizontale (cadrantul din dreapta), nu este niciodată semnificativ mai mare decât zero.

Deoarece 360° în jurul circumferinței helixului corespunde unei întârzieri de fază egală cu lungimea undei de înfășurare care se propagă de-a lungul jetului de aer, mărimea unui astfel de întârziere de la mult mai puțin de un sfert din lungimea de undă până la aproape trei sferturi din lungimea de undă. lungimea va fi situată pe spirală de la linia centrală, adică în acea parte, în care jetul acționează ca un generator de vibrații sonore. Am mai văzut că, la o frecvență constantă, decalajul de fază este o funcție a presiunii aerului injectat, care afectează atât viteza jetului în sine, cât și viteza de propagare a undei sinuoase de-a lungul jetului. Deoarece viteza unei astfel de unde este jumătate din viteza jetului, care la rândul său este direct proporțională cu rădăcina pătrată a presiunii, o schimbare a fazei jetului cu jumătate din lungimea de undă este posibilă numai cu o schimbare semnificativă a presiunii. . Teoretic, presiunea se poate schimba cu un factor de nouă înainte ca trompeta să nu mai producă sunet la frecvența sa fundamentală, dacă nu sunt încălcate alte condiții. În practică, totuși, trompeta începe să sune la o frecvență mai mare până când se atinge limita superioară specificată a modificării presiunii.

Trebuie remarcat faptul că pentru a compensa pierderile de energie din țeavă și pentru a asigura stabilitatea sunetului, mai multe rotații ale helixului pot merge mult spre stânga. Doar încă o astfel de buclă, a cărei locație corespunde cu aproximativ trei semi-unde în jet, poate face să sune conducta. Deoarece conductanța corzilor în acest punct este scăzută, sunetul produs este mai slab decât orice sunet care corespunde unui punct de pe tura exterioară a helixului.

Forma helixului de conducere poate deveni și mai complicată dacă deviația de la buza superioară depășește lățimea jetului în sine. În acest caz, jetul este aproape complet suflat din țeavă și suflat înapoi în el la fiecare ciclu de deplasare, iar cantitatea de energie pe care o transmite undei reflectate în țeavă nu mai depinde de o creștere suplimentară a amplitudinii. În mod corespunzător, eficiența corzilor de aer în modul de generare a vibrațiilor acustice scade și ea. În acest caz, o creștere a amplitudinii de deviere a jetului duce doar la o scădere a helixului de conducere.

Scăderea eficienței jetului cu creșterea amplitudinii de deviere este însoțită de o creștere a pierderilor de energie în conducta de orgă. Fluctuațiile din țeavă sunt setate rapid la un nivel mai scăzut, la care energia jetului compensează exact pierderile de energie din țeavă. Este interesant de observat că, în majoritatea cazurilor, pierderile de energie datorate turbulenței și vâscozității sunt mult mai mari decât pierderile asociate cu împrăștierea undelor sonore prin fanta și capetele deschise ale țevii.

Secțiune a unei țevi de orgă de tip gamă, care arată că limba are o crestătură pentru a crea o mișcare turbulentă uniformă a fluxului de aer. Țeava este realizată din „metal marcat” - un aliaj cu un conținut ridicat de staniu și adaos de plumb. La fabricarea materialului de tablă din acest aliaj, este fixat un model caracteristic, care este clar vizibil în fotografie.

Desigur, sunetul real al țevii din orgă nu se limitează la o anumită frecvență, ci conține sunete de o frecvență mai mare. Se poate dovedi că aceste acorduri sunt armonice exacte ale frecvenței fundamentale și diferă de aceasta de un număr întreg de ori. În condiții de injecție constantă a aerului, forma undei sonore de pe osciloscop rămâne exact aceeași. Cea mai mică abatere a frecvenței armonice de la o valoare care este strict un multiplu al frecvenței fundamentale duce la o modificare treptată, dar clar vizibilă a formei de undă.

