Vilket värmebatterianslutningsschema är bättre - alternativ och anslutningsmetoder, fördelar och nackdelar. Vilket anslutningsschema för värmebatteri är bättre - alternativ och anslutningsmetoder, fördelar och nackdelar Skillnader mellan huvudtyperna av anslutning

Värmesystemets effektivitet beror i första hand på det behöriga valet av anslutningsschemat för värmebatteriet. Det är idealiskt om radiatorer med en liten bränsleförbrukning kan generera maximal värme. I materialet nedan kommer vi att prata om vad som är anslutningsscheman för uppvärmningsradiatorer i ett hyreshus, vad är särdraget hos var och en av dem, samt vilka faktorer som bör beaktas när du väljer ett visst alternativ.

Faktorer som påverkar radiatorns effektivitet

Huvudkraven för ett värmesystem är naturligtvis dess effektivitet och ekonomi. Därför måste dess design närma sig eftertänksamt för att inte missa alla möjliga finesser och funktioner i ett visst bostadsutrymme. Om du inte har tillräckliga färdigheter för att skapa ett kompetent projekt, är det bättre att anförtro detta arbete till specialister som redan har bevisat sig och har positiv feedback från kunder. Att förlita sig på råd från vänner som rekommenderar vissa metoder för att ansluta radiatorer är inte värt det, eftersom de initiala förhållandena i varje fall kommer att vara annorlunda. Med andra ord, det som fungerar för en person fungerar inte nödvändigtvis för en annan.

Men om du fortfarande vill ta itu med rörledningar till värmeradiatorer själv, var uppmärksam på följande faktorer:

storlek på radiatorer och deras värmeeffekt;
placering av värmeanordningar inuti huset;
kopplingsschema.

Den moderna konsumenten presenteras med ett urval av en mängd olika modeller av värmeanordningar - dessa är gångjärnsradiatorer gjorda av olika material och sockel- eller golvkonvektorer. Skillnaden mellan dem är inte bara i storlek och utseende, utan också i försörjningsmetoderna, såväl som graden av värmeöverföring. Alla dessa faktorer kommer att påverka valet av alternativ för anslutning av värmeradiatorer.

Beroende på storleken på det uppvärmda rummet, närvaron eller frånvaron av ett isolerande skikt på byggnadens ytterväggar, strömmen, såväl som vilken typ av anslutning som rekommenderas av radiatortillverkaren, kommer antalet och dimensionerna på sådana enheter att variera. .

Som regel placeras radiatorer under fönster eller i pirerna mellan dem, om fönstren är på stort avstånd från varandra, såväl som i hörnen eller längs den tomma väggen i rummet, i badrummet, hallen, skafferiet , ofta i flerbostadshusens trapphus.

För att rikta värmeenergin från radiatorn in i rummet, är det lämpligt att fästa en speciell reflekterande skärm mellan apparaten och väggen. En sådan skärm kan tillverkas av vilket värmereflekterande foliematerial som helst - till exempel penofol, isospan eller något annat.

Innan du ansluter värmebatteriet till värmesystemet, var uppmärksam på några funktioner i installationen:

inom en bostad bör placeringsnivån för alla batterier vara densamma;
ribborna på konvektorerna måste riktas vertikalt;
mitten av radiatorn måste sammanfalla med fönstrets mittpunkt eller kan flyttas 2 cm till höger eller vänster;
den totala längden på batteriet bör vara från 75% av bredden på fönsteröppningen;
avståndet från fönsterbrädan till kylaren måste vara minst 5 cm, och det måste finnas minst 6 cm fritt utrymme mellan apparaten och golvet. Det är bäst att lämna 10-12 cm.

Observera att inte bara batteriets värmeöverföring, utan också nivån på värmeförlusten beror på det korrekta valet av metoder för att ansluta värmeradiatorer i ett hyreshus.

Det är inte ovanligt att lägenhetsägare monterar och ansluter värmesystemet, efter vänners rekommendationer. I det här fallet är resultatet mycket sämre än förväntat. Detta betyder att misstag gjordes under installationsprocessen, kraften hos enheterna räcker inte för att värma ett visst rum, eller schemat för att ansluta värmerör till batterier är olämpligt för det här huset.

Skillnader mellan huvudtyperna av batterianslutningar

Alla möjliga typer av anslutning av värmeradiatorer skiljer sig åt i typen av rör. Den kan bestå av ett eller två rör. I sin tur innebär vart och ett av alternativen en uppdelning i system med vertikala stigare eller horisontella linjer. Ganska ofta används horisontell ledning av värmesystemet i ett hyreshus, och det har visat sig väl.

Baserat på vilket alternativ för att ansluta rör till radiatorer som valdes, kommer schemat för deras anslutning direkt att bero. I värmesystem med en enrörs- och tvårörskrets används den nedre, sido- och diagonala metoden för att ansluta radiatorer. Vilket alternativ du än väljer är det viktigaste att tillräckligt med värme kommer in i rummet för sin högkvalitativa uppvärmning.

De beskrivna typerna av rörledningar kallas ett T-kopplingssystem. Det finns dock en annan sort - det här är en kollektorkrets eller balkledningar. Vid användning läggs värmekretsen till varje radiator separat. I detta avseende har kollektortyperna av batterianslutningar en högre kostnad, eftersom det kommer att krävas många rör för att implementera en sådan anslutning. Dessutom kommer de att passera genom hela rummet. Men vanligtvis i sådana fall läggs värmekretsen i golvet och förstör inte det inre av rummet.

Trots det faktum att det beskrivna kollektoranslutningsschemat förutsätter närvaron av ett stort antal rör, används det alltmer under konstruktionen av värmesystem. I synnerhet används denna typ av radiatoranslutning för att skapa ett vatten "varmt golv". Den används som en extra värmekälla, eller som den viktigaste - allt beror på projektet.

Enkelrörsschema

Ett enrörsvärmesystem kallas, där alla radiatorer, utan undantag, är anslutna till en rörledning. Samtidigt rör sig den uppvärmda kylvätskan vid inloppet och kyls ner vid returen längs samma rör och passerar gradvis genom alla uppvärmningsanordningar. I detta fall är det mycket viktigt att den inre delen av röret är tillräcklig för att uppfylla sin huvudfunktion. Annars blir all uppvärmning ineffektiv.

Ett värmesystem med en enrörskrets har vissa för- och nackdelar. Det skulle vara felaktigt att tro att ett sådant system avsevärt kan minska kostnaderna för att lägga rör och installera värmeapparater. Faktum är att systemet kommer att fungera effektivt endast om det är korrekt anslutet, med hänsyn till ett stort antal finesser. Annars kommer den inte att kunna värma lägenheten ordentligt.

Besparingar i arrangemanget av ett enrörsuppvärmningssystem sker verkligen, men bara om en vertikal matarstegare används. I synnerhet i femvåningshus praktiseras detta ledningsalternativ ofta för att spara material. I det här fallet matas det uppvärmda kylmediet uppåt genom huvudstigröret, där det distribueras till alla andra stigare. Varmvatten i kretsen passerar gradvis genom radiatorerna på varje våning, med början från toppen.

När kylvätskan når de nedre våningarna sjunker dess temperatur gradvis. För att kompensera för temperaturskillnaden installeras radiatorer med större yta på de nedre våningarna. En annan egenskap hos ett enrörsvärmesystem är att det rekommenderas att installera bypass på alla radiatorer. De låter dig enkelt ta bort batterierna vid behov av reparation, utan att stoppa hela systemet.

Om uppvärmning med en enrörskrets görs enligt ett horisontellt ledningsschema, kan kylvätskans rörelse vara associerad eller dödläge. Ett sådant system har visat sig i rörledningar upp till 30 m. Samtidigt kan antalet anslutna radiatorer vara 4-5 stycken.

Tvårörs värmesystem

Inuti tvårörskretsen rör sig kylvätskan genom två separata rörledningar. En av dem används för tillförselflödet med varm kylvätska, och den andra för returflödet med kylt vatten, som rör sig mot värmetanken. Sålunda, när man installerar värmeradiatorer med en bottenanslutning eller någon annan typ av tie-in, värms alla batterier upp jämnt, eftersom vatten med ungefär samma temperatur kommer in i dem.

Det är värt att notera att en tvårörskrets vid anslutning av batterier med en lägre anslutning, såväl som vid användning av andra system, är det mest acceptabla. Faktum är att denna typ av anslutning ger en minimal mängd värmeförlust. Vattencirkulationsschemat kan vara både associerat och återvändsgränd.

