Fizikalni procesi v organskih ceveh. Fizikalni procesi v organskih ceveh

vir: « V svetu znanosti » , št. 3, 1983. Avtorji: Neville H. Fletcher in Susanna Thwaites

Veličasten zvok orgel nastane zaradi interakcije strogo fazno sinhroniziranega zračnega curka, ki poteka skozi rez v cevi, in zračnega stolpca, ki resonira v njeni votlini.

Nobeno glasbilo se ne more primerjati z orglami po moči, tembru, obsegu, tonalnosti in veličastnosti zvoka. Kot številna glasbila se je tudi struktura orgel nenehno izboljševala s prizadevanji številnih generacij spretnih mojstrov, ki so počasi nabirali izkušnje in znanje. Do konca XVII stoletja. telo je v bistvu dobilo sodobno obliko. Dva najvidnejša fizika 19. stoletja. Hermann von Helmholtz in Lord Rayleigh sta postavila nasprotujoče si teorije, ki pojasnjujeta osnovni mehanizem za nastanek zvokov v orgelske cevi, a zaradi pomanjkanja potrebnih instrumentov in orodij njihov spor ni bil nikoli rešen. S prihodom osciloskopov in drugih sodobnih instrumentov je postalo mogoče podrobno preučiti mehanizem delovanja organa. Izkazalo se je, da tako Helmholtzova kot Rayleighova teorija veljata za določene pritiske, pod katerimi se zrak silijo v cev za orgle. V nadaljevanju članka bodo predstavljeni rezultati novejših študij, ki v marsičem ne sovpadajo z razlago mehanizma delovanja organa, podanim v učbenikih.

Cevi, izklesane iz trstike ali drugih rastlin z votlim steblom, so bile verjetno prva pihala. Oddajajo zvoke, če pihate čez odprt konec cevi ali pihnete v cev, pri čemer vibrirate z ustnicami, ali, če stisnete konec cevi, pihnete v zrak, zaradi česar njene stene zavibrirajo. Razvoj teh treh vrst preprostih pihal je pripeljal do nastanka sodobne flavte, trobente in klarineta, iz katerih lahko glasbenik proizvaja zvoke v dokaj velikem frekvenčnem območju.

Vzporedno so bili ustvarjeni takšni inštrumenti, v katerih naj bi vsaka cev zvenela na eno določeno noto. Najpreprostejši od teh inštrumentov je flavta (ali "Pan's flute"), ki ima običajno okoli 20 cevi različnih dolžin, zaprtih na enem koncu in oddajajo zvoke, ko pihajo na drugem, odprtem koncu. Največji in najkompleksnejši instrument te vrste so orgle, ki vsebujejo do 10.000 cevi, ki jih organist upravlja s kompleksnim sistemom mehanskih zobnikov. Orgle segajo v antične čase. Glinene figurice, ki prikazujejo glasbenike, ki igrajo na inštrument iz številnih mehov, so izdelovali v Aleksandriji že v 2. stoletju pr. pr. Do X stoletja. orgle se začnejo uporabljati v krščanskih cerkvah, v Evropi pa se pojavijo razprave, ki so jih napisali menihi o zgradbi orgel. Po legendi, velik organ, zgrajena v X stoletju. za Winchester Cathedral v Angliji, je imel 400 kovinskih cevi, 26 mehov in dve tipkovnici s 40 tipkami, kjer je vsaka tipka upravljala deset cevi. V naslednjih stoletjih se je naprava orgel mehansko in glasbeno izboljšala in že leta 1429 so bile v katedrali v Amiensu zgrajene orgle z 2500 cevmi. Nemčija proti koncu 17. stoletja. organi so že dobili sodobno obliko.

Orgle, nameščene leta 1979 v koncertni dvorani Sydneyske operne hiše v Avstraliji, so največje in tehnično najbolj napredne orgle na svetu. Zasnoval in izdelal R. Sharp. Ima približno 10.500 cevi, ki jih upravlja mehanski menjalnik s petimi blazinicami za roke in eno stopalo. Orgle je mogoče avtomatsko upravljati z magnetnim trakom, na katerega je bil predhodno digitalno posnet glasbenikov nastop.

Izrazi, ki se uporabljajo za opis organske naprave, odražajo njihov izvor iz cevastih pihal, v katere je bil zrak vpihnjen z usti. Cevi orgel so odprte od zgoraj, od spodaj pa imajo zoženo stožčasto obliko. Čez sploščeni del, nad stožcem, poteka "usta" cevi (rez). V notranjost cevi je nameščen »jezik« (vodoravno rebro), tako da se med njim in spodnjo »ustnico« oblikuje »labialna odprtina« (ozka reža). Zrak potisne v cev z velikim mehom in vstopi v njeno stožčasto podlago pri tlaku od 500 do 1000 paskalov (5 do 10 cm vodnega stolpca). Ko, ko pritisnete ustrezen pedal in tipko, zrak vstopi v cev, hiti navzgor in nastane ob izstopu labialna razpokaširok ravni potok. Zračni curek prehaja čez režo "ust" in, udari v zgornjo ustnico, sodeluje z zračnim stolpcem v sami cevi; posledično nastanejo stabilne vibracije, zaradi katerih cev "govori". Samo po sebi je vprašanje, kako pride do tega nenadnega prehoda iz tišine v zvok v trobenti, zelo zapleteno in zanimivo, vendar ga v tem članku ne obravnavamo. Pogovor bo tekel predvsem o procesih, ki zagotavljajo neprekinjen zvok orgelskih cevi in ustvarjajo njihovo značilno tonalnost.

Cev organov se vzbudi tako, da zrak vstopi v njen spodnji konec in tvori curek, ko prehaja skozi režo med spodnjo ustnico in jezikom. V odseku curek medsebojno deluje z zračnim stolpcem v cevi blizu zgornje ustnice in prehaja bodisi znotraj cevi bodisi izven nje. V zračnem stolpcu nastajajo enakomerna nihanja, zaradi česar trobenta zazveni. Zračni tlak, ki se spreminja glede na zakon stoječih valov, je prikazan z barvnim senčenjem. Na zgornjem koncu cevi je nameščen odstranljiv tulec ali čep, ki omogoča rahlo spreminjanje dolžine zračnega stolpca med nastavitvijo.

Morda se zdi, da naloga opisovanja zračnega curka, ki ustvarja in ohranja zvok organa, v celoti spada v teorijo tokov tekočin in plinov. Izkazalo pa se je, da je zelo težko teoretično upoštevati gibanje celo stalnega, gladkega, laminarnega toka, saj je za popolnoma turbulenten curek zraka, ki se giblje v cevi za organe, njegova analiza neverjetno zapletena. Na srečo turbulenca, ki je zapletena oblika gibanja zraka, dejansko poenostavi naravo zračnega toka. Če bi bil ta tok laminaren, bi bila interakcija zračnega curka z okoljem odvisna od njihove viskoznosti. V našem primeru turbulenca nadomesti viskoznost kot odločilni faktor interakcije v premo sorazmerju s širino zračnega toka. Pri izdelavi orgel je posebna pozornost namenjena temu, da so zračni tokovi v ceveh popolnoma turbulentni, kar dosežemo s pomočjo majhnih rezov ob robu jezika. Presenetljivo je, da je za razliko od laminarnega toka turbulentni tok stabilen in ga je mogoče reproducirati.

Popolnoma turbulenten tok se postopoma meša z okoliškim zrakom. Postopek širjenja in upočasnjevanja je razmeroma preprost. Krivulja, ki prikazuje spremembo hitrosti toka glede na oddaljenost od osrednje ravnine njenega odseka, ima obliko obrnjene parabole, katere vrh ustreza največji vrednosti hitrosti. Širina toka se povečuje sorazmerno z oddaljenostjo od labialne razpoke. Kinetična energija toka ostane nespremenjena, zato je zmanjšanje njegove hitrosti sorazmerno s kvadratnim korenom razdalje od reže. To odvisnost potrjujejo tako izračuni kot eksperimentalni rezultati (ob upoštevanju majhnega prehodnega območja blizu labialne vrzeli).

V že vznemirjeni in zveneči orgelski cevi vstopa zračni tok iz labialne reže v intenzivno zvočno polje v reži cevi. Gibanje zraka, povezano z ustvarjanjem zvokov, je usmerjeno skozi režo in zato pravokotno na ravnino toka. Pred petdesetimi leti je B. Brownu s College of the University of London uspelo fotografirati laminarni tok zadimljenega zraka v zvočnem polju. Slike so pokazale nastanek vijugastih valov, ki se med premikanjem vzdolž toka povečujejo, dokler se ta ne razbije v dve vrsti vrtinčnih obročev, ki se vrtita v nasprotnih smereh. Poenostavljena interpretacija teh in podobnih opažanj je privedla do napačnega opisa fizikalnih procesov v organskih ceveh, ki jih najdemo v številnih učbenikih.