Acest fenomen este de interes deoarece oscilațiile rezonante ale coloanei de aer dintr-o țeavă de orgă, ca în orice țeavă deschisă, sunt setate la frecvențe oarecum diferite de cele ale armonicilor. Faptul este că, odată cu creșterea frecvenței, lungimea de lucru a țevii devine puțin mai mică din cauza unei modificări a fluxului acustic la capetele deschise ale țevii. După cum se va arăta, armonizările în conducta de orgă sunt create de interacțiunea jetului de aer și buza fantei, iar conducta în sine servește pentru tonuri de frecvență mai înaltă, în principal, ca rezonator pasiv.

Vibrațiile rezonante în țeavă sunt create cu cea mai mare mișcare a aerului la orificiile sale. Cu alte cuvinte, conductivitatea în conducta de orgă ar trebui să atingă maximul la fantă. Rezultă că vibrațiile rezonante apar și într-o țeavă cu un capăt lung deschis la frecvențe la care un număr întreg de semi-unde de vibrații sonore se încadrează în lungimea țevii. Dacă desemnăm frecvenţa fundamentală ca f 1, atunci frecvențele de rezonanță mai mari vor fi 2 f 1 , 3f 1 etc. (De fapt, după cum sa subliniat deja, cele mai înalte frecvențe de rezonanță sunt întotdeauna puțin mai mari decât aceste valori.)

Într-o țeavă cu un cal îndepărtat închis sau înfundat, au loc oscilații rezonante la frecvențe la care un număr impar de sferturi de lungime de undă se potrivește în lungimea țevii. Prin urmare, pentru a suna pe aceeași notă, o țeavă închisă poate fi pe jumătate mai lungă decât una deschisă, iar frecvențele sale de rezonanță vor fi f 1 , 3f 1 , 5f 1 etc.

Rezultatele efectului modificării presiunii aerului forțat asupra sunetului într-o țeavă de orgă convențională. Cifrele romane denotă primele câteva tonuri. Modul principal de trompetă (în culoare) acoperă o gamă de sunete normale bine echilibrate la presiune normală. Pe măsură ce presiunea crește, sunetul trompetei trece la al doilea ton; atunci când presiunea este redusă, se creează un al doilea ton slăbit.

Acum să ne întoarcem la curentul de aer din țeava orgii. Vedem că perturbațiile undelor de înaltă frecvență se diminuează treptat pe măsură ce lățimea jetului crește. Ca urmare, capătul jetului de lângă buza superioară oscilează aproape sinusoid la frecvența fundamentală a sondei țevii și aproape independent de armonicile superioare ale oscilațiilor câmpului acustic din apropierea fantei țevii. Cu toate acestea, mișcarea sinusoidală a jetului nu va crea aceeași mișcare a fluxului de aer în conductă, deoarece fluxul este „saturat” datorită faptului că, cu o abatere extremă în orice direcție, curge complet fie din interior. sau din exteriorul buzei superioare. În plus, buza este de obicei oarecum deplasată și taie fluxul nu tocmai de-a lungul planului său central, astfel încât saturația să nu fie simetrică. Prin urmare, fluctuația debitului în conductă are un set complet de armonici ale frecvenței fundamentale cu un raport strict definit de frecvențe și faze, iar amplitudinile relative ale acestor armonici de înaltă frecvență cresc rapid odată cu creșterea amplitudinii deviației jetului de aer. .

Într-o țeavă de orgă convențională, cantitatea de deviere a jetului în fantă este proporțională cu lățimea jetului de la buza superioară. Ca urmare, în fluxul de aer sunt create un număr mare de tonuri. Dacă buza ar împărți jetul strict simetric, nu ar exista nici măcar acorduri în sunet. Deci, de obicei, buzei i se amestecă pentru a păstra toate nuanțe.

După cum v-ați putea aștepta, țevile deschise și închise produc calități de sunet diferite. Frecvențele armăturilor create de jet sunt un multiplu al frecvenței de oscilație a jetului principal. O coloană de aer într-o țeavă va rezona puternic la o anumită nuanță numai dacă conductivitatea acustică a țevii este ridicată. În acest caz, va exista o creștere bruscă a amplitudinii la o frecvență apropiată de frecvența tonului. Prin urmare, într-un tub închis, în care se creează numai tonuri cu numere impare de frecvență de rezonanță, toate celelalte tonuri sunt suprimate. Rezultatul este un sunet caracteristic „înăbușit”, în care chiar și tonurile sunt slabe, deși nu sunt complet absente. Dimpotrivă, o țeavă deschisă produce un sunet „mai ușor”, deoarece reține toate tonurile derivate din frecvența fundamentală.