Observera att om det finns en tvårörsledning är det möjligt att justera den termiska prestandan för de använda radiatorerna.

Vissa ägare av privata hus tror att projekt med tvårörstyper av radiatoranslutningar är mycket dyrare, eftersom det krävs fler rör för att genomföra dem. Men om du tittar mer i detalj visar det sig att deras kostnad inte är mycket högre än i arrangemanget av enkelrörssystem.

Faktum är att ett enrörssystem innebär närvaron av rör med ett stort tvärsnitt och en stor radiator. Samtidigt är priset på de tunnare rören som krävs för ett tvårörssystem mycket lägre. Dessutom kommer onödiga kostnader i slutändan att betala sig på grund av bättre cirkulation av kylvätskan och minimal värmeförlust.

Med ett tvårörssystem används flera alternativ för anslutning av värmeradiatorer i aluminium. Anslutningen kan vara diagonal, sida eller botten. I det här fallet är det tillåtet att använda vertikala och horisontella fogar. När det gäller effektivitet anses diagonalkopplingen vara det bästa alternativet. Samtidigt fördelas värmen jämnt över alla värmeapparater med minimala förluster.

Den laterala, eller ensidiga, anslutningsmetoden används med lika framgång i både enkelrörs- och tvårörsledningar. Dess huvudsakliga skillnad är att matnings- och returkretsarna skär i ena sidan av radiatorn.

Sidokoppling används ofta i flerbostadshus med en vertikal matarstegare. Observera att innan du ansluter en värmeradiator med sidoanslutning är det nödvändigt att installera en bypass och en ventil på den. Detta gör att du fritt kan ta bort batteriet för tvätt, målning eller byte utan att stänga av hela systemet.

Det är anmärkningsvärt att effektiviteten av ensidig koppling är maximal endast för batterier med 5-6 sektioner. Om radiatorns längd är mycket längre, kommer det att bli betydande värmeförluster med en sådan anslutning.

Funktioner för alternativet för bottenrör

Som regel ansluts en radiator med bottenanslutning i de fall där opresenterbara värmerör måste gömmas i golvet eller i väggen för att inte störa rummets inre.

Till försäljning kan du hitta ett stort antal värmeanordningar där tillverkare ger ett lägre utbud av värmeradiatorer. De finns i olika storlekar och konfigurationer. Samtidigt, för att inte skada batteriet, är det värt att titta på produktpasset, där metoden för att ansluta en eller annan modell av utrustning är föreskriven. Vanligtvis finns kulventiler i batterianslutningsenheten, som gör att du kan ta bort den vid behov. Således, även utan erfarenhet av sådant arbete, med hjälp av instruktionerna, kan du ansluta bimetalliska värmeradiatorer med en bottenanslutning.

Cirkulationen av vatten inuti många moderna radiatorer med lägre anslutning sker på samma sätt som med en diagonal anslutning. Denna effekt uppnås på grund av ett hinder placerat inuti radiatorn, vilket säkerställer passage av vatten genom hela värmaren. Därefter kommer den kylda kylvätskan in i returkretsen.

Observera att i värmesystem med naturlig cirkulation är bottenanslutningen av radiatorer oönskad. Betydande värmeförluster från ett sådant anslutningsschema kan dock kompenseras genom en ökning av batteriernas termiska effekt.

Diagonal anslutning

Som vi redan har noterat kännetecknas den diagonala metoden för att ansluta radiatorer av den minsta värmeförlusten. Med detta schema kommer det varma kylvätskan in från ena sidan av kylaren, passerar genom alla sektioner och går sedan ut genom röret från motsatt sida. Denna typ av anslutning är lämplig för både en- och tvårörsvärmesystem.

Diagonal anslutning av radiatorer kan utföras i 2 versioner:

Det varma kylvätskeflödet kommer in i kylarens övre öppning och lämnar sedan, efter att ha passerat genom alla sektioner, den nedre sidoöppningen på motsatt sida.
Kylvätskan kommer in i kylaren genom bottenhålet på ena sidan och rinner ut från motsatt sida ovanifrån.

Det är lämpligt att ansluta på ett diagonalt sätt i fall där batterierna består av ett stort antal sektioner - från 12 eller fler.

Naturlig och forcerad cirkulation av kylvätskan

Det är värt att notera att metoden för att ansluta rör till radiatorer också kommer att bero på hur kylvätskan cirkulerar inuti värmekretsen. Det finns två typer av cirkulation - naturlig och påtvingad.

Den naturliga cirkulationen av vätskan inuti värmekretsen uppnås genom tillämpning av fysiska lagar, medan ytterligare utrustning inte behöver installeras. Det är endast möjligt när man använder vatten som värmebärare. Om något frostskyddsmedel används kommer det inte att kunna cirkulera fritt genom rören.

Uppvärmning med naturlig cirkulation inkluderar en panna för uppvärmning av vatten, en expansionstank, 2 rörledningar för tillförsel och retur samt radiatorer. I det här fallet värmer den operativa pannan gradvis upp vattnet, som expanderar och rör sig längs stigaren och passerar genom alla radiatorer i systemet. Sedan rinner det redan kylda vattnet tillbaka in i pannan genom gravitationen.

För att säkerställa den fria rörelsen av vatten är horisontella rör monterade med en liten lutning mot kylvätskans rörelseriktning. Värmesystemet med naturlig cirkulation är självreglerande eftersom vattenmängden varierar beroende på dess temperatur. När vattnet värms upp ökar cirkulationstrycket, vilket säkerställer en jämn uppvärmning av rummet.

I system med naturlig vätskecirkulation är det möjligt att installera en radiator med en bottenanslutning, förutsatt en tvårörsanslutning, och även använda ett toppledningsschema i en en- och tvårörskrets. Som regel utförs denna typ av cirkulation endast i små hus.

Observera att det måste finnas luftventiler på batterierna genom vilka luftlås kan tas bort. Alternativt kan stigare förses med automatiska luftventiler. Det är lämpligt att placera värmepannan under nivån på det uppvärmda rummet, till exempel i källaren.

Om husets yta överstiger 100 m 2, måste metoden för cirkulation av kylvätskan tvingas. I det här fallet kommer det att vara nödvändigt att installera en speciell cirkulationspump, som säkerställer rörelsen av frostskyddsmedel eller vatten längs kretsen. Pumpens kraft beror på husets storlek.

Cirkulationspumpen kan monteras på både fram- och returledning. Det är mycket viktigt att installera automatiska avluftare på toppen av rörledningen eller tillhandahålla Mayevsky-kranar på varje radiator för att ta bort luftlås manuellt.

Användningen av en cirkulationspump är motiverad både i en- och tvårörssystem med en vertikal och horisontell typ av radiatoranslutning.

Varför är det viktigt att korrekt ansluta värmeelement

Oavsett vilken anslutningsmetod och typ av radiator du väljer är det mycket viktigt att göra kompetenta beräkningar och installera utrustningen korrekt. Samtidigt är det viktigt att ta hänsyn till egenskaperna hos ett visst rum för att välja det bästa alternativet. Då blir systemet så effektivt som möjligt och slipper betydande värmeförluster i framtiden.

Om du vill montera ett värmesystem i en stor dyr herrgård, är det bättre att anförtro designen till specialister.

För hus med ett litet område kan du själv sköta valet av kopplingsschema och installation av batterier. Det är bara nödvändigt att överväga kvaliteten på ett visst anslutningsschema och studera funktionerna i installationsarbetet.

Observera att rör och radiatorer måste vara gjorda av samma material. Till exempel kan plaströr inte kopplas till gjutjärnsbatterier, eftersom det är besvärligt.

Således, förutsatt att egenskaperna hos ett visst hus beaktas, kan anslutningen av värmeradiatorer göras oberoende. Ett väl valt schema för att ansluta rör till radiatorer kommer att minimera värmeförlusten så att värmeanordningar kan arbeta med maximal effektivitet.

Källa: « I vetenskapens värld » , nr 3, 1983. Författare: Neville H. Fletcher och Susanna Thwaites

Det majestätiska ljudet av orgeln skapas på grund av interaktionen av strikt fassynkroniserad luftstråle som passerar genom snittet i röret och luftpelaren som resonerar i dess hålighet.

