Princípios de Construção e Funcionamento do Órgão de Tubos

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1 Princípios de Construção e Funcionamento do Órgão de Tubos Marco Antonio Galdino Maria Claudia Tourasse out/14 Page 1

2 Órgão de Tubos O Órgão de Tubos é um instrumento musical puramente mecânico, ou seja não incorpora dispositivos elétricos/eletrônicos (exceto o motor elétrico usado no compressor) A fonte sonora no órgão são os tubos, que funcionam pelo princípio da coluna de ar vibrante, da mesma forma que os instrumentos musicais de sopro como flauta, saxofone etc. Page 2

3 Princípio de Funcionamento Diagrama do Tubo P - Vaso de Pressão - mantido preenchido por ar comprimido a uma pressão constante, por meio de um compressor V Válvula acionada por meio de uma haste conectada ao teclado, ou por um sistema hidráulico, libera passagem do ar para o Tubo O Orifício localizado na base do Tubo, permite a passagem do jato de ar F Fresta e B Borda o jato de ar fluindo pela Fresta e atingindo a Borda produz um som, denominado tom de borda, de forma semelhante a um apito comum T Tubo a coluna de ar no interior do Tubo, um cilindro aberto na extremidade superior, uma vez excitado pelo tom de borda vibra em suas frequências naturais de vibração, produzindo o som ouvido Page 3

4 Princípio de Funcionamento Vibração da Coluna de Ar de um Tubo Aberto A figura mostra um modo natural de vibração do ar no interior de um tubo comum de órgão, aberto nas duas extremidades A extremidade inferior, onde se localizam a Fenda e a Borda, é sempre considerada aberta No interior do tubo forma-se uma onda estacionária (a) de formato senoidal, cuja frequência é inversamente proporcional ao comprimento (L) do Tubo, Os tubos mais longos emitem frequências menores (sons mais graves), enquanto que os tubos mais curtos emitem frequências mais altas (sons mais agudos) Page 4

5 Princípio de Funcionamento Vibração da Coluna de Ar de um Tubo Aberto (cont.) Observam-se máximos (chamado ventres ) da onda sonora nas duas extremidades abertas e um zero (chamado nó ) no meio do tubo A frequência fundamental (a) deste tubo corresponde a uma onda cujo comprimento é de 2 vezes o seu comprimento (L), de forma que pode ser chamado de ressonador de meia onda Page 5

6 Princípio de Funcionamento Vibração da Coluna de Ar do Tubo Aberto (cont.) Além do modo fundamental (a) de vibração, outras frequências, denominadas harmônicos, também surgem simultaneamente no tubo A frequência da onda (b) mostrada na figura corresponde a um harmônico com 2 vezes a frequência fundamental, enquanto que a da onda (c) é de 3 vezes O tubo aberto nas duas extremidades, produz a onda fundamental e todos os seus harmônicos, ou seja, ondas com 2, 3, 4, 5 etc. vezes a frequência da onda fundamental Page 6

7 Princípio de Funcionamento Vibração da Coluna de Ar do Tubo Aberto (cont.) O volume (intensidade) dos harmônicos é menor do que o da fundamental, de forma inversamente proporcional à frequência, ou seja: volume (a) > volume (b) > volume (c) O conjunto de harmônicos é chamado de timbre do tubo Page 7

8 Princípio de Funcionamento Comportamento real do Tubo Observações A frequência fundamental independe (aproximadamente) do diâmetro ou do material do tubo, mas apenas de seu comprimento Os tubos são fabricados em chapas de aço galvanizado, ou, eventualmente, outros materiais O volume (intensidade) do som é diretamente proporcional ao diâmetro do tubo e à sua frequência, por isso os tubos de menores frequências (tubos mais longos, para sons graves) têm maiores diâmetros, de forma a produzirem volumes adequados Mudanças na geometria da Fresta e da Borda podem mudar o conteúdo de harmônicos, e por conseguinte o timbre do tubo Page 8

9 Princípio de Funcionamento Comportamento real do Tubo Observações (cont.) A pressão do ar comprimido pode influir um pouco nas frequências emitidas pelo tubo O comprimento acústico do tubo aberto é, na verdade, ligeiramente superior ao seu comprimento físico (L), de forma que para se calcular o comprimento de onda real é necessário aplicar fatores de correção para as extremidades (estes fatores de correção são dependentes do diâmetro) Page 9

10 Tipos de Tubos A discussão apresentada refere ao tipo de tubo mais simples, que corresponde àqueles tubos visíveis externamente na fachada frontal do instrumento (figura abaixo) Porém, o órgão é também dotado de outros tipos de Tubos Page 10