Proprietățile rezonante ale unei țevi depind în mare măsură de pierderile de energie. Aceste pierderi sunt de două tipuri: pierderi datorate frecării interne și transferului de căldură și pierderi datorate radiațiilor prin fantă și capătul deschis al țevii. Pierderile de primul tip sunt mai semnificative în conductele înguste și la frecvențe joase de oscilație. Pentru tuburile largi și la o frecvență mare de oscilație, pierderile de al doilea tip sunt semnificative.

Influența locației buzei asupra creării de tonuri indică oportunitatea deplasării buzei. Dacă buza ar împărți jetul strict de-a lungul planului central, în conductă ar fi creat doar sunetul frecvenței fundamentale (I) și al treilea ton (III). Prin deplasarea buzei, așa cum arată linia punctată, apar tonuri secunde și patra, îmbogățind foarte mult calitatea sunetului.

Rezultă că pentru o anumită lungime de țeavă și, prin urmare, o anumită frecvență fundamentală, țevile largi pot servi drept rezonatori buni doar pentru tonul fundamental și următoarele câteva tonuri, care formează un sunet înfundat „asemănător unui flaut”. Tuburile înguste servesc drept rezonatoare bune pentru o gamă largă de tonuri și, deoarece radiația la frecvențe înalte este mai intensă decât la frecvențe joase, se produce un sunet înalt de „cordă”. Între aceste două sunete există un sunet suculent sonor, care devine caracteristic unei orgă bune, care este creat de așa-numitele principii sau game.

În plus, un organ mare poate avea șiruri de tuburi cu un corp conic, un dop perforat sau alte variații geometrice. Astfel de modele sunt menite să modifice frecvențele de rezonanță ale trompetei și, uneori, să mărească gama de acorduri de înaltă frecvență pentru a obține un timbru de o colorare specială a sunetului. Alegerea materialului din care este făcută țeava nu contează prea mult.

Există un număr mare de tipuri posibile de vibrații ale aerului într-o țeavă, iar acest lucru complică și mai mult proprietățile acustice ale țevii. De exemplu, atunci când presiunea aerului într-o țeavă deschisă este crescută într-o asemenea măsură încât primul ton va fi creat în jet f 1 un sfert din lungimea undei principale, punctul de pe spirala de conducție corespunzător acestei tonuri se va deplasa în jumătatea sa dreaptă și jetul va înceta să mai creeze o tonalitate a acestei frecvențe. În același timp, frecvența celui de-al doilea ton 2 f 1 corespunde unei jumătăți de undă în jet și poate fi stabil. Sunetul trompetei se va schimba, așadar, pe această a doua tonalitate, aproape cu o octavă întreagă mai mare decât prima, frecvența exactă a oscilației depinde de frecvența de rezonanță a trompetei și de presiunea aerului.

O creștere suplimentară a presiunii de refulare poate duce la formarea următoarei tonuri 3 f 1 cu condiția ca „decupajul” buzei să nu fie prea mare. Pe de altă parte, se întâmplă adesea ca presiunea scăzută, insuficientă pentru a forma tonul fundamental, să creeze treptat una dintre tonuri la a doua tură a helixului de conducere. Astfel de sunete, create cu exces sau lipsă de presiune, prezintă interes pentru cercetările de laborator, dar sunt folosite extrem de rar în organele în sine, doar pentru a obține un anumit efect special.

Vedere a unui val staționar la rezonanță în țevi cu un capăt superior deschis și închis. Lățimea fiecărei linii colorate corespunde amplitudinii vibrațiilor în diferite părți ale țevii. Săgețile indică direcția mișcării aerului în timpul unei jumătăți a ciclului oscilator; în a doua jumătate a ciclului, direcția de mișcare este inversată. Numerele romane indică numere armonice. Pentru o conductă deschisă, toate armonicile frecvenței fundamentale sunt rezonante. O țeavă închisă trebuie să fie pe jumătate mai lungă pentru a produce aceeași notă, dar doar armonicile impare rezonează pentru ea. Geometria complexă a „gurii” țevii distorsionează oarecum configurația undelor mai aproape de capătul inferior al țevii, fără a le schimba « principal » caracter.