Inget musikinstrument kan mäta sig med orgeln när det gäller kraft, klang, omfång, tonalitet och klang. Liksom många musikinstrument har orgelns struktur ständigt förbättrats genom insatser från många generationer av skickliga hantverkare som sakta samlat på sig erfarenhet och kunskap. I slutet av XVII-talet. kroppen fick i princip sin moderna form. De två mest framstående fysikerna på 1800-talet. Hermann von Helmholtz och Lord Rayleigh lägger fram motsatta teorier som förklarar den grundläggande mekanismen för bildandet av ljud i orgelpipor, men på grund av bristen på nödvändiga instrument och verktyg löstes deras tvist aldrig. Med tillkomsten av oscilloskop och andra moderna instrument blev det möjligt att i detalj studera ett organs verkningsmekanism. Det visade sig att både Helmholtz-teorin och Rayleigh-teorin är giltiga för vissa tryck under vilka luft pressas in i orgelpipan. Vidare i artikeln kommer resultaten av nyare studier att presenteras, som i många avseenden inte sammanfaller med förklaringen av organets verkningsmekanism som ges i läroböcker.

Rör snidade från vass eller andra ihåliga växter var förmodligen de första blåsinstrumenten. De avger ljud om du blåser över den öppna änden av röret, eller blåser in i röret, vibrerar med dina läppar, eller, nyper änden av röret, blåser in luft, vilket får dess väggar att vibrera. Utvecklingen av dessa tre typer av enkla blåsinstrument ledde till skapandet av den moderna flöjten, trumpeten och klarinetten, från vilken musikern kan producera ljud i ett ganska stort frekvensområde.

Parallellt skapades sådana instrument där varje rör var tänkt att låta på en specifik ton. Det enklaste av dessa instrument är flöjten (eller "Pans flöjt"), som vanligtvis har cirka 20 pipor av olika längd, stängda i ena änden och avger ljud när den blåser över den andra öppna änden. Det största och mest komplexa instrumentet av denna typ är orgeln, som innehåller upp till 10 000 pipor, som organisten styr med hjälp av ett komplext system av mekaniska växlar. Orgeln går tillbaka till antiken. Lerfigurer som föreställer musiker som spelar ett instrument gjorda av många bälgpipor tillverkades i Alexandria så tidigt som på 200-talet f.Kr. FÖRE KRISTUS. Vid X-talet. orgeln börjar användas i kristna kyrkor, och avhandlingar skrivna av munkar om organens struktur dyker upp i Europa. Enligt legenden, stor orgel, byggd på X-talet. för Winchester Cathedral i England, hade 400 metallrör, 26 bälgar och två tangentbord med 40 tangenter, där varje tangent styrde tio rör. Under de följande århundradena förbättrades orgelapparaten mekaniskt och musikaliskt, och redan 1429 byggdes en orgel med 2500 pipor i Amiens katedral. Tyskland mot slutet av 1600-talet. organ har redan fått sin moderna form.

Orgeln, installerad 1979 i konserthuset i Sydney Opera House i Australien, är den största och tekniskt mest avancerade orgeln i världen. Designad och byggd av R. Sharp. Den har cirka 10 500 rör som styrs av en mekanisk transmission med fem hand och en fotkuddar. Orgeln kan styras automatiskt av ett magnetband på vilket musikerns framförande tidigare spelats in digitalt.

Termer som används för att beskriva organanordningar, reflekterar deras ursprung från rörformiga blåsinstrument in i vilka luft blåstes genom munnen. Organets rör är öppna ovanifrån och underifrån har de en smal konisk form. Tvärs över den tillplattade delen, ovanför konen, passerar "mynningen" på röret (skuren). En "tunga" (horisontell ribba) placeras inuti röret, så att en "labial öppning" (smal spalt) bildas mellan den och den nedre "läppen". Luft tvingas in i röret av en stor bälg och kommer in i dess konformade bas med ett tryck på 500 till 1000 pascal (5 till 10 cm vattenpelare). När, när motsvarande pedal och tangent trycks ned, luften kommer in i röret, rusar den upp och bildas när den lämnar labial fissur bred platt ström. En luftstråle passerar över "munnens" slits och, som träffar överläppen, interagerar med luftpelaren i själva röret; som ett resultat skapas stabila vibrationer som får röret att "tala". I och för sig är frågan om hur denna plötsliga övergång från tystnad till ljud sker i trumpeten mycket komplex och intressant, men den behandlas inte i den här artikeln. Samtalet kommer främst att handla om de processer som säkerställer orgelpipornas kontinuerliga klang och skapar deras karaktäristiska tonalitet.

Orgelpipan exciteras av luft som kommer in i dess nedre ände och bildar en stråle när den passerar genom springan mellan underläppen och tungan. I sektionen samverkar strålen med luftpelaren i röret nära överläppen och passerar antingen inuti röret eller utanför det. Oscillationer i stabilt tillstånd skapas i luftpelaren, vilket får trumpeten att ljuda. Lufttrycket, som varierar enligt lagen om stående våg, visas med färgad skuggning. En avtagbar hylsa eller plugg är monterad på den övre änden av röret, vilket gör att du kan ändra längden på luftpelaren något under justeringen.

Det kan tyckas att uppgiften att beskriva en luftstråle som genererar och bevarar ljudet av en orgel helt och hållet tillhör teorin om vätske- och gasflöden. Det visade sig dock att det är mycket svårt att teoretiskt överväga rörelsen av ens ett konstant, jämnt, laminärt flöde, eftersom analysen av en helt turbulent luftstråle som rör sig i en orgelpipa är otroligt komplex. Turbulens, som är en komplex form av luftrörelser, förenklar turbulens faktiskt luftflödets natur. Om detta flöde var laminärt, skulle luftstrålens växelverkan med omgivningen bero på deras viskositet. I vårt fall ersätter turbulens viskositet som den avgörande interaktionsfaktorn i direkt proportion till luftströmmens bredd. Vid konstruktionen av orgeln ägnas särskild uppmärksamhet åt att luftflödena i rören är helt turbulenta, vilket uppnås med hjälp av små snitt längs tungkanten. Till skillnad från laminärt flöde är överraskande turbulent flöde stabilt och kan reproduceras.

Det fullt turbulenta flödet blandas gradvis med den omgivande luften. Processen att expandera och sakta ner är relativt enkel. Kurvan som visar förändringen i flödeshastigheten beroende på avståndet från mittplanet i dess sektion har formen av en inverterad parabel, vars topp motsvarar hastighetens maximala värde. Flödesbredden ökar i proportion till avståndet från labialfissuren. Den kinetiska energin för flödet förblir oförändrad, så minskningen av dess hastighet är proportionell mot kvadratroten av avståndet från gapet. Detta beroende bekräftas av både beräkningar och experimentella resultat (med hänsyn till en liten övergångsregion nära labialgapet).

I en redan upphetsad och klingande orgelpipa kommer luftflödet från blygdläpparna in i ett intensivt ljudfält i pipans slits. Luftrörelsen som är förknippad med alstringen av ljud riktas genom slitsen och därför vinkelrät mot flödesplanet. För 50 år sedan lyckades B. Brown från College of University of London fotografera det laminära flödet av rökig luft i ljudfältet. Bilderna visade bildandet av slingrande vågor som ökar när de rör sig längs strömmen, tills den senare bryts upp i två rader av virvelringar som roterar i motsatta riktningar. Den förenklade tolkningen av dessa och liknande observationer har lett till en felaktig beskrivning av de fysiska processerna i orgelpipor, vilket finns i många läroböcker.

En mer fruktbar metod för att studera det faktiska beteendet hos en luftstråle i ett ljudfält är att experimentera med ett enda rör där ljudfältet skapas med hjälp av en högtalare. Som ett resultat av sådan forskning, utförd av J. Coltman i laboratoriet vid Westinghouse Electric Corporation och en grupp med mitt deltagande vid University of New England i Australien, är grunden för den moderna teorin om de fysiska processer som sker i orgelpipor utvecklades. Faktum är att även Rayleigh gav en grundlig och nästan fullständig matematisk beskrivning av laminära flöden av inviscid media. Eftersom man fann att turbulens inte komplicerar, utan förenklar den fysiska bilden av luftsträngar, var det möjligt att använda Rayleigh-metoden med små modifieringar för att beskriva de luftflöden som experimentellt erhållits och undersökts av Koltman och vår grupp.

Om det inte fanns någon labial slits i röret, skulle man förvänta sig att luftstrålen i form av en remsa av rörlig luft helt enkelt skulle röra sig fram och tillbaka tillsammans med all annan luft i rörslitsen under påverkan av akustiska vibrationer. I verkligheten, när strålen lämnar slitsen, stabiliseras den effektivt av själva slitsen. Denna effekt kan jämföras med resultatet av att pålägga den allmänna oscillerande rörelsen av luft i ljudfältet en strikt balanserad blandning lokaliserad i planet för en horisontell kant. Denna lokaliserade blandning, som har samma frekvens och amplitud som ljudfältet, och som ett resultat skapar nollblandning av strålen vid den horisontella fenan, lagras i det rörliga luftflödet och skapar en slingrande våg.