11 Tipos de Tubos Tubo Fechado na Extremidade Superior O órgão também possui tubos fechados na extremidade superior, cujo funcionamento é semelhante ao tubo básico aberto já apresentado Os tubos fechados têm construção idêntica aos tubos abertos, mas sua extremidade superior é fechada (vedada) por uma peça mecânica (tampa) às vezes denominada de stopper Page 11

12 Tipos de Tubos Tubo Fechado na Extremidade Superior (cont.) Neste tipo de Tubo, a onda fundamental forma um ventre (máximo) na extremidade inferior (considerada aberta) e um nó (zero) na extremidade superior (fechada pelo stopper ) O comprimento de onda da fundamental é o quádruplo do comprimento do Tubo, de forma que pode ser chamado de ressonador de um quarto de onda (diferindo assim do tubo de mesmo comprimento aberto na extremidade superior) A frequência fundamental do tubo fechado é uma oitava abaixo da do tubo aberto de mesmo comprimento Page 12

13 Tipos de Tubos Tubo Fechado na Extremidade Superior (cont) Conforme observa-se na figura, este tipo de tubo emite somente os harmônicos ímpares da frequência fundamental (3, 5, 7, 9 etc. vezes), de forma que seu timbre também difere daquele do tubo aberto na extremidade superior Page 13

14 Tipos de Tubos A figura abaixo mostra a extremidade superior de diversos tubos no interior do órgão, onde observa-se que alguns deles são abertos e outros fechados com stoppers Page 14

15 Tipos de Tubos Tubo tipo Reed Além de tubos cilíndricos abertos e fechados, o Órgão possui um terceiro tipo de tubo, denominado tubo Reed, tubo palhetado, ou tubo de palhetas Neste tubo, uma haste metálica (reed palheta ) é colocada em vibração pela passagem do ar, causando, por sua vez, a vibração da coluna de ar no interior do tubo, utilizando o mesmo princípio de alguns instrumentos de sopro, como a clarineta e o oboé Os tubos reed são construídos em formato cônico, visando produzir todos os harmônicos (tanto pares quanto ímpares), e são utilizados para produzir sons orquestrais Page 15

16 Tipos de Tubos A figura mostra o interior do órgão, onde pode-se observar inúmeros tubos cilíndricos e alguns tubos tipo reed (assinalados na figura) Page 16

17 Teclado Na figura visualiza-se o teclado e o conjunto de hastes de comando das válvulas do tubos a ele associado Page 17

18 Registros laterais O órgão tem um número de tubos muito superior ao número de teclas. Assim, um conjunto de registros localizado nas laterais do teclado, permite selecionar diferentes conjuntos de tubos, mudando a sonoridade do instrumento Os registros identificados com o número 8 correspondem à oitava fundamental, que contém o Lá fundamental (440 Hz), enquanto que os registros de números maiores (16 etc.) selecionam oitavas inferiores (mais graves) e os de números menores (4, 3, 2) as oitavas superiores (mais agudas) Page 18

19 Registros laterais Os registros laterais permitem selecionar conjuntos de tubos correspondendo simultaneamente a mais de uma oitava e/ou mais de uma sonoridade diferente, fazendo assim com que cada tecla emita sons similares a um acorde complexo O conjunto de tubos e registros conhecido como família principal corresponde à sonoridade exclusiva do órgão, ou seja, aqueles sons que não são similares aos de outros instrumentos Os outros registros, por sua vez, podem selecionar tubos destinados a imitar sons de instrumentos de sopro, como flautas e oboés, ou instrumentos de corda, de percussão etc., ou ainda, conjuntos incluindo misturas de tubos com diversos sons Page 19

20 Registros laterais Os registros são identificados por nomes em diversas línguas, que incluem os nomes dos instrumentos que imitam, tais como trumpet, clarionet, flauto traverso, Harpischord etc., além de inúmeros outros nomes tais como viol d amour, viole celeste, unda maris etc., nomes estes que são mais ou menos padronizados e bem conhecidos pelos instrumentistas Os órgãos de tubos são fabricados artesanalmente e de acordo com as especificações do usuário, por isso cada instrumento é sui generis e tem uma sonoridade própria, peculiar e diferente da dos demais Page 20

21 Diagrama completo A seguir mostra-se um diagrama simplificado do órgão de tubos, esclarecendo sobre seu funcionamento geral e sobre a conexão entre os diversos dispositivos que o compõe, apresentando ainda seus nomes tradicionais (os mecanismos correspondentes aos registros laterais não são mostrados na figura) Page 21

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23 Referências Jeans, Sir James. Science & Music. Dover Publications, Inc. New York (reimpressão da publicação original de 1937). Page 23