După ce maestrul în fabricarea orgii a realizat o țeavă cu sunetul necesar, sarcina sa principală și cea mai dificilă este să creeze întreaga serie de țevi cu volum adecvat și armonie în sunet pe întreaga gamă muzicală a tastaturii. Acest lucru nu poate fi realizat printr-un simplu set de țevi de aceeași geometrie, care diferă doar prin dimensiunile lor, deoarece în astfel de țevi pierderile de energie din frecare și radiații vor avea un efect diferit asupra oscilațiilor de frecvențe diferite. Pentru a asigura constanța proprietăților acustice pe întreaga gamă, este necesar să se varieze o serie de parametri. Diametrul țevii se modifică odată cu lungimea sa și depinde de el ca putere cu un exponent k, unde k este mai mic de 1. Prin urmare, țevile de bas lungi sunt făcute mai înguste. Valoarea calculată a lui k este 5/6 sau 0,83, dar ținând cont de caracteristicile psihofizice ale auzului uman, ar trebui redusă la 0,75. Această valoare a lui k este foarte apropiată de cea determinată empiric de marii producători de organe din secolele al XVII-lea și al XVIII-lea.

În concluzie, să luăm în considerare o întrebare care este importantă din punctul de vedere al cântării la orgă: cum este controlat sunetul multor țevi dintr-o orgă mare. Mecanismul de bază al acestui control este simplu și seamănă cu rândurile și coloanele unei matrice. Conductele dispuse pe registre corespund randurilor matricei. Toate pipele din același registru au același ton și fiecare pipe corespunde unei note de pe tastatura mâinii sau piciorului. Alimentarea cu aer a țevilor fiecărui registru este reglementată de o pârghie specială pe care este indicată denumirea registrului, iar alimentarea cu aer direct la țevile asociate unei note date și care constituie o coloană a matricei este reglementată de tasta corespunzătoare de pe tastatură. Trâmbița va suna doar dacă se mișcă pârghia registrului în care se află și se apasă tasta dorită.

Amplasarea țevilor de orgă seamănă cu rândurile și coloanele unei matrice. În această diagramă simplificată, fiecare rând, numit registru, este format din țevi de același tip, fiecare dintre acestea producând o notă (partea superioară a diagramei). Fiecare coloană asociată cu o notă de pe tastatură (partea inferioară a diagramei) include diferite tipuri de conducte (partea din stânga a diagramei). O pârghie de pe consolă (partea dreaptă a diagramei) asigură accesul aerului la toate țevile registrului, iar apăsarea unei taste de pe tastatură suflă aer în toate țevile unei note date. Accesul aerului la conductă este posibil numai atunci când rândul și coloana sunt pornite în același timp.

În zilele noastre, o varietate de modalități de implementare a unui astfel de circuit pot fi utilizate folosind dispozitive logice digitale și supape controlate electric pe fiecare conductă. Organele mai vechi foloseau pârghii mecanice simple și supape cu lamelă pentru a furniza aer canalelor tastaturii și glisoare mecanice cu găuri pentru a controla fluxul de aer către întregul registru. Acest sistem mecanic simplu și fiabil, pe lângă avantajele sale de proiectare, i-a permis organistului să regleze singur viteza de deschidere a tuturor supapelor și, parcă, a făcut acest instrument muzical prea mecanic mai aproape de el.