Bolj plodovita metoda preučevanja dejanskega obnašanja zračnega curka v zvočnem polju je eksperimentiranje z eno samo cevjo, v kateri se zvočno polje ustvari z zvočnikom. Kot rezultat takšnih raziskav, ki so jih izvedli J. Coltman v laboratoriju Westinghouse Electric Corporation in skupina z mojo udeležbo na Univerzi v Novi Angliji v Avstraliji, so temelji sodobne teorije fizikalnih procesov, ki se pojavljajo v organskih ceveh. so bili razviti. Pravzaprav je celo Rayleigh podal temeljit in skoraj popoln matematični opis laminarnih tokov neviscidnih medijev. Ker je bilo ugotovljeno, da turbulenca ne otežuje, ampak poenostavlja fizično sliko zračnih strun, je bilo mogoče uporabiti Rayleighovo metodo z rahlimi modifikacijami za opis zračnih tokov, ki sta jih eksperimentalno pridobila in raziskala Koltman in naša skupina.

Če v cevi ne bi bilo labialne reže, bi lahko pričakovali, da bi se zračni curek v obliki traku gibljivega zraka preprosto premikal naprej in nazaj skupaj z vsem preostalim zrakom v reži cevi pod vplivom akustičnih vibracij. V resnici, ko curek zapusti režo, ga učinkovito stabilizira sama reža. Ta učinek lahko primerjamo z rezultatom vsiljevanja splošnega nihajnega gibanja zraka v zvočnem polju strogo uravnoteženega mešanja, lokaliziranega v ravnini vodoravnega roba. To lokalizirano mešanje, ki ima enako frekvenco in amplitudo kot zvočno polje in posledično ustvari ničelno mešanje curka na vodoravnem plavutu, je shranjeno v gibljivem zračnem toku in ustvarja vijugasti val.

Pet cevi različnih dizajnov oddaja zvoke enake višine, vendar različnega tembra. Druga trobenta z leve je dulciana, ki ima nežen, subtilen zvok, ki spominja na zvok godal. Tretja trobenta je odprtega razpona, ki daje lahkoten, zvočen zvok, ki je najbolj značilen za orgle. Četrta trobenta ima zvok močno pridušene flavte. Peta trobenta - Waldflote ( « gozdna piščal") z mehkim zvokom. Lesena cev na levi je zaprta s čepom. Ima enako osnovno frekvenco kot druge cevi, vendar odmeva z neparnimi toni, katerih frekvence so liho število krat večje od osnovne frekvence. Dolžina preostalih cevi ni povsem enaka, saj se naredi "popravek konca", da se doseže enak naklon.

Kot je Rayleigh pokazal za vrsto curka, ki ga je preučeval, in kot smo izčrpno potrdili za primer z divergentnim turbulentnim curkom, se val širi vzdolž toka s hitrostjo, ki je nekoliko manjša od polovice hitrosti zraka v osrednji ravnini curka. . V tem primeru, ko se premika vzdolž toka, se amplituda valovanja poveča skoraj eksponentno. Običajno se podvoji, ko val potuje en milimeter, njegov učinek pa hitro postane prevladujoč nad preprostim povratnim bočnim gibanjem, ki ga povzročajo zvočne vibracije.

Ugotovljeno je bilo, da je največja stopnja rasti valov dosežena, ko je njegova dolžina vzdolž toka šestkrat večja od širine toka na dani točki. Po drugi strani pa, če je valovna dolžina manjša od širine toka, se amplituda ne poveča in val lahko popolnoma izgine. Ker se zračni curek širi in upočasnjuje, ko se odmika od reže, se lahko vzdolž dolgih tokov z veliko amplitudo širijo le dolgi valovi, torej nizkofrekvenčna nihanja. Ta okoliščina se bo izkazala za pomembno pri poznejšem premisleku o ustvarjanju harmonskega sondiranja orgelskih cevi.

Poglejmo si zdaj učinek zvočnega polja orgelske cevi na zračni curek. Preprosto si je predstavljati, da akustični valovi zvočnega polja v reži cevi povzročijo, da se konica zračnega curka premakne čez zgornjo ustnico reže, tako da je curek bodisi znotraj cevi bodisi zunaj nje. Podobno je sliki, ko se gugalnica že potiska. Zračni stolpec v cevi že niha in ko sunki zraka vstopijo v cev v sinhronizaciji z tresljaji, ohranijo silo tresljajev kljub različnim energijskim izgubam, povezanim s širjenjem zvoka in trenjem zraka ob stene cevi. . Če sunki zraka ne sovpadajo z nihanji zračnega stolpca v cevi, bodo ta nihanja potlačili in zvok bo zbledel.

Oblika zračnega curka je na sliki prikazana kot niz zaporednih okvirjev, ko izstopa iz labialne reže v gibljivo akustično polje, ki ga v "ustju" cevi ustvari zračni stolpec, ki resonira znotraj cevi. Periodični premik zraka v delu ustja ustvari vijugast val, ki se premika s hitrostjo, ki je polovica hitrosti zraka v osrednji ravnini curka in se eksponentno povečuje, dokler njegova amplituda ne preseže širine samega curka. Horizontalni odseki prikazujejo odseke poti, ki jih val potuje v curku v zaporednih četrtinah obdobja nihanja. T. Sekantne črte se približujejo druga drugi, ko se hitrost curka zmanjšuje. V cevi za orgle se zgornja ustnica nahaja na mestu, ki ga označuje puščica. Zračni curek izmenično izstopa in vstopa v cev.

Zvočne lastnosti zračnega curka merimo tako, da na odprt konec cevi postavimo zagozde iz klobučevine ali pene, da preprečimo zvok, in ustvarimo zvočni val majhne amplitude z uporabo zvočnika. Zvočni val, ki se odbije od nasprotnega konca cevi, sodeluje z zračnim curkom na delu "ust". Interakcija curka s stoječim valom v cevi se meri z uporabo prenosnega testerskega mikrofona. Na ta način je mogoče zaznati, ali zračni curek poveča ali zmanjša energijo odbitega vala v spodnjem delu cevi. Da bi trobenta zazvenela, mora curek povečati energijo. Rezultati meritev so izraženi z akustično "prevodnostjo", opredeljeno kot razmerje akustičnega toka na izstopu iz odseka. « usta" na zvočni tlak neposredno za rezom. Krivulja vrednosti prevodnosti za različne kombinacije tlaka izpusta zraka in frekvence nihanja ima spiralno obliko, kot je prikazano na naslednji sliki.

Razmerje med pojavom akustičnih nihanj v cevni reži in trenutkom, ko naslednji del zračnega curka prispe na zgornji rob reže, je določeno s časovnim intervalom, v katerem val v zračnem toku prepotuje razdaljo od labialna reža do zgornje ustnice. Graditelji orgel to razdaljo imenujejo "spodrezati". Če je "podrez" velik ali je pritisk (in s tem tudi hitrost gibanja) zraka nizek, bo čas gibanja velik. Nasprotno, če je "podrez" majhen ali je zračni tlak visok, bo čas potovanja kratek.

Da bi natančno določili fazno razmerje med nihanji zračnega stolpca v cevi in prihodom delov zračnega toka na notranji rob zgornje ustnice, je treba podrobneje preučiti naravo učinka ta razmerja na zračnem stolpcu. Helmholtz je verjel, da je glavni dejavnik pri tem količina zračnega toka, ki ga dovaja curek. Zato, da deli curka posredujejo čim več energije nihajnemu zračnemu stolpcu, morajo prispeti v trenutku, ko tlak v bližini notranjega dela zgornje ustnice doseže maksimum.

Rayleigh je predstavil drugačno stališče. Trdil je, da ker se reža nahaja relativno blizu odprtega konca cevi, akustični valovi v reži, na katere vpliva zračni curek, ne morejo ustvariti velikega pritiska. Rayleigh je verjel, da zračni tok, ki vstopa v cev, dejansko naleti na oviro in se skoraj ustavi, kar v njej hitro ustvari visok tlak, ki vpliva na njegovo gibanje v cevi. Zato bo po Rayleighu zračni curek prenesel največjo količino energije, če vstopi v cev v trenutku, ko je ne tlak, ampak sam tok akustičnih valov največji. Premik med tema dvema maksimumoma je ena četrtina obdobja nihanja zračnega stolpca v cevi. Če potegnemo analogijo z gugalnico, se ta razlika izraža v potiskanju gugalnice, ko je na najvišji točki in ima največjo potencialno energijo (po Helmholtzu), in ko je na najnižji točki in ima največjo hitrost (po do Rayleigha).

Krivulja akustične prevodnosti curka ima obliko spirale. Razdalja od začetne točke označuje velikost prevodnosti, kotni položaj pa fazni premik med akustičnim tokom na izstopu iz reže in zvočnim tlakom za režo. Ko je tok v fazi s tlakom, so vrednosti prevodnosti v desni polovici vijačnice in energija curka se razprši. Da bi curek ustvaril zvok, morajo biti prevodnosti v levi polovici vijačnice, kar nastane, ko se curek kompenzira ali postopno ugasne glede na tlak za rezom cevi. V tem primeru je dolžina odbitega vala večja od dolžine vpadnega vala. Vrednost referenčnega kota je odvisna od tega, kateri od dveh mehanizmov prevladuje pri vzbujanju cevi: mehanizem Helmholtz ali mehanizem Rayleigh. Ko je prevodnost v zgornji polovici vijačnice, curek zniža naravno resonančno frekvenco cevi, ko pa je vrednost prevodnosti v spodnjem delu vijačnice, zviša naravno resonančno frekvenco cevi.