Fem pipor av olika design producerar ljud av samma tonhöjd men olika klang. Den andra trumpeten från vänster är dulciana, som har en mild, subtil klang, som påminner om klangen av ett stråkinstrument. Den tredje trumpeten är ett öppet spektrum, vilket ger ett lätt, klangfullt ljud, vilket är mest karakteristiskt för en orgel. Den fjärde trumpeten har ljudet av en kraftigt dämpad flöjt. Femte trumpet - Waldflote ( « skogsflöjt") med ett mjukt ljud. Träröret till vänster stängs med en plugg. Den har samma grundfrekvens som de andra rören, men resonerar vid udda övertoner vars frekvenser är ett udda antal gånger grundfrekvensen. Längden på de återstående rören är inte exakt densamma, eftersom "ändkorrigering" görs för att få samma stigning.

Som Rayleigh visade för den typ av jet han studerade, och som vi utförligt bekräftade för fallet med en divergerande turbulent jet, fortplantar sig vågen längs flödet med en hastighet som är något mindre än halva lufthastigheten i jetplanets centrala plan. I detta fall, när den rör sig längs flödet, ökar vågamplituden nästan exponentiellt. Vanligtvis fördubblas den när vågen rör sig en millimeter, och dess effekt blir snabbt dominerande över den enkla fram- och återgående sidorörelsen som orsakas av ljudvibrationer.

Det visade sig att den högsta vågtillväxthastigheten uppnås när dess längd längs flödet är sex gånger flödets bredd vid en given punkt. Å andra sidan, om våglängden är mindre än strömmens bredd, ökar inte amplituden och vågen kan försvinna helt. Eftersom luftstrålen expanderar och saktar ner när den rör sig bort från slitsen kan bara långa vågor, det vill säga lågfrekventa svängningar, fortplanta sig längs långa strömmar med stor amplitud. Denna omständighet kommer att visa sig vara viktig i det efterföljande övervägandet av skapandet av harmonisk klingande av orgelpipor.

Låt oss nu överväga effekten av en orgelpipas ljudfält på en luftstråle. Det är lätt att föreställa sig att ljudfältets akustiska vågor i rörslitsen gör att spetsen på luftstrålen rör sig över slitsens övre kant, så att strålen antingen är inuti röret eller utanför det. Det liknar en bild när en gunga redan trycks. Luftpelaren i röret oscillerar redan, och när luftbyarna kommer in i röret synkront med vibrationen, behåller de vibrationskraften trots de olika energiförluster som är förknippade med ljudutbredning och friktion av luft mot rörets väggar . Om luftbyarna inte sammanfaller med fluktuationerna i luftpelaren i röret, kommer de att undertrycka dessa fluktuationer och ljudet kommer att blekna.

Formen på luftstrålen visas i figuren som en serie på varandra följande ramar när den lämnar blygdläpparna i ett rörligt akustiskt fält som skapas i "munnen" av röret av en luftpelare som resonerar inuti röret. Periodisk förskjutning av luft i munsektionen skapar en slingrande våg som rör sig med en hastighet som är hälften av luftens hastighet i strålens centrala plan och ökar exponentiellt tills dess amplitud överstiger själva strålens bredd. Horisontella sektioner visar vägsegmenten som vågen färdas i strålen under på varandra följande fjärdedelar av oscillationsperioden. T. Sekantlinjerna närmar sig varandra när jethastigheten minskar. I orgelpipan är överläppen placerad på den plats som anges av pilen. Luftstrålen går växelvis ut och går in i röret.

Mätning av de ljudproducerande egenskaperna hos en luftstråle kan göras genom att placera filt- eller skumkilar i den öppna änden av röret för att förhindra ljud, och skapa en ljudvåg med liten amplitud med hjälp av en högtalare. Ljudvågen reflekteras från den motsatta änden av röret och interagerar med luftstrålen vid "mynningen". Strålens interaktion med den stående vågen inuti röret mäts med hjälp av en bärbar testmikrofon. På så sätt är det möjligt att detektera om luftstrålen ökar eller minskar energin hos den reflekterade vågen i den nedre delen av röret. För att trumpeten ska ljuda måste strålen öka energin. Mätresultaten uttrycks i termer av akustisk "konduktivitet", definierad som förhållandet mellan det akustiska flödet vid utgången från sektionen « mun" till ljudtrycket direkt bakom snittet. Konduktansvärdekurvan för olika kombinationer av luftutsläppstryck och oscillationsfrekvens har en spiralform, som visas i följande figur.

Förhållandet mellan förekomsten av akustiska svängningar i rörslitsen och ankomstögonblicket för nästa del av luftstrålen på slitsens övre läpp bestäms av det tidsintervall under vilket vågen i luftflödet färdas sträckan från labial slitsen till överläppen. Orgelbyggare kallar detta avstånd "undercut". Om "underskärningen" är stor eller trycket (och därmed rörelsehastigheten) av luften är låg, så kommer rörelsetiden att bli lång. Omvänt, om "underskärningen" är liten eller lufttrycket är högt, så blir restiden kort.

För att noggrant bestämma fasförhållandet mellan fluktuationerna av luftpelaren i röret och ankomsten av delar av luftstrålen på den inre kanten av överläppen, är det nödvändigt att studera mer i detalj arten av effekten av dessa proportioner på luftpelaren. Helmholtz trodde att huvudfaktorn här är mängden luftflöde som levereras av jetplanen. Därför, för att delarna av strålen ska kommunicera så mycket energi som möjligt till den oscillerande luftpelaren, måste de anlända i det ögonblick då trycket nära den inre delen av överläppen når ett maximum.

Rayleigh lade fram en annan position. Han menade att eftersom slitsen är placerad relativt nära den öppna änden av röret, kan de akustiska vågorna vid spåret, som påverkas av luftstrålen, inte skapa mycket tryck. Rayleigh trodde att luftflödet, som kommer in i röret, faktiskt stöter på ett hinder och nästan stannar, vilket snabbt skapar ett högt tryck i det, vilket påverkar dess rörelse i röret. Därför, enligt Rayleigh, kommer luftstrålen att överföra den maximala mängden energi om den kommer in i röret i det ögonblick då inte trycket, utan själva flödet av akustiska vågor är maximalt. Skiftet mellan dessa två maxima är en fjärdedel av svängningsperioden för luftpelaren i röret. Om vi drar en analogi med en gungbräda, så uttrycks denna skillnad i att trycka gungbrädan när den är på sin högsta punkt och har maximal potentiell energi (enligt Helmholtz), och när den är på sin lägsta punkt och har maximal hastighet (enligt Helmholtz) till Rayleigh).

Strålens akustiska konduktivitetskurva har formen av en spiral. Avståndet från startpunkten indikerar storleken på konduktiviteten och vinkelläget indikerar fasförskjutningen mellan det akustiska flödet vid spårets utlopp och ljudtrycket bakom spåret. När flödet är i fas med trycket ligger konduktivitetsvärdena i den högra halvan av helixen och strålens energi försvinner. För att strålen ska generera ljud måste konduktiviteterna vara i den vänstra halvan av helixen, vilket uppstår när strålen kompenseras eller fasas ut med avseende på trycket nedströms rörsnittet. I detta fall är längden på den reflekterade vågen större än längden på den infallande vågen. Värdet på referensvinkeln beror på vilken av de två mekanismerna som dominerar exciteringen av röret: Helmholtz-mekanismen eller Rayleigh-mekanismen. När konduktiviteten är i den övre halvan av helixen sänker strålen rörets egenresonansfrekvens och när konduktiviteten är i den nedre delen av helixen höjer den rörets egenresonansfrekvens.

Grafen över luftflödets rörelse i röret (streckad kurva) vid en given strålavböjning är asymmetrisk med avseende på nollavböjningsvärdet, eftersom rörläppen är utformad så att den skär strålen inte längs dess centrala plan. När strålen avböjs längs en enkel sinusform med stor amplitud (heldragen svart kurva), "mättas" luftflödet som kommer in i röret (färgkurva) först vid en yttersta punkt av strålavböjningen när det helt lämnar röret. Med en ännu större amplitud mättas luftflödet även vid den andra yttersta punkten för avvikelse, när strålen helt kommer in i röret. Förskjutningen av läppen ger flödet en asymmetrisk vågform, vars övertoner har frekvenser som är multiplar av frekvensen för den avlänkande vågen.

