Koji zvuči uz pomoć cijevi (metalnih, drvenih, bez trske i sa trskom) raznih tonova, u koje se uz pomoć mijeha uduvava zrak.
Sviranje orgulja se izvodi pomoću nekoliko tastatura za ruke (priručnici) i tastature s pedalom.
Po zvučnom bogatstvu i obilju muzičkih sredstava orgulje su na prvom mjestu među svim instrumentima i ponekad se nazivaju „kraljem instrumenata“. Zbog svoje ekspresivnosti dugo je bio vlasništvo crkve.
Zove se osoba koja svira muziku na orguljama orguljaš.
Vojnici Trećeg Rajha nazvali su sovjetske višestruke raketne sisteme BM-13 "Staljinovim orguljama" zbog zvuka repa projektila.
Istorija orgulja
Embrion organa se može vidjeti u, kao iu. Vjeruje se da je orgulje (hydraulos; također hydraulikon, hydraulis - „vodeni organ“) izumio Grk Ktesibije, koji je živio u Aleksandriji u Egiptu 296-228. BC e. Slika sličnog alata dostupna je na jednom novčiću ili žetonu iz vremena Nerona.
Veliki organi javljaju se u 4. veku, manje ili više poboljšani organi u 7. i 8. veku. Papa Vitalijan (666.) uveo je orgulje u Katoličku crkvu. U 8. veku Vizantija je bila poznata po svojim orguljama.
Umetnost pravljenja orgulja razvila se i u Italiji, odakle su u 9. veku poslate u Francusku. Kasnije se ova umjetnost razvila u Njemačkoj. Orgulje su počele da dobijaju najveću i sveprisutnu rasprostranjenost u XIV veku. U 14. veku u orguljama se pojavljuje pedala, odnosno tastatura za stopala.
Srednjovjekovne orgulje, u poređenju sa kasnijim, bile su grube izrade; ručna tastatura se, na primjer, sastojala od tipki širine od 5 do 7 cm, razmak između tipki je dostigao jedan i po cm. Tipke su udarali ne prstima, kao sada, već šakama.
U 15. stoljeću ključevi su smanjeni, a broj lula povećan.
Uređaj za organe
Poboljšani organi dosegli su ogroman broj cijevi i cijevi; na primjer, orgulje u Parizu u crkvi sv. Sulpice ima 7 hiljada cijevi i cijevi. U orguljama se nalaze cijevi i cijevi sljedećih veličina: na 1 stopi note zvuče tri oktave više od napisanog, na 2 stope, note zvuče dvije oktave više od napisanog, na 4 stope, note zvuče za oktavu više od napisanog, na 8 stopa, note zvuče onako kako su napisane, na 16 stopa - note zvuče oktavu ispod napisanog, na 32 stope - note zvuče dvije oktave ispod napisanog. Zatvaranje cijevi odozgo dovodi do smanjenja emitiranih zvukova za oktavu. Nemaju svi organi velike cijevi.
U orguljama ima od 1 do 7 klavijatura (obično 2-4); oni se nazivaju priručnike. Iako svaka klavijatura za orgulje ima jačinu od 4-5 oktava, zahvaljujući cijevima koje zvuče dvije oktave ispod ili tri oktave iznad napisanih nota, jačina velikih orgulja ima 9,5 oktava. Svaki set lula istog tembra je, takoreći, poseban instrument i zove se registar.
Svaki od uvlačećih ili uvlačivih tastera ili registara (koji se nalaze iznad tastature ili sa strane instrumenta) pokreće odgovarajući red cevi. Svako dugme ili registar ima svoje ime i odgovarajući natpis, koji označava dužinu najveće cevi ovog registra. Kompozitor može naznačiti naziv registra i veličinu cijevi u napomenama iznad mjesta gdje se ovaj registar primjenjuje. (Izbor registara za izvođenje muzičkog djela naziva se registracija.) Registri u organima su od 2 do 300 (najčešće se nalaze od 8 do 60).
Svi registri spadaju u dvije kategorije:
- Registri sa cijevima bez trske(labijalni registri). U ovu kategoriju spadaju registri otvorenih flauta, registri zatvorenih frula (burdoni), registri prizvuka (napitaka), u kojima svaka nota ima nekoliko (slabijih) harmonijskih prizvuka.
- Registri sa cijevima sa trskom(reed registri). Kombinacija registara obje kategorije zajedno s napitkom naziva se plein jeu.
Tastature ili priručnici nalaze se u terasastim orguljama, jedna iznad druge. Pored njih, tu je i tastatura sa pedalom (od 5 do 32 tastera), uglavnom za niske zvukove. Dio za ruke ispisan je na dva štapa - u ključevima i kao za. Dio pedala je često napisan odvojeno na istom štapu. Tastatura pedala, jednostavno nazvana "pedala", svira se sa obe noge, koristeći naizmenično petu i prst (do 19. veka samo prst). Orgulje bez pedale nazivaju se pozitivnim, a male prijenosne orgulje se nazivaju prijenosnim.
Priručnici u organima imaju nazive koji zavise od lokacije cijevi u orguljama.
- Glavni priručnik (koji ima najglasnije registre) - u njemačkoj tradiciji se zove Hauptwerk(francuski Grand orgue, Grand clavier) i nalazi se najbliže izvođaču, odnosno u drugom redu;
- Drugi najvažniji i najglasniji priručnik u njemačkoj tradiciji se zove Oberwerk(glasnija verzija) ili Pozitivno(laka verzija) (fr. Rositif), ako se cijevi ovog priručnika nalaze IZNAD lula Hauptwerk, ili Ruckpositiv, ako se cijevi ovog priručnika nalaze odvojeno od ostalih cijevi orgulja i postavljene su iza stražnji dio orguljaša; Tasteri Oberwerk i Positiv na konzoli za igru nalaze se jedan nivo iznad tastera Hauptwerk, a tasteri Ruckpositiv su jedan nivo ispod tastera Hauptwerk, čime se reprodukuje arhitektonska struktura instrumenta.
- Priručnik, čije se cijevi nalaze unutar svojevrsne kutije, koja ima okomite kapke u prednjem dijelu žaluzina u njemačkoj tradiciji nazivaju se Schwellwerk(fr. Recit (expressif). Schwellwerk se može nalaziti i na samom vrhu orgulja (češće), i na istom nivou kao i Hauptwerk. Schwellwerka tipke se nalaze na konzoli za igru na višem nivou od Hauptwerk, Oberwerk , Positiv, Ruckpositive.
- Postojeće vrste priručnika: Hinterwerk(cijevi se nalaze na stražnjoj strani orgulja), Brustwerk(lule se nalaze direktno iznad sedišta orguljaša), Solowerk(solo registri, vrlo glasne trube raspoređene u posebnu grupu), Hor itd.
Sljedeći uređaji služe kao olakšanje sviračima i sredstvo za pojačavanje ili prigušivanje zvučnosti:
copula- mehanizam kojim se spajaju dvije tastature, pri čemu registri koji se napreduju na njima djeluju istovremeno. Kopula omogućava igraču na jednom priručniku da koristi proširene registre drugog.
4 oslonca za noge iznad daske za pedale(Pedale de combinaison, Tritte), od kojih svaki djeluje na određenu kombinaciju registara.
Roletne- uređaj koji se sastoji od vrata koja zatvaraju i otvaraju cijelu prostoriju cijevima različitih registara, zbog čega se zvuk pojačava ili slabi. Vrata se pokreću pomoću stopice (kanala).
Budući da registri u različitim orguljama različitih zemalja i epoha nisu isti, obično nisu detaljno naznačeni u dijelu za orgulje: preko se ispisuje samo priručnik, oznaka lula sa ili bez trske, te veličina lula. jedno ili drugo mjesto u dijelu organa. Ostatak detalja dostavlja se izvođaču.
Orgulje se često kombinuju sa orkestrom i pevanjem u oratorijumima, kantatama, psalmima, a takođe i u operi.
Postoje i električni (elektronski) organi, npr. Hammond.
Kompozitori koji su komponovali muziku za orgulje
Johann Sebastian Bach
Johann Adam Reinken
Johann Pachelbel
Dietrich Buxtehude
Girolamo Frescobaldi
Johann Jakob Froberger
Georg Friedrich Handel
Siegfried Karg-Elert
Henry Purcell
Max Reger
Vincent Lübeck
Johann Ludwig Krebs
Matthias Weckman
Domenico Zipoli
Cesar Frank
Video: Orgulje na video + zvuk
Zahvaljujući ovim video zapisima, možete se upoznati sa instrumentom, gledati pravu igru na njemu, slušati njegov zvuk, osjetiti specifičnosti tehnike:
Prodaja alata: gdje kupiti/naručiti?
Enciklopedija još ne sadrži informacije o tome gdje kupiti ili naručiti ovaj instrument. Možete ga promijeniti!
Kada su se neupadljiva bež obojena vrata otvorila, iz mraka mi je za oko zapalo samo nekoliko drvenih stepenica. Odmah iza vrata uzdiže se moćna drvena kutija koja liči na ventilacionu kutiju. “Pažljivo, ovo je cijev za orgulje, 32 stope, registar bas flaute”, upozorio je moj vodič. "Čekaj, upalit ću svjetlo." Strpljivo čekam, očekujući jedan od najzanimljivijih izleta u svom životu. Ispred mene je ulaz u orgulje. Ovo je jedini muzički instrument u koji možete ući
Smiješan instrument je harmonika sa neobičnim trubama za ovaj instrument. Ali gotovo potpuno isti dizajn može se naći u svim velikim orguljama (poput onog prikazanog na slici desno) - ovako su raspoređene cijevi za orgulje "trščake"
Zvuk tri hiljade truba. Opća shema Dijagram prikazuje pojednostavljeni dijagram organa s mehaničkom trakturom. Fotografije koje prikazuju pojedine komponente i uređaje instrumenta snimljene su unutar orgulja Velike dvorane Moskovskog državnog konzervatorija. Na dijagramu nisu prikazani mehovi koji održavaju konstantan pritisak u vitlu i Barker poluge (na slikama su). Takođe nedostaje pedala (nožna tastatura)
Telo je staro preko sto godina. Nalazi se u Velikoj sali Moskovskog konzervatorijuma, veoma poznatoj sali, sa čijih zidova u vas gledaju portreti Baha, Čajkovskog, Mocarta, Betovena... Ipak, oku gledaoca je otvoreno samo orguljaš konzola okrenuta ka hodniku sa stražnjom stranom i pomalo umjetničkim drvenim "prospektom" sa vertikalnim metalnim cijevima. Gledajući fasadu orgulja, neupućeni neće shvatiti kako i zašto svira ovaj jedinstveni instrument. Da biste otkrili njegove tajne, morat ćete pristupiti problemu iz drugog ugla. Bukvalno.
Natalija Vladimirovna Malina, kustos orgulja, učiteljica, muzičar i majstor orgulja, ljubazno je pristala da postane moj vodič. „Možeš napredovati samo u orguljama“, objašnjava mi ona strogo. Ovaj zahtjev nema nikakve veze s misticizmom i praznovjerjem: jednostavno, krećući se unazad ili u stranu, neiskusna osoba može stati na jednu od cijevi organa ili je dodirnuti. I tu su hiljade cijevi.