Graf gibanja zračnega toka v cevi (črtkana krivulja) pri danem upogibu curka je asimetričen glede na ničelno vrednost upogiba, saj je rob cevi zasnovan tako, da curek seka ne vzdolž njegove osrednje ravnine. Ko je curek odklon vzdolž preproste sinusoide z veliko amplitudo (polna črna krivulja), se zračni tok, ki vstopa v cev (barvna krivulja), »nasiči« najprej na eni skrajni točki upogiba curka, ko popolnoma zapusti cev. S še večjo amplitudo je zračni tok nasičen tudi na drugi skrajni točki odstopanja, ko curek popolnoma vstopi v cev. Premik ustnice daje toku asimetrično valovno obliko, katere prizvoki imajo frekvence, ki so večkratniki frekvence odklonskega vala.

80 let je problem ostal nerešen. Poleg tega nove študije dejansko niso bile izvedene. In šele zdaj je našla zadovoljivo rešitev po zaslugi L. Kremerja in H. Leasinga iz Zavoda. Heinrich Hertz na Zahodu. Berlin, S. Eller iz ameriške pomorske akademije, Coltman in naša skupina. Skratka, tako Helmholtz kot Rayleigh sta imela delno prav. Razmerje med obema mehanizmoma delovanja določata tlak vbrizganega zraka in frekvenca zvoka, pri čemer je pri nizkih tlakih in visokih frekvencah glavni mehanizem Helmholtz, pri visokih tlakih in nizkih frekvencah pa Rayleighov mehanizem. Za orgelske cevi standardne zasnove ima mehanizem Helmholtz običajno pomembnejšo vlogo.

Koltman je razvil preprost in učinkovit način za preučevanje lastnosti zračnega curka, ki smo ga v našem laboratoriju spremenili in izboljšali. Ta metoda temelji na preučevanju zračnega toka v reži orgelske cevi, ko je njen skrajni konec zaprt s klobučevinami ali penastimi zagozdi, ki absorbirajo zvok, ki preprečujejo zvok cevi. Nato se iz zvočnika, nameščenega na skrajnem koncu, po cevi dovaja zvočni val, ki se odbije od roba reže, najprej z vbrizganim curkom, nato pa brez njega. V obeh primerih vpadni in odbiti valovi medsebojno delujejo znotraj cevi, kar ustvarja stoječi val. Z merjenjem z majhnim sondalnim mikrofonom sprememb v konfiguraciji valov med uporabo zračnega curka je mogoče ugotoviti, ali curek poveča ali zmanjša energijo odbitega vala.

V naših poskusih smo dejansko izmerili "akustično prevodnost" zračnega curka, ki je določena z razmerjem akustičnega toka na izstopu iz reže, ki nastane zaradi prisotnosti curka, in akustičnega tlaka neposredno znotraj reže. . Za akustično prevodnost sta značilna velikost in fazni kot, ki ju lahko grafično predstavimo kot funkcijo frekvence ali izpustnega tlaka. Če predstavimo graf prevodnosti z neodvisno spremembo frekvence in tlaka, bo imela krivulja obliko spirale (glej sliko). Razdalja od začetne točke spirale označuje vrednost prevodnosti, kotni položaj točke na spirali pa ustreza fazni zamudi vijugastega vala, ki nastane v curku pod vplivom akustičnih vibracij v cevi. Zamik ene valovne dolžine ustreza 360° okoli oboda vijačnice. Zaradi posebnih lastnosti turbulentnega curka se je izkazalo, da ko se vrednost prevodnosti pomnoži s kvadratnim korenom vrednosti tlaka, se vse vrednosti, izmerjene za dano organsko cev, prilegajo isti spirali.

Če tlak ostane konstanten in se frekvenca dohodnih zvočnih valov poveča, se točke, ki označujejo velikost prevodnosti, približujejo spiralno proti njeni sredini v smeri urinega kazalca. Pri konstantni frekvenci in naraščajočem pritisku se te točke odmikajo od sredine v nasprotni smeri.

Notranji pogled na orgle Sydneyske operne hiše. Vidne so nekatere cevi njegovih 26 registrov. Večina cevi je kovinskih, nekaj lesenih. Dolžina zvočnega dela cevi se podvoji na vsakih 12 cevi, premer cevi pa se podvoji približno na vsakih 16 cevi. Dolgoletne izkušnje mojstrov - ustvarjalcev orgel so jim omogočile, da so našli najboljše razmerje, ki zagotavljajo stabilen zvočni tember.

Ko je točka prevodnosti v desni polovici vijačnice, curek jemlje energijo iz toka v cevi, zato pride do izgube energije. S položajem točke v levi polovici bo curek prenašal energijo na tok in s tem deloval kot generator zvočnih vibracij. Ko je vrednost prevodnosti v zgornji polovici vijačnice, curek zniža naravno resonančno frekvenco cevi, ko pa je ta točka v spodnji polovici, curek dvigne naravno resonančno frekvenco cevi. Vrednost kota, ki označuje fazni zamik, je odvisna od tega, katera shema - Helmholtz ali Rayleigh - se izvede glavno vzbujanje cevi, in to, kot je prikazano, določajo vrednosti tlaka in frekvence. Vendar ta kot, merjen od desne strani vodoravne osi (desni kvadrant), ni nikoli bistveno večji od nič.

Ker 360° okoli oboda vijačnice ustreza faznemu zamiku, ki je enak dolžini valovitega vala, ki se širi vzdolž zračnega curka, je velikost takšnega zamika od veliko manj kot četrtine valovne dolžine do skoraj treh četrtin njene dolžina bo ležala na spirali od središčne črte, torej v tistem delu, kjer curek deluje kot generator zvočnih vibracij. Videli smo tudi, da je pri konstantni frekvenci fazni zamik funkcija vbrizganega zračnega tlaka, ki vpliva tako na hitrost samega curka kot na hitrost širjenja vijugastega vala vzdolž curka. Ker je hitrost takšnega valovanja polovica hitrosti curka, ki je neposredno sorazmerna s kvadratnim korenom tlaka, je sprememba faze curka za polovico valovne dolžine možna le ob občutni spremembi tlaka. . Teoretično se lahko tlak spremeni za faktor devet, preden trobenta preneha proizvajati zvok na svoji osnovni frekvenci, če niso kršeni drugi pogoji. V praksi pa začne trobenta zveneti z višjo frekvenco, dokler ni dosežena določena zgornja meja spremembe tlaka.

Treba je opozoriti, da lahko za nadomestitev izgub energije v cevi in zagotovitev zvočne stabilnosti več zavojev vijačnice gre daleč v levo. Samo še ena taka zanka, katere lokacija ustreza približno trem polovičnim valovom v curku, lahko povzroči zvok cevi. Ker je prevodnost strun na tej točki nizka, je proizveden zvok šibkejši od katerega koli zvoka, ki ustreza točki na zunanjem zavoju vijačnice.

Oblika prevodne vijačnice se lahko še bolj zaplete, če odstopanje na zgornji ustnici presega širino samega curka. V tem primeru se curek pri vsakem ciklu premika skoraj v celoti izpihne iz cevi in se vrne vanjo, količina energije, ki jo daje odbitemu valu v cevi, pa preneha biti odvisna od nadaljnjega povečanja amplitude. Skladno s tem se zmanjša tudi učinkovitost zračnih strun v načinu ustvarjanja akustičnih tresljajev. V tem primeru povečanje amplitude odklona curka vodi le do zmanjšanja prevodne vijačnice.

Zmanjšanje učinkovitosti curka s povečanjem amplitude odklona spremlja povečanje izgub energije v cevi organa. Nihanja v cevi se hitro nastavijo na nižjo raven, pri kateri energija curka natančno kompenzira izgube energije v cevi. Zanimivo je, da so v večini primerov izgube energije zaradi turbulence in viskoznosti veliko večje od izgub, povezanih z razpršitvijo zvočnih valov skozi režo in odprte konce cevi.

Odsek cevi za orgle vrste razpona, ki kaže, da ima jezik zarezo za ustvarjanje enakomernega turbulentnega gibanja zračnega toka. Cev je izdelana iz "označene kovine" - zlitine z visoko vsebnostjo kositra in dodatkom svinca. Pri izdelavi pločevine iz te zlitine je na njej pritrjen značilen vzorec, ki je jasno viden na fotografiji.

Seveda dejanski zvok cevi v orglah ni omejen na eno določeno frekvenco, temveč vsebuje zvoke višje frekvence. Lahko se dokaže, da so ti prizvoki natančni harmoniki osnovne frekvence in se od nje razlikujejo za celo število krat. Pri stalnih pogojih vbrizgavanja zraka ostane oblika zvočnega vala na osciloskopu popolnoma enaka. Najmanjše odstopanje harmonične frekvence od vrednosti, ki je strogo večkratnik osnovne frekvence, vodi do postopne, vendar jasno vidne spremembe valovne oblike.