I 80 år förblev problemet olöst. Dessutom har inga nya studier faktiskt genomförts. Och först nu har hon hittat en tillfredsställande lösning tack vare L. Kremers och H. Leasing från Institutets arbete. Heinrich Hertz i väst. Berlin, S. Eller från US Naval Academy, Coltman och vår grupp. Kort sagt, både Helmholtz och Rayleigh hade båda delvis rätt. Förhållandet mellan de två verkningsmekanismerna bestäms av trycket från den insprutade luften och frekvensen av ljud, där Helmholtz-mekanismen är den huvudsakliga vid låga tryck och höga frekvenser, och Rayleigh-mekanismen vid höga tryck och låga frekvenser. För orgelpipor av standardutförande spelar Helmholtz-mekanismen vanligtvis en viktigare roll.

Koltman utvecklade ett enkelt och effektivt sätt att studera egenskaperna hos en luftstråle, som modifierades och förbättrades i vårt laboratorium. Denna metod bygger på studiet av luftstrålen vid orgelpipans slits, när dess bortre ände är stängd med filt eller skum ljudabsorberande kilar som hindrar pipan från att låta. Sedan, från en högtalare placerad längst ut, matas en ljudvåg ner i röret, som reflekteras från slitsens kant, först med en insprutad stråle och sedan utan den. I båda fallen samverkar de infallande och reflekterade vågorna inuti röret och skapar en stående våg. Genom att med en liten sondmikrofon mäta förändringar i vågkonfigurationen när luftstrålen appliceras, kan det fastställas om strålen ökar eller minskar energin hos den reflekterade vågen.

I våra experiment mätte vi faktiskt luftstrålens "akustiska konduktivitet", som bestäms av förhållandet mellan det akustiska flödet vid spårutgången, skapat av strålens närvaro, och det akustiska trycket direkt inuti spåret. Akustisk konduktivitet kännetecknas av storlek och fasvinkel, som kan representeras grafiskt som en funktion av frekvens eller urladdningstryck. Om vi presenterar en graf över konduktiviteten med en oberoende förändring i frekvens och tryck, kommer kurvan att ha formen av en spiral (se figur). Avståndet från spiralens startpunkt indikerar konduktivitetsvärdet, och vinkelläget för punkten på spiralen motsvarar fördröjningen i fasen av den sinuösa vågen som uppstår i strålen under påverkan av akustiska vibrationer i röret. En fördröjning på en våglängd motsvarar 360° runt helixens omkrets. På grund av de speciella egenskaperna hos den turbulenta strålen visade det sig att när konduktivitetsvärdet multipliceras med kvadratroten av tryckvärdet, passar alla värden som uppmäts för ett givet orgelrör i samma spiral.

Om trycket förblir konstant och frekvensen av de inkommande ljudvågorna ökar, närmar sig punkterna som indikerar storleken på konduktiviteten i en spiral mot dess mitt i medurs riktning. Vid konstant frekvens och ökande tryck rör sig dessa punkter bort från mitten i motsatt riktning.

Interiörvy av orgeln i Sydney Opera House. Några rör av dess 26 register är synliga. De flesta rören är gjorda av metall, vissa är gjorda av trä. Längden på den klingande delen av röret fördubblas var 12:e rör, och diametern på röret fördubblas ungefär var 16:e rör. Många års erfarenhet av mästarna - skaparna av orgel tillät dem att hitta de bästa proportionerna, vilket gav en stabil klangfärg.

När konduktivitetspunkten är i den högra halvan av helixen, tar strålen energi från flödet i röret, och därför uppstår en energiförlust. Med punktens läge i den vänstra halvan kommer strålen att överföra energi till flödet och därigenom fungera som en generator av ljudvibrationer. När konduktivitetsvärdet är i den övre halvan av spiralen, sänker strålen rörets naturliga resonansfrekvens, och när denna punkt är i den nedre halvan, höjer strålen rörets naturliga resonansfrekvens. Värdet på vinkeln som kännetecknar fasfördröjningen beror på vilket schema - Helmholtz eller Rayleigh - huvudexciteringen av röret utförs, och detta, som visas, bestäms av värdena för tryck och frekvens. Denna vinkel, mätt från den horisontella axelns högra sida (höger kvadrant), är dock aldrig signifikant större än noll.

Eftersom 360° runt spiralens omkrets motsvarar en fasfördröjning lika med längden av den lindningsvåg som utbreder sig längs luftstrålen, är storleken på en sådan fördröjning från mycket mindre än en fjärdedel av våglängden till nästan tre fjärdedelar av dess längd kommer att ligga på spiralen från mittlinjen, det vill säga i den delen , där strålen fungerar som en generator av ljudvibrationer. Vi har också sett att fasfördröjningen vid en konstant frekvens är en funktion av det insprutade lufttrycket, vilket påverkar både själva strålens hastighet och utbredningshastigheten för den slingrande vågen längs strålen. Eftersom hastigheten för en sådan våg är halva strålens hastighet, vilket i sin tur är direkt proportionell mot kvadratroten av trycket, är en förändring av strålens fas med halva våglängden möjlig endast med en signifikant tryckförändring . Teoretiskt sett kan trycket ändras med en faktor nio innan trumpeten slutar producera ljud vid sin grundfrekvens, om andra villkor inte överträds. I praktiken börjar dock trumpeten ljuda med en högre frekvens tills den angivna övre gränsen för tryckförändring nås.

Det bör noteras att för att kompensera för energiförluster i röret och säkerställa ljudstabilitet kan flera varv av spiralen gå långt till vänster. Endast ytterligare en sådan slinga, vars placering motsvarar ungefär tre halvvågor i strålen, kan få pipan att ljuda. Eftersom strängarnas konduktans vid denna punkt är låg, är ljudet som produceras svagare än något ljud som motsvarar en punkt på det yttre varvet av helixen.

Formen på ledningsspiralen kan bli ännu mer komplicerad om avvikelsen vid överläppen överstiger bredden på själva strålen. I detta fall blåses strålen nästan helt ut ur röret och blåses tillbaka in i det vid varje förskjutningscykel, och mängden energi som den ger till den reflekterade vågen i röret upphör att bero på en ytterligare ökning av amplituden. På motsvarande sätt minskar även luftsträngarnas effektivitet i läget att generera akustiska vibrationer. I detta fall leder en ökning av jetavböjningsamplituden endast till en minskning av ledningsspiralen.

Minskningen av jeteffektiviteten med en ökning av avböjningsamplituden åtföljs av en ökning av energiförlusterna i orgelröret. Svängningarna i röret sätts snabbt till en lägre nivå, där strålens energi exakt kompenserar för energiförlusterna i röret. Det är intressant att notera att i de flesta fall är energiförlusterna på grund av turbulens och viskositet mycket högre än de förluster som är förknippade med spridningen av ljudvågor genom slitsen och rörets öppna ändar.

Utsnitt av en orgelpipa av intervalltyp, som visar att tungan har en skåra för att skapa en enhetlig turbulent rörelse av luftströmmen. Röret är gjort av "märkt metall" - en legering med hög halt av tenn och tillsats av bly. Vid tillverkning av plåtmaterial från denna legering fixeras ett karakteristiskt mönster på det, vilket är tydligt synligt på fotografiet.

Naturligtvis är själva ljudet av pipan i orgeln inte begränsat till en specifik frekvens, utan innehåller ljud av högre frekvens. Det kan bevisas att dessa övertoner är exakta övertoner av grundfrekvensen och skiljer sig från den med ett helt antal gånger. Under konstanta luftinsprutningsförhållanden förblir formen på ljudvågen på oscilloskopet exakt densamma. Den minsta avvikelsen av den harmoniska frekvensen från ett värde som är strikt en multipel av grundfrekvensen leder till en gradvis, men tydligt synlig förändring av vågformen.

Detta fenomen är av intresse eftersom resonansvibrationerna i luftpelaren i en orgelpipa, som i alla öppna pipor, är inställda på frekvenser som skiljer sig något från övertonernas. Faktum är att med en ökning av frekvensen blir rörets arbetslängd något mindre på grund av en förändring i det akustiska flödet vid rörets öppna ändar. Som kommer att visas skapas övertoner i orgelpipan genom samverkan mellan luftstrålen och spaltens läpp, och själva pipan tjänar för högre frekvens övertoner främst som en passiv resonator.