Glavni princip orgulja, koji ih razlikuje od većine duvačkih instrumenata: jedna cijev - jedna nota. Panovu flautu možemo smatrati drevnim pretkom orgulja. Ovaj instrument, koji postoji od pamtivijeka u različitim dijelovima svijeta, sastoji se od nekoliko šupljih trska različite dužine povezanih zajedno. Ako dunete pod uglom u ustima najkraćeg, čut će se tanak zvuk visokog tona. Duže trske zvuče niže.
Za razliku od obične flaute, ne možete promijeniti visinu tona pojedine cijevi, tako da Panova frula može svirati točno onoliko nota koliko ima trske u njoj. Da bi instrument proizvodio vrlo niske zvukove, potrebno je u njegov sastav uključiti cijevi velike dužine i velikog promjera. Moguće je napraviti mnogo Pan flauta sa cijevima od različitih materijala i različitih prečnika, a zatim će puhati iste note s različitim tembrima. Ali sviranje na svim ovim instrumentima u isto vrijeme neće uspjeti - ne možete ih držati u rukama, a neće biti dovoljno daha za džinovske "trske". Ali ako sve naše flaute postavimo okomito, obezbedimo svaku pojedinačnu cev sa ventilom za dovod vazduha, smislimo mehanizam koji bi nam dao mogućnost da kontrolišemo sve ventile sa tastature i, konačno, kreiramo dizajn za pumpanje vazduha sa njegovu kasniju distribuciju, upravo smo dobili organ.
Na starom brodu
Cijevi u orguljama se izrađuju od dva materijala: drveta i metala. Drvene cijevi koje se koriste za izdvajanje basova imaju kvadratni presjek. Metalne cijevi su obično manjeg, cilindričnog ili konusnog oblika i obično se izrađuju od legure kalaja i olova. Ako je više kalaja, cijev je glasnija, ako je više olova, izvučeni zvuk je gluviji, "pamuk".
Legura kalaja i olova je vrlo mekana, zbog čega se cijevi organa lako deformišu. Ako se velika metalna cijev položi na bok, nakon nekog vremena ona će pod vlastitom težinom dobiti ovalni presjek, što će neizbježno utjecati na njenu sposobnost izdvajanja zvuka. Krećući se unutar orgulja Velike sale Moskovskog konzervatorijuma, pokušavam da dodirnem samo drvene delove. Ako nagazite na cijev ili je nespretno zgrabite, majstor za orgulje će imati nove nevolje: cijev će se morati "izliječiti" - ispraviti ili čak zalemiti.
Orgulje u kojima se nalazim daleko od toga da su najveći na svijetu, pa čak ni u Rusiji. Po veličini i broju lula inferioran je orguljama Moskovskog doma muzike, Katedrale u Kalinjingradu i Koncertne dvorane. Čajkovski. Glavni rekorderi su u inostranstvu: na primjer, instrument instaliran u kongresnoj dvorani Atlantic City (SAD) ima više od 33.000 cijevi. U orguljama Velike dvorane Konzervatorijuma nalazi se deset puta manje lula, "samo" 3136, ali ni ovaj značajan broj ne može se kompaktno smjestiti u jednu ravan. Orgulje su unutar nekoliko slojeva na kojima su cijevi postavljene u redovima. Za pristup orguljama cijevima, na svakom je sloju napravljen uski prolaz u obliku platforme od dasaka. Slojevi su međusobno povezani stepenicama, u kojima ulogu stepenica obavljaju obične poprečne grede. Unutar organa je gužva, a kretanje između slojeva zahtijeva određenu spretnost.
„Moje iskustvo je da je“, kaže Natalija Vladimirovna Malina, „najbolje da majstor za orgulje bude mršav i lagan. Čovjeku drugih dimenzija je teško raditi ovdje, a da ne ošteti instrument. Nedavno je električar - težak čovjek - mijenjao sijalicu preko orgulja, spotakao se i slomio par dasaka sa krova od dasaka. Nije bilo žrtava i povrijeđenih, ali su pale daske oštetile 30 cijevi za orgulje.”
Mentalno procjenjujući da bi par majstora organa idealnih proporcija lako stao u moje tijelo, oprezno bacim pogled na slabašne stepenice koje vode do gornjih spratova. „Ne brini“, uverava me Natalija Vladimirovna, „samo idi napred i ponavljaj pokrete za mnom. Struktura je jaka, izdržaće vas.
Zviždaljka i trska
Penjemo se do gornjeg sloja orgulja, odakle se s gornje tačke otvara pogled na Veliku dvoranu koja je nedostupna običnom posjetiocu konzervatorija. Na bini ispod, gdje je upravo završena proba gudačkog ansambla, šetaju čovječuljci s violinama i violama. Natalija Vladimirovna mi pokazuje španske registre u blizini dimnjaka. Za razliku od drugih cijevi, one nisu okomite, već horizontalne. Formirajući svojevrsni vizir nad orguljama, duvaju direktno u salu. Tvorac orgulja Velike dvorane, Aristide Cavaillé-Coll, potekao je iz francusko-španske porodice orguljaša. Otuda i pirenejska tradicija u instrumentu u ulici Bolshaya Nikitskaya u Moskvi.
Inače, o španskim registrima i registrima uopšte. "Registar" je jedan od ključnih koncepata u dizajnu orgulja. Ovo je niz orguljskih cijevi određenog promjera, koji formiraju kromatsku skalu prema tipkama svoje klavijature ili njenog dijela.
Ovisno o ljestvici cijevi uključenih u njihov sastav (skala je omjer parametara cijevi koji su najvažniji za karakter i kvalitet zvuka), registri daju zvuk različite boje boje. Zanesen poređenjima sa Pan flautom, zamalo mi je promakla jedna suptilnost: činjenica je da nisu sve orgulje (poput trske stare flaute) aerofoni. Aerofon je duvački instrument u kojem se zvuk formira kao rezultat vibracija stupca zraka. To uključuje flautu, trubu, tubu, rog. Ali saksofon, oboa, harmonika spadaju u grupu idiofona, odnosno "samozvučnih". Ovdje ne oscilira zrak, već jezik koji strujanje zraka usmjerava. Pritisak vazduha i elastična sila, suprotstavljajući se, izazivaju podrhtavanje trske i širenje zvučnih talasa, koji se pojačavaju zvonom instrumenta kao rezonatorom.
Većina cijevi u orguljama su aerofoni. Zovu se labijalne ili zviždajuće. Idiofonske cijevi čine posebnu grupu registara i nazivaju se reed pipes.
Koliko ruku ima orguljaš?
Ali kako muzičar uspeva da sve ove hiljade lula - drvenih i metalnih, zviždaljki i trske, otvorenih i zatvorenih - desetine ili stotine registara... zvuči u pravom trenutku? Da bismo ovo razumjeli, spustimo se nakratko s gornjeg sloja orgulja i odemo do propovjedaonice, odnosno orguljaške konzole. Neupućeni pri pogledu na ovaj uređaj drhte kao pred komandnom pločom modernog aviona. Nekoliko ručnih klavijatura - manuelnih (može ih biti pet ili čak sedam!), Jedna noga plus još neke misteriozne pedale. Tu su i mnoge ispušne poluge sa natpisima na ručkama. čemu sve ovo?
Naravno, orguljaš ima samo dvije ruke, i neće moći istovremeno svirati sve priručnike (u orguljama Velike dvorane ih ima tri, što je također dosta). Za mehanički i funkcionalno razdvajanje grupa registara potrebno je nekoliko ručnih tastatura, kao što je u računaru jedan fizički čvrsti disk podeljen na nekoliko virtuelnih. Tako, na primjer, prvi priručnik orgulja Velike dvorane kontrolira cijevi grupe (njemački naziv Werk) registara zvanih Grand Orgue. Sadrži 14 registara. Drugi priručnik (Positif Expressif) je također odgovoran za 14 registara. Treća tastatura - Recit expressif - 12 registara. Konačno, nožni prekidač sa 32 tastera, ili "pedala", radi sa deset bas registara.
Argumentirano iz ugla laika, čak 14 registara za jednu tastaturu je nekako previše. Uostalom, pritiskom na jednu tipku, orguljaš je u mogućnosti da zvuči 14 cijevi odjednom u različitim registrima (zapravo više zbog registara kao što je mixtura). A ako trebate odsvirati notu u samo jednom registru ili u nekoliko odabranih? U tu svrhu se zapravo koriste ispušne poluge koje se nalaze desno i lijevo od priručnika. Izvlačeći polugu s imenom registra ispisanim na dršci, muzičar otvara svojevrsnu klapnu koja otvara zrak cijevima određenog registra.
Dakle, da biste odsvirali željenu notu u željenom registru, potrebno je odabrati ručnu ili pedalnu tastaturu koja upravlja ovim registrom, povući polugu koja odgovara ovom registru i pritisnuti željeni taster.
Snažan dah
Završni dio naše ture posvećen je zraku. Sam vazduh koji daje zvuk orguljama. Zajedno sa Natalijom Vladimirovnom, spuštamo se na sprat ispod i nalazimo se u prostranoj tehničkoj prostoriji, u kojoj nema ništa od svečanog raspoloženja Velike sale. Betonski podovi, krečeni zidovi, lučne drvene potporne konstrukcije, vazdušni kanali i elektromotor. U prvoj deceniji postojanja orgulja, kalkante rokeri su ovde vredno radili. Četiri zdrava muškarca stajala su u nizu, hvatali objema rukama štap uvučen u čelični prsten na pultu i naizmjenično, jednom ili drugom nogom, pritiskali poluge koje su napuhavale krzno. Smjena je bila zakazana za dva sata. Ako je koncert ili proba potrajala duže, umorne rokere zamijenila su svježa pojačanja.
Stara krzna, četiri na broju, opstala su do danas. Prema rečima Natalije Vladimirovne, oko konzervatorijuma postoji legenda da su jednom pokušali da zamene rad rokera konjskom snagom. Za to je navodno čak i stvoren poseban mehanizam. Međutim, zajedno sa vazduhom, u Veliku dvoranu dopirao je i miris konjskog gnoja, a osnivač ruske orguljaške škole A.F. Gedike je, uzevši prvi akord, nezadovoljno pomaknuo nos i rekao: "Smrdi!"
Bila ova legenda istinita ili ne, 1913. godine električni motor je konačno zamijenio snagu mišića. Uz pomoć remenice, okretao je osovinu, koja je zauzvrat pokretala mehove kroz kolenasti mehanizam. Kasnije je i ova shema napuštena, a danas električni ventilator pumpa zrak u orgulje.
U orguljama, prisilni zrak ulazi u takozvane mehove magacina, od kojih je svaki spojen na jedan od 12 vitla. Windlada je spremnik komprimiranog zraka koji izgleda kao drvena kutija, na koju su, zapravo, postavljeni redovi cijevi. Na jednom vitlu obično se postavlja nekoliko registara. Velike cijevi, koje nemaju dovoljno mjesta na vitlu, postavljaju se sa strane, a zračni kanal u obliku metalne cijevi ih povezuje sa vitlom.