Ta pojav je zanimiv, ker so resonančne vibracije zračnega stolpca v cevi za orgle, kot v vsaki odprti cevi, nastavljene na frekvencah, ki so nekoliko drugačne od frekvenc harmonikov. Dejstvo je, da se s povečanjem frekvence delovna dolžina cevi nekoliko zmanjša zaradi spremembe akustičnega toka na odprtih koncih cevi. Kot bo prikazano, prizvoni v orgelski cevi nastanejo z interakcijo zračnega curka in roba reže, sama cev pa služi za višje frekvenčne prizvoke predvsem kot pasivni resonator.

Resonančne vibracije v cevi nastanejo z največjim gibanjem zraka v njenih luknjah. Z drugimi besedami, prevodnost v cevi organov bi morala doseči svoj maksimum v reži. Iz tega sledi, da se v cevi z odprtim dolgim koncem pojavljajo tudi resonančne vibracije pri frekvencah, pri katerih se v dolžino cevi prilega celo število polvalov zvočnih vibracij. Če osnovno frekvenco označimo kot f 1, potem bodo višje resonančne frekvence 2 f 1 , 3f 1 itd. (Dejansko, kot je bilo že poudarjeno, so najvišje resonančne frekvence vedno nekoliko višje od teh vrednosti.)

V cevi z zaprtim ali pridušenim konjem dolgega dosega se pojavljajo resonančna nihanja pri frekvencah, pri katerih se v dolžino cevi prilega liho število četrtin valovne dolžine. Če torej zvenimo na isti toni, je lahko zaprta cev pol daljša od odprte, njene resonančne frekvence pa bodo f 1 , 3f 1 , 5f 1 itd.

Rezultati učinka spreminjanja tlaka prisilnega zraka na zvok v običajni orgelski cevi. Rimske številke označujejo prvih nekaj prizvokov. Glavni način trobente (v barvi) pokriva vrsto dobro uravnoteženih normalnih zvokov pri normalnem tlaku. Ko se pritisk poveča, preide zvok trobente v drugi ton; ko se pritisk zmanjša, se ustvari oslabljen drugi prizvok.

Zdaj pa se vrnimo k zračnemu toku v orgelski cevi. Vidimo, da visokofrekvenčne valovne motnje postopoma upadajo, ko se širina curka povečuje. Posledica tega je, da konec curka v bližini zgornje ustnice niha skoraj sinusno pri osnovni frekvenci sondiranja cevi in skoraj neodvisno od višjih harmonik nihanja akustičnega polja v bližini reže cevi. Vendar sinusoidno gibanje curka ne bo ustvarilo enakega gibanja zračnega toka v cevi, saj je tok "nasičen" zaradi dejstva, da z izjemnim odstopanjem v katero koli smer popolnoma teče bodisi od znotraj ali z zunanje strani zgornje ustnice. Poleg tega je ustnica običajno nekoliko zamaknjena in tok preseka ne ravno vzdolž osrednje ravnine, tako da nasičenost ni simetrična. Zato ima nihanje pretoka v cevi celoten niz harmonik osnovne frekvence s strogo določenim razmerjem frekvenc in faz, relativne amplitude teh visokofrekvenčnih harmonikov pa hitro naraščajo z naraščajočo amplitudo upogiba zračnega curka. .

Pri običajni cevi za organe je količina odklona curka v reži sorazmerna s širino curka na zgornji ustnici. Posledično se v zračnem toku ustvari veliko število prizvokov. Če bi ustnica curek razdelila strogo simetrično, v zvoku ne bi bilo celo prizvokov. Običajno se ustnice nekoliko premešajo, da ohranijo vse prizvoke.

Kot bi lahko pričakovali, odprte in zaprte cevi proizvajajo različne kakovosti zvoka. Frekvence prizvokov, ki jih ustvari curek, so večkratnik glavne frekvence nihanja curka. Zračni stolpec v cevi bo močno odmeval na določen ton le, če je zvočna prevodnost cevi visoka. V tem primeru bo prišlo do močnega povečanja amplitude pri frekvenci, ki je blizu frekvenci prizvoka. Zato se v zaprti cevi, kjer nastajajo samo prizvoki z neparnim številom resonančne frekvence, vsi ostali prizvoki potlačijo. Rezultat je značilen "pridušen" zvok, pri katerem so celo prizvoki šibki, čeprav ne popolnoma odsotni. Nasprotno, odprta cev proizvaja "lažji" zvok, saj ohranja vse prizvoke, ki izhajajo iz osnovne frekvence.

Resonančne lastnosti cevi so v veliki meri odvisne od izgub energije. Te izgube so dve vrsti: izgube zaradi notranjega trenja in prenosa toplote ter izgube zaradi sevanja skozi režo in odprt konec cevi. Izgube prve vrste so pomembnejše v ozkih ceveh in pri nizkih frekvencah nihanja. Za široke cevi in pri visoki frekvenci nihanja so izgube druge vrste pomembne.

Vpliv lokacije ustnice na ustvarjanje prizvokov kaže na smotrnost premikanja ustnice. Če bi ustnica razdelila curek strogo vzdolž osrednje ravnine, bi se v cevi ustvaril samo zvok osnovne frekvence (I) in tretjega prizvoka (III). S premikanjem ustnice, kot je prikazano s pikčasto črto, se pojavita drugi in četrti prizvok, ki močno obogatita kakovost zvoka.

Iz tega sledi, da lahko široke cevi za dano dolžino cevi in s tem določeno osnovno frekvenco služijo kot dobri resonatorji le za osnovni ton in naslednjih nekaj prizvokov, ki tvorijo pridušen zvok, podoben flavti. Ozke cevi služijo kot dobri resonatorji za širok razpon prizvokov, in ker je sevanje pri visokih frekvencah intenzivnejše kot pri nizkih, nastane visok "strunski" zvok. Med tema dvema zvokoma je zvočen sočen zvok, ki postane značilen za dobre orgle, ki jih ustvarjajo tako imenovani principali ali razponi.

Poleg tega ima lahko velik organ vrsto cevi s stožčastim telesom, perforiranim čepom ali drugimi geometrijskimi različicami. Takšne zasnove so namenjene spreminjanju resonančnih frekvenc trobente in včasih povečanju razpona visokofrekvenčnih prizvokov, da se pridobi tember posebne zvočne barve. Izbira materiala, iz katerega je izdelana cev, ni pomembna.

V cevi je veliko možnih vrst zračnih vibracij, kar dodatno oteži akustične lastnosti cevi. Na primer, ko se zračni tlak v odprti cevi poveča do te mere, da se v curku ustvari prvi prizvok f 1 ene četrtine dolžine glavnega vala se bo točka na prevodni spirali, ki ustreza temu prizvoku, premaknila na svojo desno polovico in curek bo prenehal ustvarjati prizvok te frekvence. Hkrati je frekvenca drugega prizvoka 2 f 1 ustreza polovičnemu valu v curku in je lahko stabilen. Zato bo zvok trobente šel v ta drugi prizvok, skoraj za celo oktavo nad prvim, natančna frekvenca nihanja pa bo odvisna od resonančne frekvence trobente in dovodnega tlaka zraka.

Nadaljnje povečanje izpustnega tlaka lahko povzroči nastanek naslednjega prizvoka 3 f 1 pod pogojem, da "podrez" ustnice ni prevelik. Po drugi strani pa se pogosto zgodi, da nizek tlak, ki ne zadostuje za tvorbo osnovnega tona, postopoma ustvari enega od prizvokov na drugem zavoju prevodne vijačnice. Takšni zvoki, ki nastanejo s presežkom ali pomanjkanjem pritiska, so zanimivi za laboratorijske raziskave, vendar se v samih organih uporabljajo izjemno redko, le za dosego kakšnega posebnega učinka.

Pogled na stoječi val pri resonanci v ceveh z odprtim in zaprtim zgornjim koncem. Širina vsake barvne črte ustreza amplitudi tresljajev v različnih delih cevi. Puščice označujejo smer gibanja zraka med polovico nihajnega cikla; v drugi polovici cikla se smer gibanja obrne. Rimske številke označujejo harmonična števila. Za odprto cev so vsi harmoniki osnovne frekvence resonančni. Zaprta cev mora biti pol daljša, da proizvede isto noto, vendar so zanjo resonančne le čudne harmonike. Kompleksna geometrija "ustja" cevi nekoliko izkrivlja konfiguracijo valov bližje spodnjemu koncu cevi, ne da bi jih spremenila « glavni » značaj.

Potem ko je mojster izdelave orgel izdelal eno cev s potrebnim zvokom, je njegova glavna in najtežja naloga ustvariti celotno serijo cevi ustrezne glasnosti in harmonije zvoka v celotnem glasbenem območju klaviature. Tega ni mogoče doseči s preprostim naborom cevi enake geometrije, ki se razlikujejo le po svojih dimenzijah, saj bodo v takih ceveh izgube energije zaradi trenja in sevanja različno vplivale na nihanja različnih frekvenc. Da bi zagotovili konstantnost akustičnih lastnosti v celotnem območju, je treba spreminjati številne parametre. Premer cevi se spreminja z njeno dolžino in je odvisen od nje kot potenca z eksponentom k, kjer je k manjši od 1. Zato so dolge bas cevi ožje. Izračunana vrednost k je 5/6 ali 0,83, vendar jo je treba ob upoštevanju psihofizičnih značilnosti človeškega sluha zmanjšati na 0,75. Ta vrednost k je zelo blizu tisti, ki so jo empirično določili veliki izdelovalci orgel iz 17. in 18. stoletja.