Resonansvibrationer i röret skapas med den största luftrörelsen vid dess hål. Med andra ord bör ledningsförmågan i orgelpipan nå sitt maximum vid springan. Härav följer att resonansvibrationer även förekommer i ett rör med en öppen lång ände vid frekvenser vid vilka ett helt antal halvvågor av ljudvibrationer passar i rörets längd. Om vi betecknar grundfrekvensen som f 1, då blir högre resonansfrekvenser 2 f 1 , 3f 1 osv. (Faktum är att, som redan påpekats, är de högsta resonansfrekvenserna alltid något högre än dessa värden.)

I ett rör med en stängd eller dämpad långdistanshäst uppstår resonanssvängningar vid frekvenser där ett udda antal fjärdedelar av en våglängd passar i rörets längd. Därför, för att låta på samma ton, kan ett stängt rör vara hälften så långt som ett öppet, och dess resonansfrekvenser kommer att vara f 1 , 3f 1 , 5f 1 osv.

Resultaten av effekten av att ändra trycket från den forcerade luften på ljudet i en konventionell orgelpipa. Romerska siffror betecknar de första få övertonerna. Huvudtrumpetläget (i färg) täcker en rad välbalanserade normala ljud vid normalt tryck. När trycket ökar går ljudet av trumpeten till den andra övertonen; när trycket reduceras skapas en försvagad andra överton.

Låt oss nu återgå till luftströmmen i orgelpipan. Vi ser att högfrekventa vågstörningar gradvis avtar när strålens bredd ökar. Som ett resultat svänger änden av strålen nära den övre läppen nästan sinusformigt vid grundfrekvensen för ljudet av röret och nästan oberoende av de högre övertonerna i de akustiska fältsvängningarna nära rörslitsen. Den sinusformade rörelsen av strålen kommer dock inte att skapa samma rörelse av luftflödet i röret, eftersom flödet är "mättat" på grund av det faktum att det, med en extrem avvikelse i någon riktning, strömmar helt antingen från insidan eller från utsidan av överläppen. Dessutom är läppen vanligtvis något förskjuten och skär flödet inte exakt längs sitt centrala plan, så att mättnaden inte är symmetrisk. Därför har fluktuationen av flödet i röret en komplett uppsättning övertoner av grundfrekvensen med ett strikt definierat förhållande mellan frekvenser och faser, och de relativa amplituderna för dessa högfrekventa övertoner ökar snabbt med ökande amplitud av luftstråleavböjningen .

I ett konventionellt orgelrör är mängden strålavböjning i spåret i proportion till strålens bredd vid den övre läppen. Som ett resultat skapas ett stort antal övertoner i luftströmmen. Om läppen delade strålen strikt symmetriskt, skulle det inte finnas några jämna övertoner i ljudet. Så vanligtvis får läppen lite blandning för att behålla alla övertoner.

Som du kan förvänta dig skapar öppna och stängda rör olika ljudkvaliteter. Frekvenserna för övertonerna som skapas av strålen är en multipel av huvudstrålens oscillationsfrekvens. En luftpelare i ett rör ger stark resonans till en viss överton endast om rörets akustiska ledningsförmåga är hög. I detta fall kommer det att ske en kraftig ökning av amplituden vid en frekvens nära övertonens frekvens. Därför, i ett slutet rör, där endast övertoner med udda nummer av resonansfrekvens skapas, dämpas alla andra övertoner. Resultatet är ett karakteristiskt "dämpat" ljud där även övertoner är svaga, om än inte helt frånvarande. Tvärtom, ett öppet rör ger ett "lättare" ljud, eftersom det behåller alla övertoner som härrör från grundfrekvensen.

Ett rörs resonansegenskaper beror till stor del på energiförluster. Dessa förluster är av två typer: förluster på grund av intern friktion och värmeöverföring, och förluster på grund av strålning genom slitsen och den öppna änden av röret. Förluster av den första typen är mer betydande i smala rör och vid låga oscillationsfrekvenser. För breda rör och vid en hög oscillationsfrekvens är förlusterna av den andra typen betydande.

Inverkan av läppens placering på skapandet av övertoner indikerar att det är lämpligt att flytta läppen. Om läppen delade strålen strikt längs det centrala planet, skulle endast ljudet av grundfrekvensen (I) och den tredje övertonen (III) skapas i röret. Genom att flytta läppen, som visas av den prickade linjen, uppstår andra och fjärde övertoner, vilket berikar ljudkvaliteten avsevärt.

Härav följer att breda pipor för en given rörlängd, och därmed en viss grundfrekvens, kan fungera som bra resonatorer endast för grundtonen och de närmast följande övertonerna, som bildar ett dämpat "flöjtliknande" ljud. Smala rör fungerar som bra resonatorer för ett brett spektrum av övertoner, och eftersom strålningen vid höga frekvenser är mer intensiv än vid låga frekvenser produceras ett högt "trådigt" ljud. Mellan dessa två ljud finns ett klangfullt saftigt ljud, som blir karakteristiskt för en bra orgel, som skapas av de så kallade principalerna eller intervallen.

Dessutom kan ett stort organ ha rader av rör med en konisk kropp, en perforerad plugg eller andra geometriska variationer. Sådana konstruktioner är avsedda att modifiera trumpetens resonansfrekvenser, och ibland för att öka omfånget av högfrekventa övertoner för att få en klang av en speciell ljudfärg. Valet av material som röret är gjort av spelar ingen större roll.

Det finns ett stort antal möjliga typer av luftvibrationer i ett rör, vilket ytterligare komplicerar rörets akustiska egenskaper. Till exempel när lufttrycket i ett öppet rör ökas så mycket att den första övertonen skapas i strålen f 1 en fjärdedel av huvudvågens längd, kommer punkten på ledningsspiralen som motsvarar denna överton att flyttas till sin högra halva och strålen kommer att upphöra att skapa en överton av denna frekvens. Samtidigt, frekvensen för den andra övertonen 2 f 1 motsvarar en halvvåg i strålen, och den kan vara stabil. Klangen av trumpeten kommer därför att skifta till denna andra överton, nästan en hel oktav högre än den första, med den exakta svängningsfrekvensen beroende på trumpetens resonansfrekvens och lufttrycket.

En ytterligare ökning av utloppstrycket kan leda till bildandet av nästa överton 3 f 1 förutsatt att "underskärningen" av läppen inte är för stor. Å andra sidan händer det ofta att lågt tryck, otillräckligt för att bilda grundtonen, gradvis skapar en av övertonerna på ledningsspiralens andra varv. Sådana ljud, skapade med överskott eller brist på tryck, är av intresse för laboratorieforskning, men används extremt sällan i själva organen, bara för att uppnå någon speciell effekt.

Vy över en stående våg vid resonans i rör med öppen och stängd övre ände. Bredden på varje färgad linje motsvarar amplituden av vibrationer i olika delar av röret. Pilarna indikerar luftrörelsens riktning under ena halvan av svängningscykeln; under den andra halvan av cykeln är rörelseriktningen omvänd. Romerska siffror anger harmoniska tal. För ett öppet rör är alla övertoner i grundfrekvensen resonanta. Ett stängt rör måste vara hälften så långt för att producera samma ton, men bara de udda övertonerna är resonanta för den. Den komplexa geometrin hos rörets "mynning" förvränger något konfigurationen av vågorna närmare den nedre änden av röret, utan att ändra dem « huvud » karaktär.

Efter att mästaren i tillverkningen av orgeln har gjort en pipa med det nödvändiga ljudet, är hans främsta och svåraste uppgift att skapa hela serien av pipor med lämplig volym och harmoni i ljud genom hela klaviaturens musikaliska omfång. Detta kan inte uppnås med en enkel uppsättning rör med samma geometri, som endast skiljer sig i deras dimensioner, eftersom energiförlusterna från friktion och strålning i sådana rör kommer att ha en annan effekt på svängningar med olika frekvenser. För att säkerställa konstanta akustiska egenskaper över hela området är det nödvändigt att variera ett antal parametrar. Rörets diameter ändras med dess längd och beror på det som en potens med en exponent k, där k är mindre än 1. Därför görs långa baspipor smalare. Det beräknade värdet på k är 5/6, eller 0,83, men med hänsyn till de psykofysiska egenskaperna hos mänsklig hörsel bör det reduceras till 0,75. Detta värde på k är mycket nära det som empiriskt bestämdes av de stora orgelmakarna på 1600- och 1700-talen.