Namotaji orgulja Velike dvorane (dizajn “loopflade”) podijeljeni su na dva glavna dijela. U donjem dijelu, uz pomoć krzna magazina, održava se konstantan pritisak. Gornji dio je hermetičkim pregradama podijeljen na takozvane tonske kanale. Sve cijevi različitih registara, kontrolirane jednom tipkom manuala ili pedale, imaju izlaz na tonski kanal. Svaki tonski kanal povezan je sa dnom vitla preko otvora zatvorenog ventilom s oprugom. Kada se tipka pritisne kroz trakuru, kretanje se prenosi na ventil, otvara se, a komprimirani zrak ulazi prema gore u tonski kanal. Sve cijevi koje imaju pristup ovom kanalu, u teoriji, trebale bi početi zvučati, ali ... to se, po pravilu, ne događa. Činjenica je da kroz cijeli gornji dio vitla prolaze takozvane petlje - prigušnice s rupama koje se nalaze okomito na tonske kanale i imaju dva položaja. U jednom od njih, petlje u potpunosti pokrivaju sve cijevi datog registra u svim tonskim kanalima. U drugom je registar otvoren, a njegove cijevi počinju da oglašavaju čim, nakon pritiska na tipku, zrak uđe u odgovarajući tonski kanal. Upravljanje petljama, kao što možete pretpostaviti, vrši se polugama na daljinskom upravljaču kroz putanju registra. Jednostavno rečeno, tipke omogućavaju svim cijevima da zvuče na svojim tonskim kanalima, a petlje određuju favorite.
Zahvaljujemo rukovodstvu Moskovskog državnog konzervatorija i Nataliji Vladimirovnoj Malini na pomoći u pripremi ovog članka.
Orguljske cijevi Zvučne lule, koje se od najstarijih vremena koriste kao muzički instrumenti, dijele se na dvije vrste: usnik i trske. Sondirajuće tijelo u njima je uglavnom zrak. Vazduh je moguće dovesti u vibraciju, pri čemu se u cevi formiraju stojeći talasi, na različite načine. U muštiklu ili trubi za flautu (vidi sliku 1), ton se izaziva puhanjem mlaza zraka (ustima ili mijehom) na šiljastu ivicu reza u bočnom zidu. Trenje mlaza zraka o ovu ivicu proizvodi zvižduk koji se može čuti kada se cijev odvoji od svog usnika (embouchure). Primjer je parna zviždaljka. Truba, koja služi kao rezonator, izdvaja i pojačava jedan od brojnih tonova koji čine ovu složenu zviždaljku, koja odgovara njegovoj veličini. U cijevi od trske, stojeći valovi se formiraju upuhujući zrak kroz posebnu rupu prekrivenu elastičnom pločom (trska, anche, Zunge), koja zatim oscilira. Reed cijevi su tri vrste: 1) cijevi (O.), čiji je ton direktno određen brzinom vibracija jezika; služe samo da pojačaju ton koji emituje jezik (slika 2). Mogu se podesiti u malom rasponu pomicanjem opruge koja pritiska jezik. 2) Lule, kod kojih, naprotiv, vibracije vazduha uspostavljene u njima određuju vibracije lako savitljivog trščanog jezika (klarinet, oboa i fagot). Ova elastična, fleksibilna ploča, povremeno prekidajući struju izduvanog vazduha, izaziva oscilacije vazdušnog stuba u cevi; ove poslednje vibracije zauzvrat regulišu vibracije same ploče na odgovarajući način. 3) Cijevi sa rebrastim jezičcima, čija je brzina osciliranja po volji regulisana i varira u širokim granicama. U limenim instrumentima, usne igraju ulogu takve trske; kada peva, glasne žice. Zakone oscilacija zraka u cijevima tako malog poprečnog presjeka da sve tačke presjeka osciliraju podjednako, ustanovio je Daniel Bernoulli (D. Bernoulli, 1762). U otvorenim cijevima antinodi se formiraju na oba kraja, gdje je pokretljivost zraka najveća, a gustina konstantna. Ako se između ova dva antičvora formira jedan čvor, tada će dužina cijevi biti jednaka polovini dužine, tj. L = λ/ 2
; ovaj slučaj odgovara najnižem tonu. Sa dva čvora u cevi, ceo talas će stati, L = 2
λ/ 2
= λ; u tri, L= 3λ/2; at nčvorovi, L = nλ/ 2.
Da biste pronašli visinu, tj. broj N oscilacija u sekundi, podsjećamo da je valna dužina (razdaljina λ preko koje se oscilacije šire u mediju u tom trenutku T kada jedna čestica završi svoju punu oscilaciju) jednak je proizvodu brzine širenja ω za period T fluktuacije, ili λ = ωT; Ali T = l/N; dakle λ = ω/ N. Odavde N= ω/λ, ili, budući da je iz prethodnog λ = 2L/n, N = nω/ 2L. Ova formula pokazuje da 1) otvorena cijev, sa različitom snagom zraka koji duva u nju, može emitovati tonove čije su visine međusobno povezane kao 1:2:3:4 ...; 2) nagib je obrnuto proporcionalan dužini cijevi. U zatvorenoj cijevi u blizini usnika, kao i prije, trebao bi biti antinod, ali na drugom, zatvorenom kraju, gdje su uzdužne vibracije zraka nemoguće, trebao bi biti čvor. Dakle, duž dužine cijevi može stati 1/4 stajaćeg vala, što odgovara najnižem ili osnovnom tonu cijevi ili 3/4 vala, ili općenito neparan broj četvrtina vala, tj. L = [(2n+ 1)/4]λ; gdje N" = (2n+ 1)ω/4 L. Dakle, u zatvorenoj luli, uzastopni tonovi koje ona emituje, ili brojevi vibracija koji im odgovaraju, povezani su kao niz neparnih brojeva 1:3:5; a visina svakog od ovih tonova obrnuto je proporcionalna dužini cijevi. Osnovni ton u zatvorenoj luli je, osim toga, za oktavu niži nego u otvorenoj luli (zaista, sa n = 1, N":N = 1:2). Svi ovi zaključci teorije lako se provjeravaju eksperimentom. 1) Ako uzmete dugu i usku cijev sa nastavkom za flautu (usnik) i u nju uduvate zrak pod sve većim pritiskom, dobićete niz harmonijskih tonova u otvorenoj luli, koji se postepeno dižu (i nije teško doći do do 20 prizvuka). U zatvorenoj luli dobijaju se samo neparni harmonijski tonovi, a glavni, najniži ton je za oktavu niži od onog u otvorenoj luli. Ovi tonovi mogu istovremeno postojati u luli, prateći glavni ton ili jedan od nižih. 2) Položaj antičvornih čvorova unutar cijevi može se odrediti na različite načine. Stoga Savart u tu svrhu koristi tanku membranu nategnutu preko prstena. Ako na njega sipate fini pijesak i spustite ga na navojima u cijev, čiji je jedan zid stakleni, tada će na čvornim mjestima pijesak ostati nepomičan, a na drugim mjestima, a posebno u antinodama, primjetno će se pomicati. Osim toga, budući da zrak ostaje pod atmosferskim pritiskom u antičvorovima, otvaranjem rupe napravljene u zidu cijevi na ovom mjestu, nećemo promijeniti ton; rupa otvorena na drugom mjestu mijenja visinu. Na čvornim mjestima se, naprotiv, mijenjaju pritisak i gustina zraka, ali brzina je nula. Stoga, ako gurnete amortizer kroz zid na mjestu gdje čvor pada, tada se nagib ne bi trebao promijeniti. Iskustvo to zaista opravdava. Eksperimentalna provjera zakona sondiranja cijevi također se može provesti uz pomoć Koenigovog manometrijskog plamena (vidi). Ako se manometrijska kutija, zatvorena sa strane cijevi membranom, nalazi u blizini čvora, tada će fluktuacije plamena plina biti najveće; u blizini antinoda, plamen će biti nepomičan. Vibracije takvih svjetala možete promatrati kroz pokretna ogledala. U tu svrhu, na primjer, koristi se zrcalni paralelepiped, koji se rotira centrifugalnom mašinom; u retrovizorima će biti vidljiva svijetla pruga; čija će jedna ivica izgledati nazubljena. 3) Zakon obrnute proporcionalnosti između koraka i dužine cijevi (duga i uska) poznat je odavno i lako se provjerava. Eksperimenti su, međutim, pokazali da ovaj zakon nije sasvim tačan, posebno za široke cijevi. Tako je Masson (1855) pokazao da je u dugačkoj Bernoullijevoj, kompozitnoj flauti, sa zvukom koji odgovara poluvalnoj dužini od 0,138 m, vazdušni stub zaista podeljen na upravo takve delove dužine 0,138 m, isključujući onaj koji je uz bok, gdje se ispostavilo da je dužina samo 0,103 m. Takođe, Koenig je našao, na primer, za jedan konkretan slučaj, rastojanja između odgovarajućih antinoda u cevi (počevši od embouchure) jednaka su 173, 315, 320, 314, 316, 312, 309, 271. Ovde je prosek brojevi su skoro isti, malo odstupaju od prosječne vrijednosti je 314, dok se 1. od njih (kod embušura) razlikuje od prosjeka za 141, a posljednji (na otvoru cijevi) za 43. Razlog ovakvih nepravilnosti ili perturbacije na krajevima cijevi je za ugradnju da elastičnost i gustoća, zbog upuhivanja zraka, ne ostaju potpuno konstantne, kao što se pretpostavlja u teoriji za antinod, već za slobodno otvaranje otvorene cijevi, iz istog razloga, oscilirajući stup zraka, takoreći, nastavlja se ili strši prema van iz rubova zidova; posljednja antičvor će stoga pasti izvan cijevi. A u zatvorenoj cijevi kod prigušivača, ako ona sama podlegne vibracijama, moraju doći do perturbacija. Wertheim (1849-51) je iskustvom bio uvjeren da perturbacije na krajevima cijevi ne zavise od talasne dužine. Poisson (1817) je prvi dao teoriju takvih perturbacija, pretpostavljajući da su male koncentracije zraka proporcionalne brzini. Zatim su Hopkins (1838) i Ke (1855) dali potpunija objašnjenja, uzimajući u obzir višestruke refleksije na krajevima cijevi. Opšti rezultat ovih studija je da je za otvorenu cijev, umjesto jednakosti L = nλ/2,
treba uzeti L + l = nλ/2
, a za zatvorenu cijev L + l" = (2n + 1
)λ
/4.
Stoga, prilikom izračunavanja dužine L cijevi se moraju povećavati za konstantan iznos ( l ili l").