În secolul al XIX-lea la începutul secolului XX. au fost construite organe mari cu tot felul de dispozitive electromecanice și electropneumatice, dar recent s-a acordat din nou preferință transmisiilor mecanice de la taste și pedale, iar dispozitivele electronice complexe sunt folosite pentru a porni simultan combinații de registre în timpul cântării la orgă. De exemplu, cea mai mare orgă motorizată din lume a fost instalată în sala de concerte a Operei din Sydney în 1979. Are 10.500 de țevi în 205 registre distribuite pe cinci tastaturi de mână și un picior. Controlul cheii se realizează mecanic, dar este duplicat de o transmisie electrică la care vă puteți conecta. În acest fel, interpretarea organistului poate fi înregistrată într-o formă digitală codificată, care poate fi apoi folosită pentru redarea automată pe orga spectacolului original. Controlul registrelor și combinațiile acestora se realizează folosind dispozitive electrice sau electropneumatice și microprocesoare cu memorie, ceea ce vă permite să variați pe scară largă programul de control. Astfel, sunetul magnific și bogat al orgii maiestuoase este creat printr-o combinație dintre cele mai avansate realizări ale tehnologiei moderne și tehnici și principii tradiționale care au fost folosite de maeștrii trecutului de multe secole.

Când ușa discretă vopsită în bej s-a deschis, doar câțiva pași de lemn mi-au atras atenția din întuneric. Imediat în spatele ușii, urcă o cutie puternică din lemn, asemănătoare cu o cutie de ventilație. „Atenție, aceasta este o țeavă de orgă, 32 de picioare, registru pentru flaut bas”, mi-a avertizat ghidul. — Stai, voi aprinde lumina. Aștept cu răbdare, anticipând una dintre cele mai interesante excursii din viața mea. În fața mea se află intrarea în orgă. Acesta este singurul instrument muzical în care poți intra.

Trupul are peste o sută de ani. Se află în Sala Mare a Conservatorului din Moscova, sala foarte faimoasă, de pe pereții căreia te privesc portrete ale lui Bach, Ceaikovski, Mozart, Beethoven... Totuși, tot ceea ce este deschis ochiului privitorului este cel al organistului. consola se întoarse spre hol cu partea din spate și un „Prospect” din lemn ușor artistic, cu țevi metalice verticale. Privind fațada orgii, cei neinițiați nu vor înțelege cum și de ce cântă acest instrument unic. Pentru a-i dezvălui secretele, va trebui să abordați problema dintr-un unghi diferit. Literalmente.

Natalya Vladimirovna Malina, curatorul orgii, profesor, muzician și maestru de orgă, a acceptat cu amabilitate să devină ghidul meu. „Poți să mergi înainte doar în orgă”, îmi explică ea cu severitate. Această cerință nu are nimic de-a face cu misticismul și superstiția: pur și simplu, mișcându-se înapoi sau în lateral, o persoană fără experiență poate călca pe una dintre țevile orgii sau o poate atinge. Și sunt mii de țevi.

Principiul principal al orgii, care o deosebește de majoritatea instrumentelor de suflat: o pipă - o notă. Flautul pan poate fi considerat un strămoș străvechi al orgii. Acest instrument, care există din timpuri imemoriale în diferite părți ale lumii, constă din mai multe trestii goale de lungimi diferite legate între ele. Dacă suflați în unghi la gura celui mai scurt, se va auzi un sunet subțire și înalt. Trestele mai lungi sună mai jos.

Un instrument amuzant este o armonică cu trâmbițe neobișnuite pentru acest instrument. Dar aproape exact același design poate fi găsit în orice orgă mare (cum ar fi cea prezentată în imaginea din dreapta) - așa sunt aranjate țevile de orgă „de trestie”

Sunetul a trei mii de trâmbițe. Schema generala Schema prezinta o schema simplificata a unui organ cu tractura mecanica. Fotografii care prezintă componente și dispozitive individuale ale instrumentului au fost făcute în interiorul orgii Sălii Mari a Conservatorului de Stat din Moscova. În diagramă nu sunt prezentate burduful, care menține presiunea constantă în parbriz, și pârghiile Barker (sunt în imagini). De asemenea, lipsește o pedală (tastatură cu piciorul)