Låt oss avslutningsvis överväga en fråga som är viktig ur orgelspelets synvinkel: hur ljudet av många pipor i en stor orgel styrs. Den grundläggande mekanismen för denna kontroll är enkel och liknar raderna och kolumnerna i en matris. Rör arrangerade av register motsvarar matrisens rader. Alla pipor i samma register har samma ton, och varje pipa motsvarar en ton på hand- eller fottangentbordet. Lufttillförseln till rören i varje register regleras av en speciell spak på vilken registrets namn anges, och lufttillförseln direkt till rören som är associerade med en given anteckning och som utgör en kolumn i matrisen regleras av motsvarande tangent på tangentbordet. Trumpeten ljuder endast om spaken på registret i vilken den är placerad flyttas och önskad tangent trycks ned.

Orgelpipornas placering liknar raderna och kolumnerna i en matris. I detta förenklade diagram består varje rad, kallad registret, av rör av samma typ, som var och en producerar en ton (den övre delen av diagrammet). Varje kolumn som är associerad med en ton på tangentbordet (nedre delen av diagrammet) innehåller olika typer av rör (vänster del av diagrammet). En spak på konsolen (höger sida av diagrammet) ger luftåtkomst till alla rör i registret, och ett tryck på en tangent på tangentbordet blåser in luft i alla rör för en given ton. Luftåtkomst till röret är endast möjligt när raden och kolumnen är påslagna samtidigt.

Nuförtiden kan en mängd olika sätt att implementera en sådan krets användas med hjälp av digitala logiska enheter och elektriskt styrda ventiler på varje rör. Äldre organ använde enkla mekaniska spakar och rörventiler för att tillföra luft till tangentbordskanalerna, och mekaniska reglage med hål för att kontrollera luftflödet till hela registret. Detta enkla och pålitliga mekaniska system, utöver dess designfördelar, gjorde det möjligt för organisten att själv reglera hastigheten för att öppna alla ventiler och, så att säga, gjorde detta alltför mekaniska musikinstrument närmare honom.

I XIX i början av XX-talet. stora orglar byggdes med alla möjliga elektromekaniska och elektropneumatiska anordningar, men nyligen har återigen företräde givits åt mekaniska överföringar från tangenter och pedaler, och komplexa elektroniska anordningar används för att samtidigt slå på kombinationer av register medan man spelar orgel. Till exempel installerades världens största motordrivna orgel i Sydney Opera House konserthus 1979. Den har 10 500 pipor i 205 register fördelade på fem hand- och enfotsklaviatur. Nyckelstyrningen utförs mekaniskt, men den dupliceras av en elektrisk transmission som du kan ansluta till. På så sätt kan organistens framförande spelas in i en kodad digital form, som sedan kan användas för automatisk uppspelning på originalföreställningens orgel. Kontrollen av register och deras kombinationer utförs med hjälp av elektriska eller elektropneumatiska enheter och mikroprocessorer med minne, vilket gör att du kan variera kontrollprogrammet i stor utsträckning. Således skapas det magnifika rika ljudet av den majestätiska orgeln av en kombination av de mest avancerade prestationerna av modern teknik och traditionella tekniker och principer som har använts av mästare från det förflutna i många århundraden.

När den oansenliga beigemålade dörren öppnades var det bara några trätrappor som fångade mig ur mörkret. Direkt bakom dörren går en kraftfull trälåda som liknar en ventilationslåda upp. "Försiktigt, det här är en orgelpipa, 32 fot, basflöjtregister," varnade min guide. "Vänta, jag tänder lampan." Jag väntar tålmodigt och ser fram emot en av de mest intressanta utflykterna i mitt liv. Framför mig finns ingången till orgeln. Detta är det enda musikinstrument du kan gå in i.

Kroppen är över hundra år gammal. Den står i den stora salen i Moskvakonservatoriet, den mycket berömda salen, från vars väggar porträtt av Bach, Tjajkovskij, Mozart, Beethoven ser på dig ... Men allt som är öppet för betraktarens öga är organistens konsol. vände sig till hallen med dess baksida och ett lite konstigt trä "Prospect" med vertikala metallrör. När de tittar på orgelns fasad kommer den oinvigde inte att förstå hur och varför detta unika instrument spelar. För att avslöja dess hemligheter måste du närma dig frågan från en annan vinkel. Bokstavligen.

Natalya Vladimirovna Malina, kurator för orgeln, lärare, musiker och orgelmästare, gick vänligt med på att bli min guide. "Du kan bara gå framåt i orgeln", förklarar hon strängt för mig. Detta krav har ingenting att göra med mystik och vidskepelse: helt enkelt, rör sig bakåt eller i sidled, kan en oerfaren person trampa på ett av orgelpiporna eller röra vid det. Och det finns tusentals rör.

Orgelns huvudprincip, som skiljer den från de flesta blåsinstrument: en pipa - en ton. Pans flöjt kan betraktas som en gammal förfader till orgeln. Detta instrument, som funnits sedan urminnes tider i olika delar av världen, består av flera ihåliga vassar av olika längd sammanbundna. Om du blåser i en vinkel vid mynningen av den kortaste kommer ett tunt högt ljud att höras. Längre vass låter lägre.

Ett roligt instrument är ett munspel med ovanliga trumpeter för detta instrument. Men nästan exakt samma design kan hittas i vilken stor orgel som helst (som den som visas på bilden till höger) - det är så "rör" orgelpipor är arrangerade

Ljudet av tre tusen trumpeter. Allmänt schema Diagrammet visar ett förenklat diagram av ett organ med en mekanisk dragning. Fotografier som visar individuella komponenter och anordningar av instrumentet togs inuti orgeln i Great Hall of the Moscow State Conservatory. Diagrammet visar inte bälgen, som håller konstant tryck i vindlocket, och Barker-spakarna (de finns på bilderna). Det saknas också en pedal (fottangentbord)

Till skillnad från en vanlig flöjt kan du inte ändra tonhöjden på ett enskilt rör, så Pans flöjt kan spela exakt lika många toner som det finns vass i den. För att få instrumentet att producera mycket låga ljud är det nödvändigt att inkludera rör av stor längd och stor diameter i dess sammansättning. Det är möjligt att göra många Pan-flöjter med rör av olika material och olika diametrar, och då kommer de att blåsa samma toner med olika klangfärger. Men att spela alla dessa instrument samtidigt kommer inte att fungera - du kan inte hålla dem i dina händer, och det kommer inte att finnas tillräckligt med andetag för gigantiska "vass". Men om vi sätter alla våra räfflor vertikalt, förser varje enskilt rör med en luftinloppsventil, kommer på en mekanism som skulle ge oss möjlighet att styra alla ventiler från tangentbordet och slutligen skapa en design för att pumpa luft med dess efterföljande distribution har vi precis fått ett orgel.

På ett gammalt skepp

Rör i orglar är gjorda av två material: trä och metall. Träpipor som används för att extrahera basljud har en kvadratisk sektion. Metallrör är vanligtvis mindre, de är cylindriska eller koniska till formen och är vanligtvis gjorda av en legering av tenn och bly. Om det finns mer tenn är pipan högre, om det finns mer bly är det extraherade ljudet dövare, "bomull".

Legeringen av tenn och bly är mycket mjuk, varför orgelpipor lätt deformeras. Om ett stort metallrör läggs på sidan, kommer det efter ett tag att få en oval sektion under sin egen vikt, vilket oundvikligen kommer att påverka dess förmåga att extrahera ljud. När jag rör mig inuti orgeln i Moskvakonservatoriets stora sal försöker jag bara röra trädelarna. Om du trampar på en pipa eller obekvämt tar tag i den kommer orgelmästaren att få nya problem: pipan måste "läkas" - rätas ut eller till och med lödas.

Orgeln jag är inne i är långt ifrån den största i världen och ens i Ryssland. När det gäller storlek och antal pipor är det sämre än orglarna i Moscow House of Music, katedralen i Kaliningrad och konserthuset. Tjajkovskij. De viktigaste rekordhållarna är utomlands: till exempel har instrumentet installerat i Atlantic City Convention Hall (USA) mer än 33 000 rör. I orgeln i Konservatoriets stora sal finns tio gånger färre pipor, "bara" 3136, men inte ens detta betydande antal kan placeras kompakt på ett plan. Orgeln inuti är flera nivåer på vilka pipor är installerade i rader. För orgelmästarens tillträde till rören gjordes en smal passage i form av en plankplattform på varje våning. Nivåerna är sammankopplade med trappor, där stegens roll utförs av vanliga tvärbalkar. Inuti orgeln är det trångt, och förflyttning mellan nivåerna kräver en viss fingerfärdighet.