Na koncu razmislimo o vprašanju, ki je pomembno z vidika igranja na orgle: kako se nadzoruje zvok številnih cevi v velikih orglah. Osnovni mehanizem tega nadzora je preprost in je podoben vrsticam in stolpcem matrike. Cevi, razporejene po registrih, ustrezajo vrsticam matrike. Vse cevi istega registra imajo enak ton, vsaka pipa pa ustreza eni noti na ročni ali nožni tipkovnici. Dovod zraka v cevi vsakega registra se nadzoruje s posebnim vzvodom, na katerem je navedeno ime registra, dovod zraka neposredno v cevi, ki so povezane z dano noto in tvorijo stolpec matrike, pa se regulira z ustrezno tipko na tipkovnici. Trobenta bo zazvonila le, če premaknete vzvod registra, v katerem se nahaja, in pritisnete želeno tipko.

Postavitev orgelskih cevi je podobna vrsticam in stolpcem matrice. V tem poenostavljenem diagramu je vsaka vrstica, imenovana register, sestavljena iz cevi istega tipa, od katerih vsaka ustvari eno noto (zgornji del diagrama). Vsak stolpec, povezan z eno noto na tipkovnici (spodnji del diagrama), vključuje cevi različnih vrst (levi del diagrama). Vzvod na konzoli (desna stran diagrama) omogoča dostop zraka do vseh cevi registra, s pritiskom na tipko na tipkovnici pa zrak vpihne v vse cevi določene note. Dostop zraka do cevi je možen le, če sta vrstica in stolpec hkrati vklopljena.

Dandanes je mogoče uporabiti različne načine za izvedbo takšnega vezja z uporabo digitalnih logičnih naprav in električno krmiljenih ventilov na vsaki cevi. Starejše orgle so uporabljale preproste mehanske vzvode in trstične ventile za dovajanje zraka v kanale tipkovnice ter mehanske drsnike z luknjami za nadzor pretoka zraka do celotnega registra. Ta preprost in zanesljiv mehanski sistem je poleg svojih oblikovnih prednosti omogočil organistu, da sam regulira hitrost odpiranja vseh ventilov in mu tako rekoč približal to preveč mehansko glasbilo.

V XIX na začetku XX stoletja. velike orgle so bile zgrajene z vsemi vrstami elektromehanskih in elektropnevmatskih naprav, v zadnjem času pa se spet daje prednost mehanskim prenosom s tipk in pedal, za sočasno vklapljanje kombinacij registrov med igranjem na orgle pa se uporabljajo kompleksne elektronske naprave. Na primer, največje orgle na svetu so bile nameščene v koncertni dvorani operne hiše v Sydneyju leta 1979. Ima 10.500 cevi v 205 registrih, razporejenih na pet ročnih in eno nožnih klaviatur. Upravljanje s ključem se izvaja mehansko, vendar je podvojeno z električnim prenosom, na katerega se lahko povežete. Na ta način lahko organistovo izvedbo posnamemo v kodirani digitalni obliki, ki jo nato uporabimo za avtomatsko predvajanje na orglah originalne izvedbe. Krmiljenje registrov in njihovih kombinacij se izvaja z električnimi ali elektropnevmatskimi napravami in mikroprocesorji s pomnilnikom, kar vam omogoča široko spreminjanje krmilnega programa. Tako veličasten, bogat zvok veličastnih orgel nastane s kombinacijo najnaprednejših dosežkov sodobne tehnologije ter tradicionalnih tehnik in principov, ki so jih že stoletja uporabljali mojstri preteklosti.

Učinkovitost ogrevalnega sistema je odvisna predvsem od kompetentne izbire sheme priključitve ogrevalne baterije. Idealno je, če lahko radiatorji z majhno porabo goriva proizvedejo največjo količino toplote. V spodnjem gradivu bomo govorili o tem, kakšne so sheme za priključitev radiatorjev za ogrevanje v stanovanjski hiši, kakšna je posebnost vsakega od njih, pa tudi, katere dejavnike je treba upoštevati pri izbiri določene možnosti.

Dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost radiatorja

Glavne zahteve za ogrevalni sistem so seveda njegova učinkovitost in ekonomičnost. Zato je treba k njegovi zasnovi pristopiti premišljeno, da ne bi zamudili vseh vrst tankosti in značilnosti določenega bivalnega prostora. Če nimate dovolj spretnosti za ustvarjanje kompetentnega projekta, je bolje, da to delo zaupate strokovnjakom, ki so se že izkazali in imajo pozitivne povratne informacije strank. Zanašati se na nasvete prijateljev, ki priporočajo določene načine priključitve radiatorjev, ni vredno, saj bodo v vsakem primeru začetni pogoji drugačni. Z drugimi besedami, kar deluje za eno osebo, ni nujno, da deluje tudi za drugo.

Če pa se še vedno želite sami ukvarjati s cevovodom do radiatorjev, bodite pozorni na naslednje dejavnike:

velikost radiatorjev in njihova toplotna moč;
namestitev ogrevalnih naprav v hišo;
povezovalni diagram.

Sodobnemu potrošniku je na voljo izbira različnih modelov ogrevalnih naprav - to so tečajni radiatorji iz različnih materialov in podnožni ali talni konvektorji. Razlika med njimi ni le v velikosti in videzu, temveč tudi v načinih oskrbe, pa tudi v stopnji prenosa toplote. Vsi ti dejavniki bodo vplivali na izbiro možnosti za priključitev radiatorjev za ogrevanje.

Glede na velikost ogrevanega prostora, prisotnost ali odsotnost izolacijske plasti na zunanjih stenah stavbe, moč, pa tudi vrsto priključka, ki ga priporoča proizvajalec radiatorja, se število in dimenzije takšnih naprav razlikujejo. .

Radiatorji so praviloma nameščeni pod okni ali v pomolih med njimi, če so okna na veliki razdalji drug od drugega, pa tudi v kotih ali ob prazni steni prostora, v kopalnici, hodniku, shrambi , pogosto na stopniščih večstanovanjskih stavb.

Za usmerjanje toplotne energije iz radiatorja v prostor je priporočljivo, da med napravo in steno pritrdite poseben odsevni zaslon. Tak zaslon je lahko izdelan iz katerega koli folijskega materiala, ki odbija toploto - na primer penofol, izospan ali kateri koli drug.

Pred priključitvijo ogrevalne baterije na ogrevalni sistem bodite pozorni na nekatere značilnosti njegove namestitve:

v enem stanovanju mora biti raven namestitve vseh baterij enaka;
rebra na konvektorjih morajo biti usmerjena navpično;
sredina radiatorja mora sovpadati s središčno točko okna ali pa se lahko premakne za 2 cm v desno ali levo;
skupna dolžina baterije mora biti od 75% širine okenske odprtine;
razdalja od okenske police do radiatorja mora biti najmanj 5 cm, med napravo in tlemi pa mora biti najmanj 6 cm razmika. Najbolje je, da pustite 10-12 cm.

Upoštevajte, da bo od pravilne izbire načinov priključitve radiatorjev za ogrevanje v stanovanjski hiši odvisen ne samo prenos toplote baterije, temveč tudi stopnja toplotne izgube.

Ni nenavadno, da lastniki stanovanj sestavijo in priključijo ogrevalni sistem po priporočilih prijateljev. V tem primeru je rezultat veliko slabši od pričakovanega. To pomeni, da so bile med postopkom namestitve storjene napake, moč naprav ni dovolj za ogrevanje določenega prostora ali pa je shema za priključitev ogrevalnih cevi na baterije neprimerna za to hišo.

Razlike med glavnimi vrstami baterijskih povezav

Vse možne vrste priključitve radiatorjev se razlikujejo po vrsti cevovoda. Lahko je sestavljen iz ene ali dveh cevi. Vsaka od možnosti pa vključuje razdelitev na sisteme z navpičnimi dvižnimi ali vodoravnimi črtami. Precej pogosto se uporablja horizontalno ožičenje ogrevalnega sistema v stanovanjski hiši in se je dobro izkazalo.

Glede na to, katera možnost priključitve cevi na radiatorje je bila izbrana, bo shema njihove povezave neposredno odvisna. V ogrevalnih sistemih z enocevnim in dvocevnim krogom se uporablja spodnji, stranski in diagonalni način povezovanja radiatorjev. Ne glede na to, katero možnost izberete, je glavna stvar, da v prostor vstopi dovolj toplote za njegovo kakovostno ogrevanje.

Opisani tipi cevnih napeljav se imenujejo priključni sistem T. Vendar pa obstaja še ena sorta - to je kolektorsko vezje ali ožičenje žarka. Pri uporabi je ogrevalni krog položen na vsak radiator posebej. V zvezi s tem imajo kolektorske vrste baterijskega priključka višje stroške, saj bo za izvedbo takšne povezave potrebno veliko cevi. Poleg tega bodo šli skozi celotno sobo. Vendar je običajno v takih primerih ogrevalni krog položen v tla in ne pokvari notranjosti prostora.