Spre deosebire de un flaut obișnuit, nu puteți schimba înălțimea unui tub individual, astfel încât flautul Pan poate cânta exact atâtea note câte treburi sunt în el. Pentru ca instrumentul să producă sunete foarte joase, este necesar să includă tuburi de lungime mare și diametru mare în compoziția sa. Este posibil să se facă multe flaute de Pan cu țevi din materiale diferite și diametre diferite, iar apoi vor sufla aceleași note cu timbre diferite. Dar cântatul la toate aceste instrumente în același timp nu va funcționa - nu le puteți ține în mâini și nu va fi suficientă respirație pentru „trefurile” gigantice. Dar dacă ne punem toate canelurile pe verticală, oferim fiecărui tub individual o supapă de admisie a aerului, venim cu un mecanism care să ne ofere posibilitatea de a controla toate supapele de la tastatură și, în cele din urmă, să creăm un design pentru pomparea aerului cu ajutorul acestuia. distribuția ulterioară, tocmai avem un organ.

Pe o corabie veche

Țevile din organe sunt realizate din două materiale: lemn și metal. Țevile din lemn folosite pentru extragerea sunetelor de bas au o secțiune pătrată. Țevile metalice sunt de obicei mai mici, au formă cilindrică sau conică și sunt de obicei realizate dintr-un aliaj de cositor și plumb. Dacă este mai mult cositor, țeava este mai tare, dacă este mai mult plumb, sunetul extras este mai surd, „bumbac”.

Aliajul de staniu și plumb este foarte moale, motiv pentru care țevile de orgă sunt ușor deformate. Dacă o țeavă metalică mare este așezată pe o parte, după un timp va dobândi o secțiune ovală sub propria greutate, ceea ce îi va afecta inevitabil capacitatea de a extrage sunetul. Mișcându-mă în interiorul orgii Sălii Mari a Conservatorului din Moscova, încerc să ating doar părțile din lemn. Dacă pășiți pe țeavă sau o apucați stângaci, maestrul de orgă va avea noi probleme: țeava va trebui să fie „vindecată” - îndreptată sau chiar lipită.

Orga în care mă aflu este departe de a fi cea mai mare din lume și chiar din Rusia. În ceea ce privește dimensiunea și numărul de țevi, este inferior orgilor Casei de Muzică din Moscova, Catedralei din Kaliningrad și Sălii de Concerte. Ceaikovski. Principalii deținători de recorduri sunt peste mări: de exemplu, instrumentul instalat în Atlantic City Convention Hall (SUA) are peste 33.000 de țevi. În orga Sălii Mari a Conservatorului sunt de zece ori mai puține țevi, „doar” 3136, dar nici acest număr semnificativ nu poate fi așezat compact pe un singur plan. Orga din interior are mai multe niveluri pe care țevile sunt instalate în rânduri. Pentru accesul maestrului de orgă la țevi, pe fiecare nivel s-a realizat un pasaj îngust sub formă de platformă de scânduri. Nivelurile sunt interconectate prin scări, în care rolul treptelor este îndeplinit de traverse obișnuite. În interiorul organului este aglomerat, iar mișcarea între niveluri necesită o anumită dexteritate.

„Experiența mea este că”, spune Natalya Vladimirovna Malina, „cel mai bine este ca un maestru de orgă să fie subțire și ușor. Este dificil pentru o persoană cu alte dimensiuni să lucreze aici fără a deteriora instrumentul. Recent, un electrician - un bărbat puternic - schimba un bec peste o orgă, s-a împiedicat și a rupt câteva scânduri de pe acoperișul din scânduri. Nu au fost victime sau răniți, dar scândurile căzute au deteriorat 30 de țevi de orgă.”

Estimând din punct de vedere mental că o pereche de maeștri de organe de proporții ideale s-ar potrivi cu ușurință în corpul meu, arunc cu atenție o privire spre scările cu aspect slab care duc la nivelurile superioare. „Nu-ți face griji”, mă liniștește Natalya Vladimirovna, „doar mergi înainte și repetă mișcările după mine. Structura este puternică, îți va rezista.