Najpotpuniju i najprecizniju teoriju sondiranja cijevi daje Helmholtz. Iz ove teorije slijedi da je korekcija na rupi 0,82 R (R- radijus presjeka cijevi) za slučaj uske otvorene cijevi koja komunicira sa rupom sa dnom vrlo široke cijevi. Prema eksperimentima Rayleigha (lord Rayleigh), takva korekcija bi trebala biti 0,6 R ako otvor uske cijevi komunicira sa slobodnim prostorom i ako je valna dužina vrlo velika u odnosu na promjer cijevi. Bosanke (1877) je otkrio da se ova korekcija povećava sa odnosom prečnika i talasne dužine; tako na primjer jednaka je 0,64 at R/λ
= 1/12 i 0,54 at R/λ
= 1/20. Koenig je postigao i druge rezultate iz svojih već spomenutih eksperimenata. Primetio je, naime, da skraćivanje prve polovine talasa (na embušuru) postaje manje pri višim tonovima (tj. na kraćim talasnim dužinama); manje značajno skraćivanje poslednjeg polutalasa malo se menja u ovom slučaju. Osim toga, provedeni su brojni eksperimenti za ispitivanje amplitude oscilacija i tlaka zraka unutar cijevi (Kundt - 1868, Tepler i Boltzmann - 1870, Mach - 1873). Međutim, uprkos brojnim eksperimentalnim istraživanjima, pitanje truba za zvuk još se ne može smatrati definitivno razjašnjenim u svakom pogledu. - Za široke cijevi, kao što je već spomenuto, Bernoullijevi zakoni uopće nisu primjenjivi. Tako je Mersenne (1636), uzimajući usput dvije cijevi iste dužine (16 cm), ali različitih prečnika, uočio da je u široj cijevi ( d\u003d 12 cm) ton je bio niži za 7 cijelih tonova nego u cijevi manjeg promjera (0,7 cm). Mersenne je otkrio zakon koji se odnosi na takve cijevi. Savart je za cijevi različitih oblika potvrdio valjanost ovog zakona, koji formuliše na sljedeći način: u takvim cijevima nagibi su obrnuto proporcionalni odgovarajućim dimenzijama cijevi. Tako na primjer. dvije cijevi, od kojih je jedna 1 ft. dužine i 22 lin. u prečniku, a drugi 1/2 ft. dužine i 11 linija. prečnika, daju dva tona koji čine oktavu (broj vibracija u 1" druge cevi je dvostruko veći nego kod 1. cevi). Savart (Savart, 1825) je takođe otkrio da širina pravougaone cevi nije utiče na visinu tona, ako je razmak jastučića za uši pune širine Cavaillé-Coll je dao sljedeće empirijske korekcijske formule za otvorene cijevi: 1) L" = L - 2p, i R dubina pravougaone cevi. 2) L" = L - 5/3d, Gdje d prečnik okrugle cevi. U ovim formulama L = v"N je teorijska dužina, i L" stvarna dužina cevi. Primenljivost Cavalier-Col formula je u velikoj mjeri dokazana Wertheimovim istraživanjem. Razmatrani zakoni i pravila vrijede za flautu ili O. cijevi za usnik. IN trske cijevičvor je na otvoru, povremeno se zatvara i otvara elastičnom pločom (jezikom), dok se kod flautnih cijevi uvijek nalazi antičvor na otvoru kroz koji se puše struja zraka. Prema tome, cijev s trskom odgovara zatvorenoj cijevi za flautu, koja također ima čvor na jednom kraju (iako na drugom kraju od trske cijevi). Razlog što se čvor nalazi na samom jezičku cijevi je taj što se na tom mjestu dešavaju najveće promjene elastičnosti zraka, što odgovara čvoru (u antičvorovima, naprotiv, elastičnost je konstantna). Dakle, cilindrična trska cijev (kao zatvorena cijev za flautu) može dati uzastopni niz tonova 1, 3, 5, 7 .... ako je njena dužina u odgovarajućem odnosu sa brzinom vibracije elastične ploče. U širokim cijevima, ovaj omjer se možda ne poštuje striktno, ali nakon određene granice neslaganja, cijev prestaje da zvuči. Ako je jezik sastavljen od metalne ploče, kao u cijevi za orgulje, tada je visina tona određena gotovo isključivo njegovim vibracijama, kao što je već spomenuto. Ali generalno, visina tona zavisi i od trske i od same trube. W. Weber (1828-29) je detaljno proučavao ovu zavisnost. Ako se truba stavi na jezik koji se otvara prema unutra, kao što je uobičajeno u O. cijevima, tada se ton uglavnom smanjuje. Ako, postupnim produžavanjem cijevi, ton padne za cijelu oktavu (1:2), doći ćemo do takve dužine L, što je sasvim u skladu sa vibracijama jezika, tada će ton odmah porasti na svoju prethodnu vrijednost. Uz dalje produžavanje cijevi do 2L ton će ponovo pasti na kvartu (3:4); at 2L ponovo odmah dobiti originalni ton. Sa novim proširenjem za 3L zvuk će se smanjiti za molsku tercu (5:6) itd. (ako rasporedite jezike koji se otvaraju prema van, poput glasnih žica, tada će truba uperena u njih podići ton koji im odgovara). - U drvenim muzama. instrumenti (klarinet, oboa i fagot) koriste trske; koji se sastoji od jedne ili dvije tanke i fleksibilne trske. Ove trske same proizvode mnogo jači zvuk od onog koji proizvode u trubi. Cijevi s trskom treba smatrati cijevima zatvorenim sa strane trske. Dakle, u cilindričnoj trubi, kao i u klarinetu, treba biti 1, 3, 5 uzastopnih tonova sa pojačanim duvanjem itd. Otvaranje bočnih rupa odgovara skraćenju trube. Kod konusnih cijevi zatvorenih na vrhu, redoslijed tonova je isti kao i kod otvorenih cilindričnih cijevi, tj. 1, 2, 3, 4 itd. (Helmholtz). Oboa i fagot pripadaju konusnim trubama. Svojstva trske treće vrste, membranske, mogu se proučavati, kao što je to uradio Helmholtz, uz pomoć jednostavnog uređaja koji se sastoji od dvije gumene membrane koje su navučene preko rubova drvene cijevi izrezane pod uglom, tako da ostaje uzak razmak. između membrana u sredini cijevi. Zračna struja se može usmjeriti kroz prorez sa vanjske strane prema unutrašnjoj strani cijevi ili nazad. U potonjem slučaju, pri sviranju limenih instrumenata dobiva se privid glasnih žica ili usana. U ovom slučaju, visina zvuka je određena, zbog mekoće i fleksibilnosti membrane, isključivo veličinom cijevi. Bakarni instrumenti, poput lovačkog roga, korneta sa kapama, roga i sl., predstavljaju konične lule, pa stoga daju prirodni niz viših harmonijskih tonova (1, 2, 3, 4 itd.). Uređaj za orgulje - vidi Orgulje. N. Gezehus.
Enciklopedijski rječnik F.A. Brockhaus i I.A. Efron. - Sankt Peterburg: Brockhaus-Efron. 1890-1907 .
Pogledajte šta su "Orgulje" u drugim rječnicima:
Zvučne lule, koje se od najstarijih vremena koriste kao muzički instrumenti, dijele se na dvije vrste: usnik i trske. Sondirajuće tijelo u njima je uglavnom zrak. Dovedite vazduh u vibraciju, štaviše, u cev ... ...
- (lat. Organum, od grč. organon alat, instrument; italijanski organo, engleske orgulje, francuski orgue, nemački Orgel) duvačka muzika sa klavijatura. složeni alat za uređaj. Vrste O. su raznovrsne: od prenosivih, malih (pogledajte Prenosni, Pozitivni) do ... ... Music Encyclopedia
Duvački muzički instrument sa klavijaturom, najveći i najsloženiji instrument koji postoji. Ogromne moderne orgulje sastoje se, takoreći, od tri ili više orgulja, a izvođač može upravljati svima njima istovremeno. Svaki od organa u... Collier Encyclopedia
Broj oscilacija u jedinici vremena, brzina ili frekvencija oscilacija, ovisi o veličini, obliku i prirodi tijela. Visina zvuka, određena brojem oscilacija sondažnog tijela u jedinici vremena, može se odrediti na različite načine (vidi Zvuk). Enciklopedijski rječnik F.A. Brockhaus i I.A. Efron
- (fizičko) promicanje ili suzbijanje dva ili više talasa koji su rezultat oscilatornih, periodično ponavljajućih pokreta. Talasi (vidi) se mogu pojaviti u tečnostima, čvrstim materijama, gasovima i etru. U prvom slučaju vidljivi su I. talasi ... ... Enciklopedijski rječnik F.A. Brockhaus i I.A. Efron
Izvor: « U svetu nauke » , br. 3, 1983. Autori: Neville H. Fletcher i Susanna Thwaites
Veličanstveni zvuk orgulja nastaje interakcijom striktno fazno sinkroniziranog mlaza zraka koji prolazi kroz rez u cijevi i zračnog stupa koji rezonira u njegovoj šupljini.
Nijedan muzički instrument se ne može porediti sa orguljama po snazi, tembru, opsegu, tonalitetu i veličanstvenosti zvuka. Poput mnogih muzičkih instrumenata, struktura orgulja je konstantno unapređivana trudom mnogih generacija vještih majstora koji su polako sticali iskustvo i znanje. Do kraja XVII vijeka. telo je u osnovi dobilo svoj savremeni oblik. Dva najistaknutija fizičara 19. veka. Hermann von Helmholtz i Lord Rayleigh iznijeli su suprotne teorije objašnjavajući osnovni mehanizam za formiranje zvukova u cijevi za orgulje, ali zbog nedostatka potrebnih instrumenata i instrumenata njihov spor nikada nije riješen. Pojavom osciloskopa i drugih modernih instrumenata postalo je moguće detaljno proučavati mehanizam djelovanja organa. Ispostavilo se da i Helmholtzova i Rayleighova teorija vrijede za određene pritiske pod kojima se zrak ubacuje u cijev organa. Dalje u članku biće predstavljeni rezultati novijih studija, koji se u mnogo čemu ne poklapaju sa objašnjenjem mehanizma delovanja organa datim u udžbenicima.
Lule isklesane od trske ili drugih biljaka sa šupljim stabljikom verovatno su bili prvi duvački instrumenti. Oni proizvode zvukove ako dunete preko otvorenog kraja cijevi, ili dunete u cijev, vibrirajući usnama, ili, štipajući kraj cijevi, pušete u zrak, uzrokujući vibriranje njenih zidova. Razvoj ove tri vrste jednostavnih duvačkih instrumenata doveo je do stvaranja moderne flaute, trube i klarineta, od kojih muzičar može proizvesti zvukove u prilično velikom rasponu frekvencija.
Paralelno, stvoreni su takvi instrumenti u kojima je svaka cijev trebala zvučati na jednoj određenoj toni. Najjednostavniji od ovih instrumenata je flauta (ili "Panova frula"), koja obično ima oko 20 cijevi različitih dužina, zatvorenih na jednom kraju i stvarajući zvukove kada se puše preko drugog, otvorenog kraja. Najveći i najsloženiji instrument ove vrste su orgulje, koje sadrže do 10.000 cijevi, kojima orguljaš upravlja pomoću složenog sistema mehaničkih zupčanika. Orgulje datiraju iz antičkih vremena. Glinene figurice koje prikazuju muzičare kako sviraju na instrumentu sačinjenom od mnogo mehovih lula izrađivane su u Aleksandriji još u 2. veku pre nove ere. BC. Do X veka. orgulje se počinju koristiti u kršćanskim crkvama, a u Evropi se pojavljuju rasprave koje su monasi napisali o strukturi organa. Prema legendi, veliki organ, sagrađena u X veku. za Winchester Cathedral u Engleskoj, imao je 400 metalnih cijevi, 26 mijehova i dvije klavijature sa 40 tipki, gdje je svaki ključ upravljao deset cijevi. Tokom narednih vekova uređaj orgulja je mehanički i muzički unapređivan, a već 1429. godine u katedrali u Amijenu izgrađene su orgulje sa 2500 lula. Nemačka krajem 17. veka. organi su već dobili svoj savremeni oblik.
Orgulje, postavljene 1979. godine u koncertnoj dvorani Sidnejske opere u Australiji, najveće su i tehnički najnaprednije orgulje na svijetu. Dizajnirao i napravio R. Sharp. Ima oko 10.500 cijevi kontroliranih mehaničkim prijenosom s pet jastučića za ruke i jednim nožnim jastučićima. Orgulje se mogu automatski kontrolisati pomoću magnetne trake na kojoj je prethodno digitalno snimljen nastup muzičara.