”Min erfarenhet är att”, säger Natalya Vladimirovna Malina, ”det är bäst för en orgelmästare att vara smal och lätt i vikt. Det är svårt för en person med andra dimensioner att arbeta här utan att skada instrumentet. Nyligen höll en elektriker - en tung man - på att byta en glödlampa över en orgel, snubblade och bröt ett par plankor från planktaket. Det var inga personskador eller skadade, men de nedfallna plankorna skadade 30 orgelpipor.”

Mentalt uppskattar jag att ett par orgelmästare av idealiska proportioner lätt skulle passa i min kropp, och jag kastar en försiktig blick på den tunna trappan som leder till de övre nivåerna. "Oroa dig inte," lugnar Natalya Vladimirovna mig, "gå bara fram och upprepa rörelserna efter mig. Strukturen är stark, den tål dig.

Vissla och vass

Vi klättrar till orgelns övre våning, varifrån en vy över Stora salen från den översta punkten, som är otillgänglig för en enkel besökare i vinterträdgården, öppnar sig. På scenen nedanför, där repetitionen av stråkensemblen precis avslutats, går små män runt med fioler och altfioler. Natalya Vladimirovna visar mig de spanska registren nära skorstenen. Till skillnad från andra rör är de inte vertikala, utan horisontella. De bildar ett slags visir över orgeln och blåser direkt in i salen. Skaparen av orgeln i Stora salen, Aristide Cavaillé-Coll, kom från en fransk-spansk familj av orgelmästare. Därav de pyreniska traditionerna i instrumentet på Bolshaya Nikitskaya Street i Moskva.

Förresten, om spanska register och register i allmänhet. "Register" är ett av nyckelbegreppen i designen av orgeln. Detta är en serie orgelpipor med en viss diameter, som bildar en kromatisk skala enligt tangenterna på deras klaviatur eller en del av det.

Beroende på skalan på de pipor som ingår i deras sammansättning (skalan är förhållandet mellan de rörparametrar som är viktigast för karaktär och ljudkvalitet) ger registren ett ljud med en annan klangfärg. Medtagen av jämförelser med panflöjten missade jag nästan en subtilitet: faktum är att inte alla orgelpipor (som vassen på en gammal flöjt) är aerofoner. En aerofon är ett blåsinstrument där ljudet bildas som ett resultat av vibrationerna från en luftpelare. Dessa inkluderar flöjt, trumpet, tuba, horn. Men saxofon, oboe, munspel är i gruppen idiofoner, det vill säga "självklingande". Det är inte luften som svänger här, utan tungan som strömlinjeformas av luftflödet. Lufttryck och elastisk kraft, som motverkar, får vassen att darra och sprider ljudvågor, som förstärks av instrumentets klocka som en resonator.

De flesta pipor i orgeln är aerofoner. De kallas labial, eller visslande. Idiofonrör utgör en speciell grupp av register och kallas rörrör.

Hur många händer har en organist?

Men hur lyckas en musiker få alla dessa tusentals pipor - trä och metall, visselpipor och vass, öppna och stängda - dussintals eller hundratals register ... att låta i rätt tid? För att förstå detta, låt oss gå ner en stund från den övre delen av orgeln och gå till predikstolen, eller organistens konsol. Den oinvigde vid åsynen av den här enheten darrar som innan instrumentbrädan på ett modernt flygplan. Flera manuella tangentbord - manualer (det kan finnas fem eller till och med sju!), En fot plus några andra mystiska pedaler. Det finns också många avgasspakar med inskriptioner på handtagen. Vad är allt detta till för?

Naturligtvis har organisten bara två händer, och han kommer inte att kunna spela alla manualer samtidigt (det finns tre av dem i Stora salens orgel, vilket också är ganska mycket). Det behövs flera manuella tangentbord för att mekaniskt och funktionellt separera grupper av register, precis som i en dator är en fysisk hårddisk uppdelad i flera virtuella. Så, till exempel, styr den första manualen för Great Hall-orgeln pipor i en grupp (den tyska termen är Werk) av register som kallas Grand Orgue. Den omfattar 14 register. Den andra manualen (Positif Expressif) ansvarar också för 14 register. Det tredje tangentbordet - Recit expressif - 12 register. Slutligen fungerar fotkontakten med 32 tangenter, eller "pedal", med tio basregister.

Att argumentera ur en lekmans synvinkel är till och med 14 register för ett tangentbord på något sätt för mycket. När allt kommer omkring, genom att trycka på en tangent kan organisten få 14 pipor att låta samtidigt i olika register (faktiskt mer på grund av register som mixtura). Och om du behöver spela en ton i bara ett register eller i några få utvalda? För detta ändamål används faktiskt avgasspakarna till höger och vänster om manualerna. Genom att dra ut spaken med namnet på registret skrivet på handtaget, öppnar musikern ett slags spjäll som öppnar luften till rören till ett visst register.

Så, för att spela den önskade tonen i det önskade registret, måste du välja den manuella eller pedalklaviaturen som styr detta register, dra ut spaken som motsvarar detta register och trycka på önskad tangent.

Kraftfull andetag

Den sista delen av vår turné är tillägnad luften. Själva luften som får orgeln att låta. Tillsammans med Natalya Vladimirovna går vi ner till våningen nedanför och befinner oss i ett rymligt tekniskt rum, där det inte finns något från den högtidliga stämningen i Stora salen. Betonggolv, vitkalkade väggar, välvda trästödkonstruktioner, luftkanaler och en elmotor. Under det första decenniet av orgelns existens arbetade calcanterockare hårt här. Fyra friska män stod på rad, tog med båda händerna en pinne som träddes genom en stålring på disken och tryckte växelvis med ena eller andra foten på spakarna som blåste upp pälsen. Skiftet var planerat till två timmar. Om konserten eller repetitionen varade längre byttes de trötta rockarna ut mot färska förstärkningar.

Gamla pälsar, fyra till antalet, har överlevt till denna dag. Enligt Natalya Vladimirovna finns det en legend runt vinterträdgården som en gång försökte ersätta rockers arbete med hästkraft. För detta påstås till och med skapas en speciell mekanism. Men tillsammans med luften steg lukten av hästgödsel in i Stora salen, och grundaren av den ryska orgelskolan A.F. Gedike tog det första ackordet, rörde missnöje på näsan och sa: "Det stinker!"

Oavsett om denna legend är sann eller inte, 1913 ersatte elmotorn äntligen muskelstyrkan. Med hjälp av en remskiva snurrade han på axeln som i sin tur satte bälgen i rörelse genom vevmekanismen. Därefter övergavs även detta schema, och idag pumpar en elektrisk fläkt luft in i orgeln.

I orgeln kommer den forcerade luften in i den så kallade magasinsbälgen, som var och en är kopplad till en av de 12 vindladdarna. Windlada är en tryckluftstank som ser ut som en trälåda, på vilken faktiskt rader av rör är installerade. På en vindlad brukar flera register placeras. Stora rör, som inte har tillräckligt med utrymme på vindladan, är installerade på sidan, och en luftkanal i form av ett metallrör förbinder dem med vindladan.

Windladorna på orgeln i Stora salen ("loopflade"-designen) är uppdelade i två huvuddelar. I den nedre delen, med hjälp av magasinpäls, upprätthålls konstant tryck. Toppen är uppdelad av lufttäta skiljeväggar i så kallade tonkanaler. Alla pipes av olika register, styrda av en tangent i manualen eller pedalen, har en utgång till tonkanalen. Varje tonkanal är ansluten till vindladans botten genom ett hål som stängs av en fjäderbelastad ventil. När en tangent trycks in genom dragningen överförs rörelsen till ventilen, den öppnar och den komprimerade luften kommer in i tonkanalen uppåt. Alla rör som har tillgång till denna kanal borde i teorin börja ljuda, men ... detta händer som regel inte. Faktum är att så kallade slingor passerar genom hela den övre delen av vindladan - luckor med hål placerade vinkelrätt mot tonkanalerna och har två positioner. I en av dem täcker slingorna helt alla rör i ett givet register i alla tonkanaler. I den andra är registret öppet, och dess rör börjar ljuda så snart, efter att ha tryckt på en tangent, kommer luft in i motsvarande tonkanal. Styrningen av slingorna, som du kanske kan gissa, utförs av spakar på fjärrkontrollen genom registerbanan. Enkelt uttryckt låter tangenterna alla pipor ljuda i sina tonkanaler, och looparna bestämmer favoriterna.

Vi tackar ledningen för Moskvas statliga konservatorium och Natalya Vladimirovna Malina för deras hjälp med att förbereda denna artikel.