Fluier și stuf

Urcăm până la nivelul superior al orgii, de unde se deschide o vedere a Sălii Mari din punctul de sus, care este inaccesibilă unui simplu vizitator al conservatorului. Pe scena de dedesubt, unde tocmai s-a încheiat repetiția ansamblului de coarde, omuleții se plimbă cu viori și viole. Natalya Vladimirovna îmi arată registrele spaniole de lângă horn. Spre deosebire de alte conducte, acestea nu sunt verticale, ci orizontale. Formând un fel de vizor peste orgă, suflă direct în sală. Creatorul orgii Sălii Mari, Aristide Cavaillé-Coll, provenea dintr-o familie franco-spaniolă de maeștri de orgă. De aici tradițiile pirineene în instrumentul de pe strada Bolshaya Nikitskaya din Moscova.

Apropo, despre registrele spaniole și registrele în general. „Registrul” este unul dintre conceptele cheie în proiectarea orgii. Aceasta este o serie de țevi de orgă cu un anumit diametru, formând o scară cromatică în funcție de clapele tastaturii lor sau a unei părți a acesteia.

În funcție de scara țevilor incluse în ele (scala este raportul dintre parametrii țevii care sunt cei mai importanți pentru caracterul și calitatea sunetului), registrele dau un sunet cu o culoare de timbru diferită. Dus de comparații cu flautul Pan, aproape că mi-a scăpat o subtilitate: adevărul este că nu toate țevile de orgă (precum stufurile unui flaut vechi) sunt aerofoane. Un aerofon este un instrument de suflat în care sunetul se formează ca urmare a vibrațiilor unei coloane de aer. Acestea includ flaut, trompetă, tubă, corn. Dar saxofonul, oboiul, armonica se află în grupul idiofoanelor, adică „auto-sunete”. Nu aerul este cel care oscilează aici, ci limba fluidizată de fluxul de aer. Presiunea aerului și forța elastică, contracarând, provoacă tremurarea trestiei și răspândirea undelor sonore, care sunt amplificate de clopotul instrumentului ca rezonator.

Majoritatea țevilor din orgă sunt aerofoane. Ele sunt numite labiale, sau fluieratoare. Țevile idiofonelor constituie un grup special de registre și se numesc țevi de stuf.

Câte mâini are un organist?

Dar cum reușește un muzician să facă toate aceste mii de țevi - lemn și metal, fluier și stuf, deschise și închise - zeci sau sute de registre... să sune la momentul potrivit? Pentru a înțelege acest lucru, să coborâm un timp de la nivelul superior al orgii și să mergem la amvon, sau consola organistului. Neinițiații la vederea acestui dispozitiv tremură ca înainte tabloul de bord al unui avion modern. Mai multe tastaturi manuale - manuale (pot fi cinci sau chiar șapte!), Un picior plus câteva pedale misterioase. Există, de asemenea, multe pârghii de evacuare cu inscripții pe mânere. De ce toate astea?

Desigur, organistul are doar două mâini și nu va putea cânta toate manualele în același timp (sunt trei în orga Sălii Mari, ceea ce este și destul de mult). Sunt necesare mai multe tastaturi manuale pentru a separa mecanic și funcțional grupuri de registre, la fel cum într-un computer un hard disk fizic este împărțit în mai multe virtuale. Deci, de exemplu, primul manual al orgii Marii Săli controlează țevile unui grup (termenul german este Werk) de registre numită Grand Orgue. Include 14 registre. Al doilea manual (Positif Expressif) este, de asemenea, responsabil pentru 14 registre. A treia tastatură - Recit expressif - 12 registre. În cele din urmă, comutatorul de picior cu 32 de taste, sau „pedala”, funcționează cu zece registre de bas.

Argumentând din punctul de vedere al unui profan, chiar și 14 registre pentru o tastatură este cumva prea mult. La urma urmei, prin apăsarea unei taste, organistul este capabil să facă să sune 14 pipe simultan în registre diferite (de fapt, mai multe din cauza registrelor precum mixtura). Și dacă trebuie să cântați o notă într-un singur registru sau în câteva dintre cele selectate? În acest scop, se folosesc efectiv pârghiile de evacuare situate în dreapta și în stânga manualelor. Străgând pârghia cu numele registrului scris pe mâner, muzicianul deschide un fel de amortizor care deschide aerul către țevile unui anumit registru.