Termini koji se koriste za opisivanje aparati za organe, odražavaju njihovo porijeklo od cevastih duvačkih instrumenata u koje se uduvavao vazduh na usta. Cijevi organa su otvorene odozgo, a odozdo imaju suženi konusni oblik. Preko spljoštenog dijela, iznad konusa, prolazi “ušće” cijevi (rez). Unutar cijevi se postavlja „jezik“ (horizontalno rebro), tako da se između njega i donje „usne“ formira „labijalni otvor“ (uzak razmak). Vazduh se ubacuje u cijev velikim mijehom i ulazi u njenu konusnu osnovu pod pritiskom od 500 do 1000 paskala (5 do 10 cm vodenog stupca). Kada, kada se pritisne odgovarajuća pedala i tipka, zrak uđe u cijev, on juri gore, formirajući pri izlasku labijalna fisuraširoki ravni potok. Mlaz zraka prolazi kroz prorez "usta" i, udarivši u gornju usnu, stupa u interakciju sa stupcem zraka u samoj cijevi; kao rezultat, stvaraju se stabilne vibracije koje čine da cijev „govori“. Samo po sebi, pitanje kako dolazi do ovog iznenadnog prijelaza iz tišine u zvuk u trubi je vrlo složeno i zanimljivo, ali se ne razmatra u ovom članku. Razgovor će uglavnom biti o procesima koji osiguravaju neprekidan zvuk orguljskih cijevi i stvaraju njihov karakterističan tonalitet.
Cijev organa se pobuđuje zrakom koji ulazi u njen donji kraj i formira mlaz dok prolazi kroz procjep između donje usne i jezika. U presjeku, mlaz je u interakciji sa stupcem zraka u cijevi blizu gornje usne i prolazi ili unutar cijevi ili izvan nje. Stacionarne oscilacije se stvaraju u vazdušnom stubu, uzrokujući zvuk trube. Pritisak vazduha, koji varira u skladu sa zakonom o stojećem talasu, prikazan je senčenjem u boji. Na gornjem kraju cijevi montiran je rukavac ili čep koji se može ukloniti, što vam omogućava da lagano promijenite dužinu stupca zraka tokom podešavanja.
Može se činiti da zadatak opisivanja vazdušnog mlaza koji stvara i čuva zvuk organa u potpunosti pripada teoriji protoka fluida i gasa. Ispostavilo se, međutim, da je teoretski vrlo teško razmotriti kretanje čak i konstantnog, glatkog, laminarnog toka, jer je za potpuno turbulentan mlaz zraka koji se kreće u cijevi organa, njegova analiza nevjerovatno složena. Na sreću, turbulencija, koja je složen oblik kretanja zraka, zapravo pojednostavljuje prirodu strujanja zraka. Kada bi ovo strujanje bilo laminarno, onda bi interakcija zračnog mlaza sa okolinom ovisila o njihovoj viskoznosti. U našem slučaju, turbulencija zamjenjuje viskoznost kao odlučujući faktor interakcije u direktnoj proporciji sa širinom strujanja zraka. Prilikom izrade orgulja posebna se pažnja poklanja tome da strujanja zraka u cijevima budu potpuno turbulentna, što se postiže uz pomoć malih rezova duž ruba jezika. Iznenađujuće, za razliku od laminarnog toka, turbulentno strujanje je stabilno i može se reproducirati.
Potpuno turbulentni tok postepeno se miješa sa okolnim zrakom. Proces širenja i usporavanja relativno je jednostavan. Kriva koja prikazuje promjenu brzine strujanja u zavisnosti od udaljenosti od središnje ravni njenog presjeka ima oblik obrnute parabole, čiji vrh odgovara maksimalnoj vrijednosti brzine. Širina protoka se povećava proporcionalno udaljenosti od labijalne fisure. Kinetička energija strujanja ostaje nepromijenjena, pa je smanjenje njegove brzine proporcionalno kvadratnom korijenu udaljenosti od jaza. Ova zavisnost je potvrđena i proračunima i eksperimentalnim rezultatima (uzimajući u obzir mali prelazni region u blizini labijalnog jaza).
U već uzbuđenoj i zvučnoj cijevi za orgulje, strujanje zraka ulazi iz labijalnog proreza u intenzivno zvučno polje u prorezu cijevi. Kretanje zraka povezano s generiranjem zvukova usmjereno je kroz prorez i stoga okomito na ravan strujanja. Prije 50 godina, B. Brown sa koledža Univerziteta u Londonu uspio je snimiti laminarni tok zadimljenog zraka u zvučnom polju. Slike su pokazale formiranje krivudavih valova koji se povećavaju kako se kreću duž potoka, sve dok se ovaj ne razbije u dva reda vrtložnih prstenova koji se rotiraju u suprotnim smjerovima. Pojednostavljeno tumačenje ovih i sličnih zapažanja dovelo je do netačnog opisa fizičkih procesa u cijevima organa, koji se može naći u mnogim udžbenicima.
Plodniji metod proučavanja stvarnog ponašanja zračnog mlaza u zvučnom polju je eksperimentiranje s jednom cijevi u kojoj se zvučno polje stvara pomoću zvučnika. Kao rezultat takvog istraživanja, koje je sproveo J. Coltman u laboratoriji Westinghouse Electric Corporation i grupe uz moje učešće na Univerzitetu Nove Engleske u Australiji, postavljeni su temelji moderne teorije fizičkih procesa koji se dešavaju u cijevima organa. su razvijene. Zapravo, čak je i Rayleigh dao temeljit i gotovo potpun matematički opis laminarnih tokova neviscidnih medija. Budući da je utvrđeno da turbulencija ne komplikuje, već pojednostavljuje fizičku sliku zračnih struna, bilo je moguće koristiti Rayleighovu metodu sa malim modifikacijama za opisivanje strujanja zraka eksperimentalno dobivene i istraživane od strane Coltmana i naše grupe.
Da nema labijalnog proreza u cijevi, onda bi se očekivalo da bi se mlaz zraka u obliku trake zraka koji se kreće jednostavno kretao naprijed-nazad zajedno sa svim ostalim zrakom u prorezu cijevi pod utjecajem akustičkog vibracije. U stvarnosti, kada mlaz napusti prorez, on se efektivno stabilizuje samim prorezom. Ovaj efekat se može uporediti sa rezultatom nametanja opštem oscilatornom kretanju vazduha u zvučnom polju strogo uravnoteženog mešanja lokalizovanog u ravni horizontalne ivice. Ovo lokalizirano miješanje, koje ima istu frekvenciju i amplitudu kao zvučno polje, i kao rezultat stvara nulto miješanje mlaza na horizontalnom peraju, pohranjuje se u pokretnom strujanju zraka i stvara vijugasti val.
Pet cijevi različitog dizajna proizvode zvukove iste visine, ali različitog tembra. Druga truba s lijeve strane je dulciana, koja ima nežan, suptilan zvuk, koji podsjeća na zvuk žičanog instrumenta. Treća truba je otvorenog raspona, daje lagan, sonoran zvuk, koji je najkarakterističniji za orgulje. Četvrta truba ima zvuk jako prigušene flaute. Peta truba - Waldflote ( « šumska flauta") sa tihim zvukom. Drvena cijev s lijeve strane zatvorena je čepom. Ima istu osnovnu frekvenciju kao i ostale cijevi, ali rezonira na neparnim prizvucima čije su frekvencije neparan broj puta osnovne frekvencije. Dužina preostalih cijevi nije potpuno ista, jer se radi "korekcija kraja" kako bi se dobio isti nagib.
Kao što je Rayleigh pokazao za tip mlaza koji je proučavao, i kao što smo sveobuhvatno potvrdili za slučaj sa divergentnim turbulentnim mlazom, val se širi duž strujanja brzinom nešto manjom od polovine brzine zraka u središnjoj ravni mlaza. U ovom slučaju, kako se kreće duž toka, amplituda talasa raste skoro eksponencijalno. Obično se udvostručuje kako val putuje jedan milimetar, a njegov učinak brzo postaje dominantan u odnosu na jednostavno povratno bočno kretanje uzrokovano zvučnim vibracijama.
Utvrđeno je da se najveća brzina rasta talasa postiže kada je njegova dužina duž toka šest puta veća od širine toka u datoj tački. S druge strane, ako je valna dužina manja od širine toka, tada se amplituda ne povećava i val može potpuno nestati. Budući da se mlaz zraka širi i usporava dok se udaljava od proreza, samo dugi valovi, odnosno niskofrekventne oscilacije, mogu se širiti duž dugih tokova velike amplitude. Ova okolnost će se pokazati važnom u kasnijem razmatranju stvaranja harmonijskog zvuka orguljskih cijevi.
Razmotrimo sada učinak zvučnog polja orguljske cijevi na mlaz zraka. Lako je zamisliti da akustični valovi zvučnog polja u prorezu cijevi uzrokuju da se vrh zračnog mlaza pomjera preko gornje usne proreza, tako da je mlaz ili unutar cijevi ili izvan nje. Podsjeća na sliku kada se ljuljaška već gura. Stub zraka u cijevi već oscilira, a kada nalet zraka uđe u cijev u skladu s vibracijom, oni zadržavaju svoju vibrirajuću snagu uprkos različitim gubicima energije povezanim sa širenjem zvuka i trenjem zraka o zidove cijevi. Ako se udari zraka ne poklapaju sa kolebanjima zračnog stupa u cijevi, oni će potisnuti ove fluktuacije i zvuk će nestati.
Oblik zračnog mlaza prikazan je na slici kao niz uzastopnih okvira koji izlazi iz labijalnog proreza u pokretno akustičko polje koje stvara u "ustima" cijevi stup zraka koji rezonira unutar cijevi. Periodično pomeranje vazduha u delu usta stvara krivudavi talas koji se kreće brzinom upola manjom od brzine vazduha u centralnoj ravni mlaza i eksponencijalno se povećava sve dok njegova amplituda ne pređe širinu samog mlaza. Horizontalni preseci pokazuju segmente putanje koje talas putuje u mlazu u uzastopnim četvrtima perioda oscilovanja. T. Sekantne linije se približavaju jedna drugoj kako se brzina mlaza smanjuje. U cijevi za orgulje, gornja usna se nalazi na mjestu označenom strelicom. Vazdušni mlaz naizmjenično izlazi i ulazi u cijev.
Mjerenje zvučnih svojstava zračnog mlaza može se provesti postavljanjem filca ili pjenastih klinova na otvoreni kraj cijevi kako bi se spriječio zvuk i stvaranjem zvučnog vala male amplitude pomoću zvučnika. Odbijen od suprotnog kraja cijevi, zvučni val stupa u interakciju s mlazom zraka na dijelu "usta". Interakcija mlaza sa stajaćim talasom unutar cijevi mjeri se korištenjem prijenosnog tester mikrofona. Na taj način je moguće otkriti da li mlaz zraka povećava ili smanjuje energiju reflektiranog vala u donjem dijelu cijevi. Da bi truba zvučala, mlaz mora povećati energiju. Rezultati mjerenja se izražavaju u terminima akustičke "provodljivosti", definirane kao omjer akustičnog fluksa na izlazu iz presjeka. « usta" na zvučni pritisak direktno iza posekotine. Kriva vrijednosti provodljivosti za različite kombinacije tlaka ispuštanja zraka i frekvencije oscilovanja ima spiralni oblik, kao što je prikazano na sljedećoj slici.
Odnos između pojave akustičnih oscilacija u prorezu cijevi i trenutka kada sljedeći dio mlaza zraka stigne na gornju ivicu proreza određen je vremenskim intervalom tokom kojeg val u struji zraka putuje udaljenost od labijalni prorez do gornje usne. Graditelji orgulja ovu udaljenost nazivaju "podrezivanje". Ako je "podrezivanje" veliko ili je pritisak (a time i brzina kretanja) zraka mali, tada će vrijeme kretanja biti veliko. Suprotno tome, ako je "podrezivanje" malo ili je pritisak zraka visok, tada će vrijeme putovanja biti kratko.