Kljub temu, da opisana shema povezovanja kolektorja predvideva prisotnost velikega števila cevi, se vedno bolj uporablja pri načrtovanju ogrevalnih sistemov. Zlasti ta vrsta povezave radiatorja se uporablja za ustvarjanje vodnega "topla tla". Uporablja se kot dodaten vir toplote ali kot glavni - vse je odvisno od projekta.

Enocevna shema

Imenuje se enocevni ogrevalni sistem, pri katerem so vsi radiatorji brez izjeme priključeni na en cevovod. Hkrati se segreta hladilna tekočina na vstopu in ohlajena na povratku premika po isti cevi in postopoma prehaja skozi vse grelne naprave. V tem primeru je zelo pomembno, da notranji del cevi zadostuje za izpolnjevanje svoje glavne funkcije. V nasprotnem primeru bo vse ogrevanje neučinkovito.

Ogrevalni sistem z enocevnim krogom ima določene prednosti in slabosti. Napačno bi bilo verjeti, da lahko tak sistem znatno zmanjša stroške polaganja cevi in namestitve ogrevalnih naprav. Dejstvo je, da bo sistem učinkovito deloval le, če je pravilno povezan, ob upoštevanju velikega števila tankosti. V nasprotnem primeru stanovanja ne bo mogel pravilno ogreti.

Prihranki pri ureditvi enocevnega ogrevalnega sistema se res zgodijo, vendar le, če se uporablja navpični dovodni dvižni vod. Zlasti v petnadstropnih hišah se ta možnost ožičenja pogosto izvaja, da se prihrani material. V tem primeru se ogrevano hladilno sredstvo dovaja navzgor skozi glavni dvižni vod, kjer se razporedi na vse druge dvižne cevi. Topla voda v krogu postopoma prehaja skozi radiatorje v vsakem nadstropju, začenši z vrha.

Ko hladilna tekočina doseže spodnja nadstropja, se njena temperatura postopoma znižuje. Za kompenzacijo temperaturne razlike so v spodnjih nadstropjih nameščeni radiatorji z večjo površino. Druga značilnost enocevnega ogrevalnega sistema je, da je priporočljiva namestitev obvodov na vse radiatorje. Omogočajo vam enostavno odstranitev baterij v primeru potrebe po popravilu, ne da bi ustavili celoten sistem.

Če je ogrevanje z enocevnim krogom izvedeno po vodoravni shemi ožičenja, je lahko gibanje hladilne tekočine povezano ali slepo. Tak sistem se je izkazal v cevovodih dolžine do 30 m. Hkrati je lahko število priključenih radiatorjev 4-5 kosov.

Dvocevni ogrevalni sistemi

Znotraj dvocevnega kroga se hladilna tekočina premika po dveh ločenih cevovodih. Eden od njih se uporablja za dovodni tok z vročo hladilno tekočino, drugi pa za povratni tok z ohlajeno vodo, ki se premika proti grelnemu rezervoarju. Tako se pri vgradnji ogrevalnih radiatorjev s spodnjim priključkom ali katero koli drugo vrsto priklopa vse baterije enakomerno segrejejo, saj vanje vstopi voda približno enake temperature.

Omeniti velja, da je dvocevno vezje pri povezovanju baterij z nižjo povezavo, pa tudi pri uporabi drugih shem, najbolj sprejemljivo. Dejstvo je, da ta vrsta povezave zagotavlja minimalno količino toplotnih izgub. Shema kroženja vode je lahko povezana in slepa.

Upoštevajte, da je v primeru dvocevne napeljave mogoče prilagoditi toplotno zmogljivost uporabljenih radiatorjev.

Nekateri lastniki zasebnih hiš menijo, da so projekti z dvocevnimi priključki radiatorjev veliko dražji, saj je za njihovo izvedbo potrebno več cevi. Vendar, če pogledate podrobneje, se izkaže, da njihovi stroški niso veliko višji kot pri ureditvi enocevnih sistemov.

Dejstvo je, da enocevni sistem pomeni prisotnost cevi z velikim prerezom in velikim radiatorjem. Hkrati je cena tanjših cevi, ki so potrebne za dvocevni sistem, precej nižja. Poleg tega se bodo na koncu nepotrebni stroški izplačali zaradi boljšega kroženja hladilne tekočine in minimalnih toplotnih izgub.

Pri dvocevnem sistemu se uporablja več možnosti za priključitev aluminijastih radiatorjev za ogrevanje. Povezava je lahko diagonalna, stranska ali spodnja. V tem primeru je dovoljena uporaba navpičnih in vodoravnih spojev. Kar zadeva učinkovitost, se diagonalna povezava šteje za najboljšo možnost. Hkrati se toplota enakomerno porazdeli po vseh grelnih napravah z minimalnimi izgubami.

Metoda stranske ali enostranske povezave se z enakim uspehom uporablja tako pri enocevnem kot pri dvocevnem ožičenju. Njegova glavna razlika je v tem, da sta dovodni in povratni tokokrogi vrezani na eni strani radiatorja.

Bočna povezava se pogosto uporablja v večstanovanjskih stavbah z navpičnim dvižnim dvižnim dvižnim kanalom. Upoštevajte, da je pred priključitvijo radiatorja za ogrevanje s stranskim priključkom nanj potrebno namestiti obvod in pipo. To vam bo omogočilo prosto odstranjevanje baterije za pranje, barvanje ali zamenjavo brez izklopa celotnega sistema.

Omeniti velja, da je učinkovitost enostranskega privezovanja največja le pri baterijah s 5-6 odseki. Če je dolžina radiatorja veliko daljša, bo s takšno povezavo prišlo do znatnih toplotnih izgub.

Značilnosti možnosti spodnjega cevovoda

Praviloma se radiator s spodnjim priključkom priključi v primerih, ko morajo biti nepredstavljive ogrevalne cevi skrite v tla ali v steno, da ne motijo notranjosti prostora.

V prodaji lahko najdete veliko število ogrevalnih naprav, v katerih proizvajalci zagotavljajo nižjo oskrbo radiatorjev za ogrevanje. Na voljo so v različnih velikostih in konfiguracijah. Hkrati, da ne bi poškodovali baterije, je vredno pogledati potni list izdelka, kjer je predpisan način priključitve enega ali drugega modela opreme. Običajno so v priključni enoti akumulatorja na voljo krogelni ventili, ki vam omogočajo, da ga po potrebi odstranite. Tako lahko tudi brez izkušenj pri takem delu z uporabo navodil priključite bimetalne radiatorje za ogrevanje s spodnjim priključkom.

Kroženje vode znotraj številnih sodobnih radiatorjev z nižjo povezavo poteka na enak način kot pri diagonalni povezavi. Ta učinek je dosežen zaradi ovire, ki se nahaja znotraj radiatorja, ki zagotavlja prehod vode skozi grelnik. Po tem ohlajena hladilna tekočina vstopi v povratni krog.

Upoštevajte, da je pri ogrevalnih sistemih z naravno cirkulacijo spodnji priključek radiatorjev nezaželen. Vendar pa je mogoče velike toplotne izgube iz takšne sheme povezave nadomestiti s povečanjem toplotne moči baterij.

Diagonalna povezava

Kot smo že omenili, je za diagonalno metodo priključitve radiatorjev značilna najmanjša toplotna izguba. Pri tej shemi vroča hladilna tekočina vstopi z ene strani radiatorja, preide skozi vse odseke in nato izstopi skozi cev z nasprotne strani. Ta vrsta povezave je primerna tako za enocevne kot za dvocevne ogrevalne sisteme.

Diagonalno povezavo radiatorjev je mogoče izvesti v 2 različicah:

Tok vroče hladilne tekočine vstopi v zgornjo odprtino radiatorja, nato pa, ko preide skozi vse odseke, izstopi iz spodnje stranske odprtine na nasprotni strani.
Hladilna tekočina vstopi v radiator skozi spodnjo luknjo na eni strani in izteka z nasprotne strani od zgoraj.

Diagonalno povezovanje je priporočljivo v primerih, ko so baterije sestavljene iz velikega števila odsekov - od 12 ali več.

Naravna in prisilna cirkulacija hladilne tekočine

Omeniti velja, da bo način priključitve cevi na radiatorje odvisen tudi od tega, kako hladilna tekočina kroži znotraj ogrevalnega kroga. Obstajata dve vrsti cirkulacije - naravna in prisilna.

Naravno kroženje tekočine v ogrevalnem krogu je doseženo z uporabo fizikalnih zakonitosti, pri čemer dodatne opreme ni treba vgraditi. To je mogoče le pri uporabi vode kot toplotnega nosilca. Če se uporabi kakršen koli antifriz, ne bo mogel prosto krožiti po ceveh.

Ogrevanje z naravno cirkulacijo vključuje kotel za ogrevanje vode, ekspanzijsko posodo, 2 cevovoda za dovod in povratek ter radiatorje. V tem primeru delujoči kotel postopoma segreva vodo, ki se širi in premika vzdolž dvižnega voda, ki poteka skozi vse radiatorje v sistemu. Nato že ohlajena voda gravitacijsko teče nazaj v kotel.