Deci, pentru a reda nota dorită în registrul dorit, trebuie să selectați tastatura manuală sau cu pedală care controlează acest registru, să trageți pârghia corespunzătoare acestui registru și să apăsați tasta dorită.

Respirație puternică

Partea finală a turului nostru este dedicată aerului. Însuși aerul care face să sune orga. Împreună cu Natalya Vladimirovna, coborâm la etajul de mai jos și ne găsim într-o încăpere tehnică spațioasă, unde nu este nimic din starea solemnă a Sălii Mari. Podele din beton, pereți văruiți în alb, structuri de susținere din lemn arcuite, canale de aer și un motor electric. În primul deceniu al existenței orgii, rockerii calcante au muncit din greu aici. Patru bărbați sănătoși stăteau la rând, apucau cu ambele mâini un băț trecut printr-un inel de oțel de pe blat și, alternativ, cu un picior sau cu altul, apăsau pârghiile care umflau blana. Schimbul era programat pentru două ore. Dacă concertul sau repetiția a durat mai mult, rockerii obosiți au fost înlocuiți cu întăriri proaspete.

Blănurile vechi, în număr de patru, au supraviețuit până în zilele noastre. Potrivit Natalya Vladimirovna, există o legendă în jurul serei că, odată, au încercat să înlocuiască munca rockerilor cu puterea cailor. Pentru aceasta, ar fi fost chiar creat un mecanism special. Cu toate acestea, odată cu aerul, mirosul de bălegar de cal s-a ridicat în Sala Mare, iar fondatorul școlii ruse de orgă A.F. Gedike, luând primul acord, și-a mișcat nasul nemulțumit și a spus: „Pute!”

Indiferent dacă această legendă este adevărată sau nu, în 1913 motorul electric a înlocuit în sfârșit forța musculară. Cu ajutorul unui scripete, a rotit arborele, care la rândul său a pus în mișcare burduful prin mecanismul manivelei. Ulterior, această schemă a fost și ea abandonată, iar astăzi un ventilator electric pompează aer în orgă.

În orgă, aerul forțat pătrunde în așa-numitul burduf al magaziei, fiecare dintre acestea fiind conectat la unul dintre cele 12 strângeri. Windlada este un rezervor de aer comprimat care arată ca o cutie de lemn, pe care, de fapt, sunt instalate șiruri de țevi. Pe o singură pistă sunt de obicei plasate mai multe registre. Țevile mari, care nu au suficient spațiu pe șantier, sunt instalate în lateral, iar o conductă de aer sub formă de tub metalic le conectează la șantier.

Grănițele orgii Sălii Mari (designul „buclă”) sunt împărțite în două părți principale. În partea inferioară, cu ajutorul blanii de reviste, se menține presiunea constantă. Partea superioară este împărțită de partiții etanșe în așa-numitele canale de ton. Toate conductele de registre diferite, controlate de o singură tastă a manualului sau a pedalei, au o ieșire către canalul de ton. Fiecare canal de ton este conectat la partea inferioară a trapanului printr-un orificiu închis de o supapă cu arc. Când o tastă este apăsată prin tracțiune, mișcarea este transmisă supapei, se deschide și aerul comprimat intră în sus în canalul de ton. Toate conductele care au acces la acest canal, în teorie, ar trebui să înceapă să sune, dar ... acest lucru, de regulă, nu se întâmplă. Faptul este că așa-numitele bucle trec prin toată partea superioară a vântului - amortizoare cu găuri situate perpendicular pe canalele de ton și având două poziții. Într-una dintre ele, buclele acoperă complet toate conductele unui registru dat în toate canalele de ton. În celălalt, registrul este deschis, iar conductele sale încep să sune de îndată ce, după apăsarea unei taste, aerul intră în canalul de ton corespunzător. Controlul buclelor, după cum ați putea ghici, este efectuat de pârghii de pe telecomandă prin calea registrului. Mai simplu spus, tastele permit tuturor țevilor să sune în canalele lor de ton, iar buclele determină favoritele.

Mulțumim conducerii Conservatorului de Stat din Moscova și Natalya Vladimirovna Malina pentru ajutorul acordat în pregătirea acestui articol.