Da bi se tačno odredio fazni odnos između fluktuacija zračnog stupca u cijevi i dolaska dijelova zračnog mlaza na unutrašnji rub gornje usne, potrebno je detaljnije proučiti prirodu efekta ove proporcije na vazdušnom stubu. Helmholtz je vjerovao da je glavni faktor ovdje količina protoka zraka koju isporučuje mlaz. Stoga, da bi dijelovi mlaza prenijeli što više energije oscilirajućem stupcu zraka, moraju stići u trenutku kada pritisak u blizini unutrašnjeg dijela gornje usne dosegne maksimum.
Rayleigh je iznio drugačiji stav. On je tvrdio da, budući da se prorez nalazi relativno blizu otvorenog kraja cijevi, akustični valovi u prorezu, na koje djeluje mlaz zraka, ne mogu stvoriti veliki pritisak. Rayleigh je vjerovao da struja zraka, ulazeći u cijev, zapravo naiđe na prepreku i gotovo se zaustavi, što u njoj brzo stvara visok pritisak, što utiče na njegovo kretanje u cijevi. Prema tome, prema Rayleighu, zračni mlaz će prenijeti maksimalnu količinu energije ako uđe u cijev u trenutku kada maksimum nije tlak, već sam tok akustičnih valova. Pomak između ova dva maksimuma je jedna četvrtina perioda oscilovanja vazdušnog stuba u cevi. Ako povučemo analogiju sa klackalicom, onda se ta razlika izražava u guranju klackalice kada je u najvišoj tački i ima maksimalnu potencijalnu energiju (prema Helmholtzu), a kada je u najnižoj tački i ima najveću brzinu (prema do Rayleigha).
Kriva akustične provodljivosti mlaza ima oblik spirale. Udaljenost od početne tačke ukazuje na veličinu provodljivosti, a ugaona pozicija ukazuje na fazni pomak između akustičkog toka na izlazu iz proreza i zvučnog pritiska iza proreza. Kada je protok u fazi s pritiskom, vrijednosti provodljivosti leže u desnoj polovini spirale i energija mlaza se raspršuje. Da bi mlaz generirao zvuk, provodljivosti moraju biti u lijevoj polovini spirale, što se događa kada se mlaz kompenzira ili ugasi u odnosu na pritisak nizvodno od reza cijevi. U ovom slučaju, dužina reflektovanog talasa je veća od dužine upadnog talasa. Vrijednost referentnog ugla ovisi o tome koji od dva mehanizma dominira pobudom cijevi: Helmholtzov ili Rayleighov mehanizam. Kada je vodljivost u gornjoj polovini spirale, mlaz snižava prirodnu rezonantnu frekvenciju cijevi, a kada je vrijednost provodljivosti u donjem dijelu spirale, povećava prirodnu rezonantnu frekvenciju cijevi.
Grafikon kretanja protoka zraka u cijevi (isprekidana kriva) pri datom otklonu mlaza nije simetričan u odnosu na nultu vrijednost otklona, budući da je rub cijevi konstruiran tako da seče mlaz ne duž njegove središnje ravni. Kada se mlaz skrene duž jednostavne sinusoide velike amplitude (puna crna kriva), protok zraka koji ulazi u cijev (kriva boja) se prvo "zasiti" u jednoj ekstremnoj tački otklona mlaza kada potpuno izađe iz cijevi. Sa još većom amplitudom, protok vazduha je zasićen i na drugoj krajnjoj tački odstupanja, kada mlaz potpuno ulazi u cev. Pomicanje usne daje strujanju asimetričan valni oblik, čiji prizvuci imaju frekvencije koje su višestruke frekvencije odbijajućeg vala.
80 godina problem je ostao neriješen. Štaviše, nove studije zapravo nisu sprovedene. I tek sada je našla zadovoljavajuće rješenje zahvaljujući radu L. Kremera i H. Leasinga iz Instituta. Heinrich Hertz na Zapadu. Berlin, S. Eller sa američke pomorske akademije, Coltman i naša grupa. Ukratko, i Helmholc i Rejli su bili delimično u pravu. Odnos između dva mehanizma djelovanja određen je pritiskom ubrizganog zraka i frekvencijom zvuka, pri čemu je Helmholtz mehanizam glavni pri niskim pritiscima i visokim frekvencijama, a Rayleigh mehanizam pri visokim pritiscima i niskim frekvencijama. Za cijevi za orgulje standardnog dizajna, Helmholtz mehanizam obično igra važniju ulogu.
Koltman je razvio jednostavan i efikasan način proučavanja svojstava vazdušnog mlaza, koji je modifikovan i poboljšan u našoj laboratoriji. Ova metoda se temelji na proučavanju zračnog mlaza na prorezu cijevi orgulja, kada je njen krajnji kraj zatvoren klinovima od filca ili pjene koji apsorbiraju zvuk koji sprječavaju zvučanje cijevi. Zatim se iz zvučnika postavljenog na krajnjem kraju, niz cijev dovodi zvučni val, koji se reflektuje od ivice proreza, prvo sa ubrizganim mlazom, a zatim bez njega. U oba slučaja, upadni i reflektirani valovi interaguju unutar cijevi, stvarajući stajaći val. Mjerenjem, pomoću malog sonde mikrofona, promjene u konfiguraciji valova kako se primjenjuje mlaz zraka, može se utvrditi da li mlaz povećava ili smanjuje energiju reflektovanog talasa.
U našim eksperimentima smo zapravo mjerili "akustičnu provodljivost" zračnog mlaza, koja je određena omjerom akustičkog strujanja na izlazu proreza, stvorenog prisustvom mlaza, i akustičnog tlaka direktno unutar proreza. Akustičku provodljivost karakteriziraju veličina i fazni ugao, koji se mogu grafički prikazati kao funkcija frekvencije ili tlaka pražnjenja. Ako predstavimo graf provodljivosti sa nezavisnom promjenom frekvencije i pritiska, tada će kriva imati oblik spirale (vidi sliku). Udaljenost od početne točke spirale označava vrijednost provodljivosti, a kutni položaj točke na spirali odgovara faznom kašnjenju vijugavog vala koji nastaje u mlazu pod utjecajem akustičnih vibracija u cijevi. Kašnjenje od jedne talasne dužine odgovara 360° oko obima spirale. Zbog posebnih svojstava turbulentnog mlaza, pokazalo se da kada se vrijednost provodljivosti pomnoži s kvadratnim korijenom vrijednosti tlaka, sve vrijednosti izmjerene za datu cijev organa stanu na istu spiralu.
Ako pritisak ostane konstantan, a frekvencija dolaznih zvučnih valova raste, tada se tačke koje pokazuju veličinu provodljivosti približavaju spiralno prema njenoj sredini u smjeru kazaljke na satu. Pri konstantnoj frekvenciji i rastućem pritisku, ove tačke se udaljavaju od sredine u suprotnom smjeru.
Unutrašnji pogled na orgulje Sidnejske opere. Vidljive su neke cijevi njegovih 26 registara. Većina cijevi je napravljena od metala, a neke od drveta. Dužina zvučnog dijela cijevi se udvostručuje na svakih 12 cijevi, a promjer cijevi se udvostručuje otprilike na svakih 16 cijevi. Dugogodišnje iskustvo majstora - kreatora orgulja omogućilo im je da pronađu najbolje proporcije, pružajući stabilan zvuk zvuka.
Kada se tačka provodljivosti nalazi u desnoj polovini spirale, mlaz uzima energiju od strujanja u cevi, pa stoga dolazi do gubitka energije. Sa položajem tačke u lijevoj polovini, mlaz će prenositi energiju na tok i na taj način djelovati kao generator zvučnih vibracija. Kada je vrijednost provodljivosti u gornjoj polovini spirale, mlaz snižava prirodnu rezonantnu frekvenciju cijevi, a kada je ova tačka u donjoj polovini, mlaz podiže prirodnu rezonantnu frekvenciju cijevi. Vrijednost kuta koji karakterizira fazni zastoj ovisi o tome koja shema - Helmholtz ili Rayleigh - se izvodi glavno pobuđivanje cijevi, a to je, kao što je prikazano, određeno vrijednostima tlaka i frekvencije. Međutim, ovaj ugao, meren sa desne strane horizontalne ose (desni kvadrant), nikada nije značajno veći od nule.
Budući da 360° oko obima spirale odgovara faznom kašnjenju jednakom dužini vijugavog talasa koji se širi duž vazdušnog mlaza, veličina takvog zaostajanja od mnogo manje od četvrtine talasne dužine do skoro tri četvrtine njenog dužina će ležati na spirali od središnje linije, odnosno u onom delu, gde mlaz deluje kao generator zvučnih vibracija. Također smo vidjeli da je, na konstantnoj frekvenciji, fazno kašnjenje u funkciji pritiska ubrizganog zraka, što utiče i na brzinu samog mlaza i na brzinu širenja krivudavog vala duž mlaza. Budući da je brzina takvog vala polovina brzine mlaza, što je zauzvrat direktno proporcionalno kvadratnom korijenu tlaka, promjena faze mlaza za polovinu valne dužine moguća je samo uz značajnu promjenu pritiska. . Teoretski, pritisak se može promijeniti za faktor devet prije nego što truba prestane proizvoditi zvuk na svojoj osnovnoj frekvenciji, ako se ne prekrše drugi uvjeti. U praksi, međutim, truba počinje da zvuči na višoj frekvenciji sve dok se ne dostigne navedena gornja granica promjene pritiska.
Treba napomenuti da kako bi se nadoknadili gubici energije u cijevi i osigurala stabilnost zvuka, nekoliko zavoja spirale može ići daleko ulijevo. Samo još jedna takva petlja, čija lokacija odgovara oko tri poluvala u mlazu, može dati zvuk cijevi. Budući da je provodljivost žica u ovoj tački niska, proizvedeni zvuk je slabiji od bilo kojeg zvuka koji odgovara tački na vanjskom zavoju spirale.
Oblik provodljive spirale može postati još složeniji ako odstupanje na gornjoj usnici prelazi širinu samog mlaza. U ovom slučaju, mlaz se gotovo u potpunosti izbacuje iz cijevi i vraća u nju pri svakom ciklusu pomaka, a količina energije koju daje reflektiranom valu u cijevi prestaje ovisiti o daljnjem povećanju amplitude. Shodno tome, smanjuje se i efikasnost vazdušnih struna u načinu generisanja akustičnih vibracija. U ovom slučaju, povećanje amplitude otklona mlaza samo dovodi do smanjenja provodne spirale.
Smanjenje efikasnosti mlaza s povećanjem amplitude otklona je praćeno povećanjem gubitaka energije u cijevi organa. Fluktuacije u cijevi se brzo postavljaju na niži nivo, pri čemu energija mlaza tačno kompenzira gubitke energije u cijevi. Zanimljivo je napomenuti da su u većini slučajeva gubici energije zbog turbulencije i viskoznosti mnogo veći od gubitaka povezanih s raspršivanjem zvučnih valova kroz prorez i otvorene krajeve cijevi.