Za zagotovitev prostega gibanja vode so vodoravne cevi nameščene z rahlim naklonom v smeri gibanja hladilne tekočine. Ogrevalni sistem z naravno cirkulacijo je samoregulacijski, saj se količina vode spreminja glede na njeno temperaturo. Ko se voda segreje, se tlak obtoka poveča, kar zagotavlja enakomerno ogrevanje prostora.

V sistemih z naravno cirkulacijo tekočine je mogoče namestiti radiator s spodnjim priključkom, pod pogojem, da je dvocevna povezava, in uporabite tudi zgornjo shemo ožičenja v eno- in dvocevnem krogu. Praviloma se ta vrsta kroženja izvaja le v majhnih hišah.

Upoštevajte, da morajo biti na baterijah zagotovljene prezračevalne odprtine, skozi katere je mogoče odstraniti zračne zapore. Alternativno so dvižne cevi lahko opremljene z avtomatskimi prezračevalnimi šobami. Priporočljivo je, da ogrevalni kotel postavite pod nivo ogrevanega prostora, na primer v kleti.

Če površina hiše presega 100 m 2, je treba prisiliti način kroženja hladilne tekočine. V tem primeru bo treba namestiti posebno obtočno črpalko, ki bo zagotovila gibanje antifriza ali vode vzdolž tokokroga. Moč črpalke je odvisna od velikosti hiše.

Obtočno črpalko je mogoče namestiti tako na dovodne kot povratne cevi. Zelo pomembno je, da na vrhu cevovoda namestite avtomatske odzračevalne naprave ali na vsakem radiatorju zagotovite pipe Mayevsky, da ročno odstranite zračne zapore.

Uporaba obtočne črpalke je upravičena tako v eno- in dvocevnih sistemih z navpičnim in vodoravnim priključkom radiatorja.

Zakaj je pomembno pravilno priključiti radiatorje za ogrevanje

Ne glede na način povezave in vrsto radiatorja, ki ga izberete, je zelo pomembno, da naredite kompetentne izračune in pravilno namestite opremo. Hkrati je pomembno upoštevati značilnosti določene sobe, da bi izbrali najboljšo možnost. Takrat bo sistem čim bolj učinkovit in se bo izognil večjim toplotnim izgubam v prihodnosti.

Če želite sestaviti ogrevalni sistem v velikem dragem dvorcu, je bolje, da načrtovanje zaupate strokovnjakom.

Za hiše majhnega območja se lahko sami spoprimete z izbiro sheme ožičenja in namestitvijo baterij. Upoštevati je treba le kakovost določene sheme povezave in preučiti značilnosti inštalacij.

Upoštevajte, da morajo biti cevi in radiatorji izdelani iz istega materiala. Na primer, plastičnih cevi ni mogoče priključiti na baterije iz litega železa, saj je to polno težav.

Tako je pod pogojem, da se upoštevajo značilnosti določene hiše, mogoče priključiti radiatorje za ogrevanje neodvisno. Dobro izbrana shema za priključitev cevi na radiatorje bo zmanjšala toplotne izgube, tako da bodo ogrevalne naprave lahko delovale z največjo učinkovitostjo.

Ko so se odprla neugledna bež pobarvana vrata, mi je iz teme pogled pritegnilo le nekaj lesenih stopnic. Takoj za vrati se dvigne močna lesena škatla, ki spominja na prezračevalno škatlo. »Previdno, to je cev za orgle, 32 čevljev, register za bas flavto,« je opozoril moj vodnik. "Počakaj, prižgal bom luč." Potrpežljivo čakam v pričakovanju enega najbolj zanimivih izletov v mojem življenju. Pred mano je vhod v orgle. To je edino glasbilo, v katerega lahko vstopite.

Telo je staro več kot sto let. Stoji v Veliki dvorani Moskovskega konservatorija, zelo slavni dvorani, s sten katere vas gledajo portreti Bacha, Čajkovskega, Mozarta, Beethovna ... Vendar pa je gledalčevemu očesu odprto le organistovo konzola je s hrbtno stranjo obrnjena proti dvorani in rahlo umetniškim lesenim "Prospectom" z navpičnimi kovinskimi cevmi. Ob opazovanju fasade orgel nepoučeni ne bodo razumeli, kako in zakaj igra ta edinstven inštrument. Če želite razkriti njegove skrivnosti, boste morali k vprašanju pristopiti z drugega zornega kota. dobesedno.

Natalya Vladimirovna Malina, kustosinja orgel, učiteljica, glasbenica in mojstrica orgel, se je prijazno strinjala, da postane moja vodnica. »Naprej se lahko premikaš samo v orglah,« mi ostro razlaga. Ta zahteva nima nobene zveze z misticizmom in vraževerjem: preprosto, če se premika nazaj ali vstran, lahko neizkušen človek stopi na eno od cevi za orgle ali se je dotakne. In cevi je na tisoče.

Glavno načelo orgel, ki jih razlikuje od večine pihalnih instrumentov: ena cev - ena nota. Panovo flavto lahko štejemo za starodavnega prednika orgel. Ta instrument, ki obstaja že od nekdaj na različnih koncih sveta, je sestavljen iz več votlih trsčkov različnih dolžin, povezanih skupaj. Če pihate pod kotom pri ustju najkrajšega, se bo slišal tanek visok zvok. Daljše trstice zvenijo nižje.

Smešno glasbilo je harmonika z nenavadnimi trobentami za ta inštrument. Toda skoraj popolnoma enak dizajn je mogoče najti v vseh velikih orglah (kot je prikazano na sliki desno) - tako so razporejene "trstične" orgle

Zvok tri tisoč troben. Splošna shema Diagram prikazuje poenostavljen diagram organa z mehansko vleko. Fotografije, ki prikazujejo posamezne komponente in naprave instrumenta, so bile posnete znotraj orgel Velike dvorane Moskovskega državnega konservatorija. Na diagramu ni videti meha, ki vzdržuje stalen pritisk v vitlu, in Barkerjevih vzvodov (so na slikah). Manjka tudi pedal (nožna tipkovnica)

Za razliko od navadne flavte ne morete spreminjati višine posamezne cevi, zato lahko Panova flavta zaigra natanko toliko not, kolikor je v njej trsov. Da bi inštrument oddajal zelo nizke zvoke, je treba v njegovo sestavo vključiti cevi velike dolžine in velikega premera. Možno je narediti veliko Pan flavt s cevmi iz različnih materialov in različnih premerov, nato pa bodo pihale iste note z različnimi tembri. Toda igranje na vse te instrumente hkrati ne bo delovalo - ne morete jih držati v rokah in ne bo dovolj sape za velikanske "trstike". Če pa vse svoje piščali postavimo navpično, vsako posamezno cev opremimo z ventilom za dovod zraka, pripravimo mehanizem, ki bi nam dal možnost krmiljenja vseh ventilov s tipkovnice in končno ustvariti zasnovo za črpanje zraka s svojim naknadno distribucijo, smo ravno dobili organ.

Na stari ladji

Cevi v orgle so izdelane iz dveh materialov: lesa in kovine. Lesene cevi, ki se uporabljajo za pridobivanje basovskih zvokov, imajo kvadratni prerez. Kovinske cevi so običajno manjše, valjaste ali stožčaste oblike in so običajno izdelane iz zlitine kositra in svinca. Če je več kositra, je cev glasnejša, če je več svinca, je izločen zvok bolj gluh, »bombaž«.

Zlitina kositra in svinca je zelo mehka, zato se organske cevi zlahka deformirajo. Če je velika kovinska cev položena na bok, bo čez nekaj časa pod lastno težo pridobila ovalni odsek, kar bo neizogibno vplivalo na njeno sposobnost izločanja zvoka. Ko se premikam znotraj orgel Velike dvorane Moskovskega konservatorija, se poskušam dotakniti le lesenih delov. Če stopite na cev ali jo nerodno zgrabite, bo mojster orgel imel nove težave: cev bo treba "ozdraviti" - poravnati ali celo spajkati.

Orgle, v katerih sem, še zdaleč niso največje na svetu in celo v Rusiji. Po velikosti in številu cevi je slabši od orgel Moskovske hiše glasbe, Katedrale v Kaliningradu in Koncertne dvorane. Čajkovskega. Glavni rekorderji so v tujini: na primer instrument, nameščen v kongresni dvorani Atlantic City (ZDA), ima več kot 33.000 cevi. V orglah Velike dvorane konservatorija je desetkrat manj cevi, "le" 3136, a tudi to veliko število ni mogoče kompaktno postaviti na eno ravnino. Orgle v notranjosti so več stopenj, na katerih so cevi nameščene v vrstah. Za dostop mojstra orgel do cevi je bil na vsakem nivoju narejen ozek prehod v obliki ploščadi iz desk. Stopnje so med seboj povezane s stopnicami, v katerih vlogo stopnic opravljajo navadne prečke. V notranjosti orgel je gneča, premikanje med nivoji pa zahteva določeno spretnost.