Presjek orguljske cijevi tipa raspona, koji pokazuje da jezik ima urez za stvaranje ravnomjernog turbulentnog kretanja struje zraka. Cijev je izrađena od "markiranog metala" - legure sa visokim sadržajem kalaja i dodatkom olova. U proizvodnji limenog materijala od ove legure, na njemu je fiksiran karakterističan uzorak, koji je jasno vidljiv na fotografiji.
Naravno, stvarni zvuk cijevi u orguljama nije ograničen na jednu određenu frekvenciju, već sadrži zvukove više frekvencije. Može se dokazati da su ovi prizvuci tačni harmonici osnovne frekvencije i da se od nje razlikuju cijeli broj puta. U uslovima konstantnog ubrizgavanja vazduha, oblik zvučnog talasa na osciloskopu ostaje potpuno isti. Najmanje odstupanje harmonijske frekvencije od vrijednosti koja je striktno višestruka od osnovne frekvencije dovodi do postupne, ali jasno vidljive promjene valnog oblika.
Ovaj fenomen je interesantan jer su rezonantne vibracije vazdušnog stuba u cevi za orgulje, kao iu svakoj otvorenoj cevi, postavljene na frekvencijama koje su donekle različite od onih harmonika. Činjenica je da s povećanjem frekvencije radna dužina cijevi postaje nešto manja zbog promjene akustičkog fluksa na otvorenim krajevima cijevi. Kao što će biti pokazano, prizvuci u orguljskoj cijevi nastaju interakcijom zračnog mlaza i ivice proreza, a sama cijev služi za prizvuke viših frekvencija uglavnom kao pasivni rezonator.
Rezonantne vibracije u cijevi nastaju najvećim kretanjem zraka na njenim rupama. Drugim riječima, provodljivost u cijevi organa trebala bi dostići svoj maksimum na prorezu. Iz toga slijedi da se rezonantne vibracije javljaju iu cijevi s otvorenim dugim krajem na frekvencijama na kojima cijeli broj polutalasa zvučnih vibracija stane u dužinu cijevi. Ako osnovnu frekvenciju označimo kao f 1, tada će više rezonantne frekvencije biti 2 f 1 , 3f 1 itd. (Zapravo, kao što je već istaknuto, najviše rezonantne frekvencije su uvijek nešto veće od ovih vrijednosti.)
U cijevi sa zatvorenim ili prigušenim konjem dugog dometa, rezonantne oscilacije se javljaju na frekvencijama na kojima se neparan broj četvrtina valne dužine uklapa u dužinu cijevi. Stoga, da zvučimo na istoj toni, zatvorena cijev može biti upola duža od otvorene, a njene rezonantne frekvencije će biti f 1 , 3f 1 , 5f 1 itd.
Rezultati efekta promjene pritiska prisilnog zraka na zvuk u konvencionalnoj orguljskoj cijevi. Rimski brojevi označavaju prvih nekoliko prizvuka. Glavni mod trube (u boji) pokriva niz dobro izbalansiranih normalnih zvukova pri normalnom pritisku. Kako se pritisak povećava, zvuk trube prelazi na drugi ton; kada se pritisak smanji, stvara se oslabljeni drugi prizvuk.
Sada se vratimo na struju zraka u cijevi za orgulje. Vidimo da visokofrekventni talasni poremećaji postepeno opadaju kako širina mlaza raste. Kao rezultat toga, kraj mlaza u blizini gornje usne oscilira gotovo sinusoidno na osnovnoj frekvenciji sondiranja cijevi i gotovo neovisno o višim harmonicima oscilacija akustičnog polja u blizini proreza cijevi. Međutim, sinusoidno kretanje mlaza neće stvoriti isto kretanje protoka zraka u cijevi, jer je protok "zasićen" zbog činjenice da, uz ekstremno odstupanje u bilo kojem smjeru, teče u potpunosti ili iznutra ili sa vanjske strane gornje usne. Osim toga, usnica je obično donekle pomaknuta i siječe tok ne baš duž svoje središnje ravni, tako da zasićenost nije simetrična. Stoga fluktuacija protoka u cijevi ima kompletan skup harmonika osnovne frekvencije sa strogo definiranim omjerom frekvencija i faza, a relativne amplitude ovih visokofrekventnih harmonika brzo rastu sa povećanjem amplitude otklona vazdušnog mlaza. .
U konvencionalnoj cijevi za organe, količina otklona mlaza u prorezu je srazmjerna širini mlaza na gornjoj usnici. Kao rezultat, stvara se veliki broj prizvuka u struji zraka. Kada bi usna dijelila mlaz strogo simetrično, u zvuku ne bi bilo ravnomjernih prizvuka. Stoga se obično usnama daje malo miješanja kako bi se zadržali svi prizvuci.
Kao što možete očekivati, otvorene i zatvorene cijevi proizvode različite kvalitete zvuka. Frekvencije prizvuka koje stvara mlaz su višestruke od frekvencije glavne oscilacije mlaza. Stub zraka u cijevi će snažno rezonirati određenim prizvukom samo ako je akustična provodljivost cijevi visoka. U ovom slučaju, doći će do oštrog povećanja amplitude na frekvenciji bliskoj frekvenciji prizvuka. Stoga, u zatvorenoj cijevi, gdje se stvaraju samo prizvuci sa neparnim brojem rezonantne frekvencije, svi ostali prizvuci se potiskuju. Rezultat je karakterističan "prigušen" zvuk u kojem su čak i prizvuci slabi, ali ne i potpuno odsutni. Naprotiv, otvorena cijev proizvodi "lakši" zvuk, jer zadržava sve prizvuke izvedene iz osnovne frekvencije.
Rezonantna svojstva cijevi u velikoj mjeri zavise od gubitaka energije. Ovi gubici su dvije vrste: gubici zbog unutrašnjeg trenja i prijenosa topline i gubici zbog zračenja kroz prorez i otvoreni kraj cijevi. Gubici prvog tipa su značajniji u uskim cijevima i pri niskim frekvencijama oscilacija. Za široke cijevi i na visokoj frekvenciji oscilacija, gubici drugog tipa su značajni.
Utjecaj položaja usne na stvaranje prizvuka ukazuje na preporučljivost pomicanja usne. Ako bi usna podijelila mlaz striktno duž središnje ravni, u cijevi bi se stvorio samo zvuk osnovne frekvencije (I) i trećeg prizvuka (III). Pomicanjem usne, kao što je prikazano isprekidanom linijom, pojavljuju se drugi i četvrti prizvuk, koji uvelike obogaćuju kvalitet zvuka.
Iz toga proizilazi da za datu dužinu cijevi, a time i određenu osnovnu frekvenciju, široke cijevi mogu poslužiti kao dobri rezonatori samo za osnovni ton i sljedećih nekoliko prizvuka, koji formiraju prigušeni "flautni" zvuk. Uske cijevi služe kao dobri rezonatori za širok raspon tonova, a kako je zračenje na visokim frekvencijama intenzivnije nego na niskim, proizvodi se zvuk visoke "žice". Između ova dva zvuka javlja se sonoran sočan zvuk, koji postaje karakterističan za dobre orgulje koje stvaraju tzv. principali ili rasponi.
Osim toga, veliki organ može imati nizove cijevi sa konusnim tijelom, perforiranim čepom ili drugim geometrijskim varijacijama. Takvi dizajni imaju za cilj da modificiraju rezonantne frekvencije trube, a ponekad i da povećaju raspon visokofrekventnih tonova kako bi se dobio tembar posebne zvučne boje. Izbor materijala od kojeg je cijev napravljena nije mnogo bitan.
Postoji veliki broj mogućih tipova zračnih vibracija u cijevi, a to dodatno komplikuje akustička svojstva cijevi. Na primjer, kada se tlak zraka u otvorenoj cijevi poveća do te mjere da će se prvi prizvuk stvoriti u mlazu f 1 za jednu četvrtinu dužine glavnog talasa, tačka na spirali provodljivosti koja odgovara ovom prizvuku će se pomeriti na svoju desnu polovinu i mlaz će prestati da stvara prizvuk ove frekvencije. Istovremeno, frekvencija drugog prizvuka 2 f 1 odgovara polutalasu u mlazu i može biti stabilan. Stoga će zvuk trube ići na ovaj drugi prizvuk, skoro cijelu oktavu iznad prvog, a tačna frekvencija titranja ovisit će o rezonantnoj frekvenciji trube i tlaku dovoda zraka.
Dalje povećanje tlaka pražnjenja može dovesti do formiranja sljedećeg prizvuka 3 f 1 pod uslovom da "podrezivanje" usne nije preveliko. S druge strane, često se dešava da nizak pritisak, nedovoljan da formira osnovni ton, postepeno stvara jedan od prizvuka na drugom zavoju provodne spirale. Takvi zvukovi, koji nastaju sa prekomjernim ili nedostatkom pritiska, zanimljivi su za laboratorijska istraživanja, ali se izuzetno rijetko koriste u samim organima, samo da bi se postigao neki poseban efekat.
Pogled na stojni val na rezonanciji u cijevima s otvorenim i zatvorenim gornjim krajem. Širina svake obojene linije odgovara amplitudi vibracija u različitim dijelovima cijevi. Strelice pokazuju smjer kretanja zraka tokom jedne polovine oscilatornog ciklusa; u drugoj polovini ciklusa, smjer kretanja je obrnut. Rimski brojevi označavaju harmonijske brojeve. Za otvorenu cijev, svi harmonici osnovne frekvencije su rezonantni. Zatvorena cijev mora biti upola manja da bi proizvela istu notu, ali za nju su rezonantni samo neparni harmonici. Složena geometrija "ušća" cijevi donekle iskrivljuje konfiguraciju valova bliže donjem kraju cijevi, a da ih ne mijenja « main » karakter.
Nakon što je majstor u izradi orgulja izradio jednu lulu sa potrebnim zvukom, njegov glavni i najteži zadatak je da stvori čitav niz cijevi odgovarajuće jačine i harmonije zvuka u cijelom muzičkom rasponu klavijature. To se ne može postići jednostavnim skupom cijevi iste geometrije, koje se razlikuju samo po svojim dimenzijama, jer će u takvim cijevima gubici energije od trenja i zračenja različito utjecati na oscilacije različitih frekvencija. Da bi se osigurala konstantnost akustičkih svojstava u cijelom rasponu, potrebno je varirati niz parametara. Prečnik cevi se menja sa njenom dužinom i zavisi od nje kao stepena sa eksponentom k, gde je k manji od 1. Zbog toga se duge bas cevi prave uže. Izračunata vrijednost k je 5/6, odnosno 0,83, ali uzimajući u obzir psihofizičke karakteristike ljudskog sluha, treba je smanjiti na 0,75. Ova vrijednost k je vrlo bliska onoj koju su empirijski utvrdili veliki orguljaši 17. i 18. stoljeća.
U zaključku, razmotrimo pitanje koje je važno sa stanovišta sviranja orgulja: kako se kontrolira zvuk mnogih cijevi u velikim orguljama. Osnovni mehanizam ove kontrole je jednostavan i podsjeća na redove i stupce matrice. Cijevi raspoređene po registrima odgovaraju redovima matrice. Sve cijevi istog registra imaju isti ton, a svaka lula odgovara jednoj noti na ručnoj ili nožnoj klavijaturi. Dovod zraka u cijevi svakog registra kontrolira se posebnom polugom na kojoj je naznačen naziv registra, a dovod zraka direktno u cijevi povezane s datom notom i koje čine stupac matrice regulirano je pomoću odgovarajući taster na tastaturi. Truba će se oglasiti samo ako se pomeri poluga registra u kojem se nalazi i pritisne željeni taster.
Postavljanje cijevi orgulja podsjeća na redove i stupce matrice. U ovom pojednostavljenom dijagramu, svaki red, nazvan registar, sastoji se od cijevi istog tipa, od kojih svaka proizvodi jednu notu (gornji dio dijagrama). Svaka kolona povezana s jednom notom na tastaturi (donji dio dijagrama) uključuje različite vrste cijevi (lijevi dio dijagrama). Poluga na konzoli (desna strana dijagrama) omogućava pristup zraku svim cijevima registra, a pritiskom na tipku na tastaturi uduvava se zrak u sve cijevi date note. Pristup zraka cijevi je moguć samo kada su red i kolona uključeni u isto vrijeme.
Danas se mogu koristiti različiti načini za implementaciju takvog kola pomoću digitalnih logičkih uređaja i električno kontroliranih ventila na svakoj cijevi. Starije orgulje koristile su jednostavne mehaničke poluge i ventile za dovod zraka u kanale tastature, te mehaničke klizače s rupama za kontrolu protoka zraka do cijelog registra. Ovaj jednostavan i pouzdan mehanički sistem, pored svojih dizajnerskih prednosti, omogućio je orguljašu da sam reguliše brzinu otvaranja svih ventila i, takoreći, približio mu ovaj previše mehanički muzički instrument.
U XIX na početku XX veka. velike orgulje su građene sa svim vrstama elektromehaničkih i elektropneumatskih uređaja, ali u posljednje vrijeme opet se prednost daje mehaničkim prijenosima s tipki i pedala, a složeni elektronski uređaji se koriste za istovremeno uključivanje kombinacija registara pri sviranju orgulja. Na primjer, najveće orgulje na svijetu postavljene su u koncertnoj dvorani Sidnejske opere 1979. Imaju 10.500 cijevi u 205 registara raspoređenih na pet ručnih i jednonožnih klavijatura. Upravljanje ključem se vrši mehanički, ali je duplicirano električnim prijenosom na koji se možete povezati. Na taj način se orguljaška izvedba može snimiti u kodiranom digitalnom obliku, koji se potom može koristiti za automatsku reprodukciju na orguljama originalne izvedbe. Kontrola registara i njihovih kombinacija vrši se pomoću električnih ili elektropneumatskih uređaja i mikroprocesora s memorijom, što vam omogućava da široko varirate upravljački program. Dakle, veličanstveni bogat zvuk veličanstvenih orgulja nastaje kombinacijom najnaprednijih dostignuća moderne tehnologije i tradicionalnih tehnika i principa koje su stoljećima koristili majstori iz prošlosti.
Orgulje su muzički instrument koji se naziva "kralj muzike". Grandioznost njegovog zvuka izražava se u emotivnom uticaju na slušaoca, kojem nema premca. Pored toga, najveći muzički instrument na svijetu su orgulje i imaju najnapredniji sistem upravljanja. Njegova visina i dužina jednake su veličini zida od temelja do krova u velikoj zgradi - hramu ili koncertnoj dvorani.
Ekspresivni resurs orgulja omogućava vam da za njih kreirate muziku sa najširim opsegom sadržaja: od razmišljanja o Bogu i kosmosu do suptilnih intimnih odraza ljudske duše.
Orgulje su muzički instrument sa istorijom koja je jedinstvena po svom trajanju. Njegova starost je oko 28 vekova. U okviru jednog članka nemoguće je pratiti veliki put ovog instrumenta u umjetnosti. Ograničili smo se na kratak prikaz geneze organa od antičkih vremena do onih stoljeća kada je dobio oblik i svojstva poznata do danas.
Istorijski prethodnik orgulja je instrument Pan flauta koji je došao do nas (po imenu onoga koji ga je stvorio, kako se spominje u mitu). Pojava Pan flaute datira se u 7. vek pre nove ere, ali je prava starost verovatno mnogo starija.
Ovo je naziv muzičkog instrumenta koji se sastoji od cijevi različitih dužina postavljenih okomito jedna pored druge. Bočne površine, one su jedna uz drugu, a poprečno su spojene pojasom od jake materije ili drvenom daskom. Izvođač ubacuje zrak odozgo kroz otvore cijevi, a one zvuče - svaka na svojoj visini. Pravi majstor igre može koristiti dvije ili čak tri cijevi odjednom da izvuče simultani zvuk i dobije dvoglasni interval ili, uz posebnu vještinu, troglasni akord.
Pan flauta oličava večnu ljudsku želju za pronalaskom, posebno u umetnosti, i želju za unapređenjem izražajnih mogućnosti muzike. Prije nego što se ovaj instrument pojavio na istorijskoj pozornici, najstariji muzičari su imali na raspolaganju primitivnije uzdužne flaute - najjednostavnije cijevi s rupama za prste. Njihove tehničke mogućnosti nisu bile velike. Na uzdužnoj flauti nemoguće je istovremeno izvući dva ili više zvukova.
U prilog savršenijem zvučanju Panove frule govori i sljedeća činjenica. Metoda uduvavanja zraka u njega je beskontaktna, mlaz zraka se dovodi usnama sa određene udaljenosti, što stvara poseban tembarski efekat mističnog zvuka. Svi prethodnici orgulja bili su mesing, tj. koristili kontrolisanu živu moć disanja za stvaranje.Naknadno su ove karakteristike - polifonija i sablasno fantastičan tembar "disanja" - naslijeđene u zvučnoj paleti orgulja. Oni su osnova jedinstvene sposobnosti zvuka orgulja - da uvede slušaoca u trans.
Od pojave Pan flaute do pronalaska sledećeg prethodnika orgulja prošlo je pet vekova. Za to vrijeme, poznavaoci ekstrakcije zvuka vjetra pronašli su način da beskonačno produže ograničeno vrijeme ljudskog izdisaja.
U novom instrumentu, vazduh se dovodio pomoću kožnih mijehova, sličnih onima koje je kovač koristio za tjeranje zraka.
Postojala je i mogućnost da se automatski podrži dvoglasni i troglasni. Jedan ili dva glasa - niži - bez prekida su povlačili zvukove čija se visina nije mijenjala. Ovi zvuci, zvani "bourdons" ili "faubourdons", izvučeni su bez učešća glasa, direktno iz mijeha kroz rupe otvorene u njima, i predstavljali su nešto kao pozadina. Kasnije će dobiti naziv "organ point".
Prvi glas je, zahvaljujući već poznatoj metodi zatvaranja rupa na posebnom umetku nalik na flautu u mehovima, dobio priliku da svira prilično raznolike, pa čak i virtuozne melodije. Izvođač je usnama upuhnuo vazduh u umetak. Za razliku od burdona, melodija je izvučena kontaktom. Dakle, u njemu nije bilo ni dodira misticizma – prevladali su ga burdonski odjeci.
Ovaj instrument je stekao veliku popularnost, posebno u narodnoj umjetnosti, kao i među putujućim muzičarima, te je postao poznat kao gajde. Zahvaljujući njenom izumu, budući zvuk orgulja dobio je gotovo neograničenu dužinu. Dok izvođač pumpa vazduh mehovima, zvuk se ne prekida.
Tako su se pojavila tri od četiri buduća zvučna svojstva “kralja instrumenata”: polifonija, mistična jedinstvenost tembra i apsolutna dužina.
Počevši od 2. veka pne. pojavljuju se konstrukcije koje se sve više približavaju slici organa. Za ubrizgavanje zraka, grčki pronalazač Ktesebius kreira hidraulički pogon koji vam omogućava da povećate snagu zvuka i snabdjete novi instrument kolosa prilično dugim cijevima. Za uho, hidraulički organ postaje glasan i oštar. Sa takvim svojstvima zvuka, široko se koristi u masovnim nastupima (trke, cirkuske predstave, misterije) među Grcima i Rimljanima. S dolaskom ranog kršćanstva, ponovo se vratila ideja o puhanju zraka mijehom: zvuk iz ovog mehanizma bio je življi i "ljudskiji".
U stvari, u ovoj fazi, glavne karakteristike zvuka orgulja mogu se smatrati formiranim: polifona tekstura, imperijalno privlačan tembar, neviđena dužina i posebna snaga pogodna za privlačenje velike mase ljudi.
Sledećih 7 vekova bilo je odlučujuće za orgulje u smislu da su se zainteresovale za njihove mogućnosti, a zatim ih čvrsto „prisvojile“ i razvile hrišćansku crkvu. Orgulje su bile predodređene da postanu instrument masovnog propovijedanja, kao što su ostale do danas. U tom cilju, njegove transformacije su se kretale duž dva kanala.
Prvo. Fizičke dimenzije i akustičke sposobnosti instrumenta dostigle su neverovatne nivoe. U skladu sa rastom i razvojem hramske arhitekture, arhitektonski i muzički aspekt je brzo napredovao. Orgulje su počele da se ugrađuju u zid hrama, a njihov gromoglasan zvuk je utišao i potresao maštu župljana.
Broj orguljskih cijevi sada napravljenih od drveta i metala dostigao je nekoliko hiljada. Glasovi orgulja dobili su najširi emocionalni raspon - od sličnosti Glasa Božjeg do tihih otkrivenja religiozne individualnosti.
Mogućnosti zvuka, prethodno stečene na istorijskom putu, bile su potrebne u crkvenom životu. Polifonija orgulja omogućila je sve složenijoj muzici da odražava višestruko preplitanje duhovne prakse. Dužina i intenzitet tona uzdizao je aspekt živog disanja, što je samu prirodu zvuka orgulja približilo iskustvima sudbine ljudskog života.
Od ove faze, orgulje su muzički instrument velike uvjerljive snage.
Drugi pravac razvoja instrumenta išao je putem jačanja njegovih virtuoznih sposobnosti.
Da bi se upravljalo hiljaditim arsenalom lula, bio je potreban fundamentalno novi mehanizam, koji bi omogućio izvođaču da se nosi sa ovim neizrecivim bogatstvom. Sama istorija je podstakla ispravnu odluku: ideja o koordinaciji klavijature čitavog niza zvukova bila je savršeno prilagođena uređaju „kralja muzike“. Od sada su orgulje klavijaturno-duhački instrument.
Kontrola giganta bila je koncentrisana na posebnoj konzoli, koja je spojila kolosalne mogućnosti tehnike klavira i genijalnih izuma majstora orgulja. Ispred orguljaša su sada raspoređeni u stepenastom redosledu - jedna iznad druge - od dve do sedam klavijatura. Na dnu, blizu poda ispod vaših nogu, nalazila se velika tastatura sa pedalom za izvlačenje niskih tonova. Igralo se nogama. Stoga je orguljaška tehnika zahtijevala veliku vještinu. Sjedište izvođača je bila duga klupa postavljena na vrh tastature s pedalom.
Kombinacijom cijevi je upravljao registarski mehanizam. U blizini tastatura nalazila su se posebna dugmad ili ručke, od kojih je svaka istovremeno pokretala desetine, stotine, pa čak i hiljade cijevi. Kako orguljaš ne bi bio ometan mijenjanjem registara, imao je pomoćnika - obično studenta koji je trebao razumjeti osnove sviranja orgulja.
Orgulje započinju svoj pobjednički pohod u svjetsku umjetničku kulturu. Do 17. veka dostigao je svoj vrhunac i neviđene visine u muzici. Nakon perpetuiranja orguljaške umjetnosti u djelu Johanna Sebastiana Bacha, veličina ovog instrumenta ostala je nenadmašna do danas. Danas su orgulje muzički instrument novije istorije.