"Moje izkušnje so," pravi Natalya Vladimirovna Malina, "najbolje je, da je mojster orgel tanek in lahek. Človek z drugimi dimenzijami tukaj težko dela, ne da bi poškodoval instrument. Pred kratkim je električar – težki moški – menjal žarnico nad orglami, se spotaknil in zlomil nekaj desk na strehi. Žrtev ali poškodovanih ni bilo, padle deske pa so poškodovale 30 orgelskih cevi.

V mislih ocenim, da bi se v moje telo zlahka prilegal par mojstrov orgel idealnih razmerij, previdno pogledam na šibke stopnice, ki vodijo v zgornje nivoje. »Ne skrbi,« me pomiri Natalija Vladimirovna, »samo pojdi naprej in ponavljaj gibe za mano. Struktura je močna, zdržala vas bo.

Piščalka in trs

Povzpnemo se na zgornji nivo orgel, od koder se odpre pogled na Veliko dvorano z zgornje točke, ki je preprostemu obiskovalcu konservatorija nedostopna. Na odru spodaj, kjer se je pravkar končala vaja godalnega ansambla, se naokoli sprehajajo možički z violinami in violami. Natalya Vladimirovna mi pokaže španske registre blizu dimnika. Za razliko od drugih cevi niso navpične, ampak vodoravne. V obliki nekakšnega vizirja nad orglami pihajo neposredno v dvorano. Ustvarjalec orgel Velike dvorane Aristide Cavaillé-Coll je izhajal iz francosko-španske družine orgelskih mojstrov. Od tod pirenejske tradicije inštrumenta na ulici Bolshaya Nikitskaya v Moskvi.

Mimogrede, o španskih registrih in registrih na splošno. "Register" je eden ključnih konceptov pri oblikovanju orgel. To je serija orgelskih cevi določenega premera, ki tvorijo kromatsko lestvico glede na tipke njihove tipkovnice ali njenega dela.

Odvisno od lestvice cevi, ki so vključene v njihovo sestavo (lestvica je razmerje med parametri cevi, ki so najpomembnejši za karakter in kakovost zvoka), registri dajejo zvok z drugačno tembrsko barvo. Prenesen s primerjavami s flavto Pan, sem skoraj spregledal eno subtilnost: dejstvo je, da niso vse orgelske cevi (kot trs stare flavte) aerofoni. Aerofon je pihalo, pri katerem zvok nastane kot posledica tresljajev zračnega stolpca. Sem spadajo flavta, trobenta, tuba, rog. Toda saksofon, oboa, harmonika so v skupini idiofonov, torej "samozvenečih". Tu ne niha zrak, ampak jezik, ki ga zračni tok poenostavi. Zračni tlak in elastična sila, ki nasprotujeta, povzročita, da se trs trese in širi zvočne valove, ki jih kot resonator ojača zvonec inštrumenta.

Večina cevi v orglah je aerofonov. Imenujejo se labialne ali žvižgajoče. Idiofonske cevi predstavljajo posebno skupino registrov in se imenujejo reed pipes.

Koliko rok ima organist?

Toda kako uspe glasbeniku, da vseh teh tisoč cevi - lesenih in kovinskih, piščal in trstičk, odprtih in zaprtih - na desetine ali stotine registrov ... zazveni ob pravem času? Da bi to razumeli, se spustimo za nekaj časa z zgornjega nivoja orgel in pojdimo do prižnice ali organistove konzole. Nepoučeni ob pogledu na to napravo trepetajo kot pred armaturno ploščo sodobnega letala. Več ročnih klaviatur - priročnikov (lahko jih je pet ali celo sedem!), ena noga plus še nekaj skrivnostnih pedal. Veliko je tudi izpušnih ročic z napisi na ročajih. Zakaj vse to?

Seveda ima organist le dve roki in ne bo mogel igrati vseh priročnikov hkrati (v orglah Velike dvorane so trije, kar je tudi precej). Za mehansko in funkcionalno ločevanje skupin registrov je potrebnih več ročnih tipkovnic, tako kot je v računalniku en fizični trdi disk razdeljen na več virtualnih. Tako na primer prvi priročnik orgel Velike dvorane nadzoruje cevi skupine (nemški izraz Werk) registrov, imenovanih Grand Orgue. Vključuje 14 registrov. Drugi priročnik (Positif Expressif) je odgovoren tudi za 14 registrov. Tretja tipkovnica - Recit expressif - 12 registrov. Končno, nožno stikalo z 32 tipkami ali "pedal" deluje z desetimi basovskimi registri.

Argumentirano z vidika laika je tudi 14 registrov za eno tipkovnico nekako preveč. Konec koncev lahko organist s pritiskom na eno tipko zazvoni 14 piv naenkrat v različnih registrih (in pravzaprav več zaradi registrov, kot je mixtura). In če morate zaigrati noto samo v enem registru ali v nekaj izbranih? V ta namen se dejansko uporabljajo izpušni vzvodi, ki se nahajajo desno in levo od priročnikov. S potegom vzvoda, na katerem je na ročaju napisano ime registra, glasbenik odpre nekakšno loputo, ki odpira zrak do cevi določenega registra.

Torej, če želite zaigrati želeno noto v želenem registru, morate izbrati ročno ali pedalno tipkovnico, ki nadzoruje ta register, izvlecite ročico, ki ustreza temu registru, in pritisnite želeno tipko.

Močan dih

Zadnji del našega ogleda je posvečen zraku. Prav zrak, zaradi katerega zvenijo orgle. Skupaj z Natalijo Vladimirovno se spustimo v nadstropje spodaj in se znajdemo v prostorni tehnični sobi, kjer ni nič od slovesnega razpoloženja Velike dvorane. Betonska tla, beljene stene, obokane lesene nosilne konstrukcije, zračni kanali in elektromotor. V prvem desetletju obstoja orgel so pri nas trdo delali calcante rockerji. Štirje zdravi moški so stali v vrsti, z obema rokama prijeli palico, ki je bila napeta skozi jekleni obroč na pultu, in izmenično z eno ali drugo nogo pritiskali na vzvode, ki so napihovali kožuh. Izmena je bila predvidena za dve uri. Če je koncert ali vaja trajala dlje, so utrujene rokerje zamenjale sveže okrepitve.

Stara krzna, štirih, so se ohranila do danes. Po besedah Natalije Vladimirovne je okoli konservatorija legenda, da so nekoč poskušali delo rokerjev nadomestiti s konjsko močjo. Za to naj bi bil celo ustvarjen poseben mehanizem. Vendar se je skupaj z zrakom v Veliko dvorano dvignil vonj konjskega gnoja in ustanovitelj ruske orgelske šole A.F. Gedike je, ko je prevzel prvi akord, nezadovoljno premaknil nos in rekel: "Smrdi!"

Ne glede na to, ali je ta legenda resnična ali ne, je leta 1913 električni motor končno nadomestil mišično moč. S pomočjo škripca je zavrtel gred, ta pa je preko ročičnega mehanizma pognala meh. Kasneje je bila tudi ta shema opuščena, danes pa električni ventilator črpa zrak v orgle.

V orglah vstopi prisilni zrak v tako imenovane nabojne mehove, od katerih je vsak povezan z enim od 12 vitlov. Windlada je rezervoar za stisnjen zrak, ki izgleda kot lesena škatla, na katero so v resnici nameščene vrste cevi. Na enem vitlu je običajno nameščenih več registrov. Velike cevi, ki nimajo dovolj prostora na vitlu, so nameščene ob strani, z vitlom pa so povezane z zračnim kanalom v obliki kovinske cevi.

Zavoji orgel Velike dvorane (zasnova "loopflade") so razdeljeni na dva glavna dela. V spodnjem delu se s pomočjo nakladalnega krzna vzdržuje stalen pritisk. Zgornji del je z nepredušnimi predelnimi stenami razdeljen na tako imenovane tonske kanale. Vse cevi različnih registrov, ki jih upravlja ena tipka ročnega ali pedala, imajo izhod na tonski kanal. Vsak tonski kanal je povezan z dnom vitla z luknjo, zaprto z vzmetnim ventilom. Ko pritisnete tipko skozi vleko, se gibanje prenese na ventil, se odpre in stisnjen zrak vstopi navzgor v tonski kanal. Vse cevi, ki imajo dostop do tega kanala, bi teoretično morale začeti zvoke, vendar ... to se praviloma ne zgodi. Dejstvo je, da skozi celoten zgornji del vitla potekajo tako imenovane zanke - blažilniki z luknjami, ki se nahajajo pravokotno na tonske kanale in imajo dva položaja. V enem od njih zanke v celoti pokrivajo vse cevi določenega registra v vseh tonskih kanalih. V drugem je register odprt in njegove cevi začnejo zvočiti takoj, ko po pritisku na tipko zrak vstopi v ustrezen tonski kanal. Krmiljenje zank, kot morda ugibate, se izvaja z vzvodi na daljinskem upravljalniku skozi registrsko pot. Preprosto povedano, tipke omogočajo, da vse cevi zvenijo v svojih tonskih kanalih, zanke pa določajo priljubljene.

Zahvaljujemo se vodstvu Moskovskega državnega konservatorija in Nataliji Vladimirovni Malini za pomoč pri pripravi tega članka.