Un orgue en bois : quelques essais

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Adhafera
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Un orgue en bois : quelques essais

Message par Adhafera »

Bonjour à tous,

J'ai ouvert un topic pour vous présenter les différents essais que je suis en train de faire en vue de réaliser des orgues en bois.

Je débute en menuiserie, je vous préviens donc tout de suite, mes premières tentatives seront basés sur le fonctionnel et non sur l'esthétique ^^ Je vais d'abord faire mes tests sur du bois de récup ou du contreplaqué. Le bois à 2000€ le mètre cube attendra donc un peu :p
Par contre, n'hésitez pas à critiquer mes réalisations !! C'est comme ça que l'on progresse de toute manière :)



Tout d'abord, je vais expliquer le fonctionnement d'un orgue pour que vous puissiez mieux comprendre les pièces réalisés par la suite.


Un orgue, c'est un instrument à vent. Il se joue avec les mains sur plusieurs claviers et avec les pieds sur un pédalier.
Chaque touche des claviers ou du pédalier ouvre une soupape qui laisse passer l'air dans un ou plusieurs tuyaux de flute.

Ce qu'il faut bien se rendre compte, c'est qu'un orgue à un seul clavier de 50 touches et sans pédalier (par exemple, pour faire simple) ne possèdera pas que 50 tuyaux, mais bien plus ! (des multiples de 50). Pourquoi ? Tout simplement parce que l'organiste peut choisir d'activer un ou plusieurs tuyaux par touche !
Une série de 50 tuyaux s'appelle un jeu. Un orgue possède plusieurs jeux.
Si un seul jeu est activé, lors de l'appui sur une touche, l'air est envoyé dans un seul et unique tuyau. Mais si 3 jeux sont activés, l'air sera donc envoyé dans 3 tuyaux simultanément par note jouée. C'est en activant et en combinant différent jeux qu'on change le timbre du son.

L'orgue peut être divisé en 4 grandes parties :
  • Les tuyaux, qui sont soit à embouchure (comme une flute, mais sans trous), soit à anches. En métal ou en bois (j'ai choisi de ne faire que des tuyaux en bois)
  • Des sommiers. Ce sont les supports sur lesquels sont posés les différents jeux de tuyaux. Dans un sommier, il y a une soupape par note. Cette soupape permet d'alimenter en air les tuyaux des différents jeux correspondant à une note précise (s'il y a 5 jeux, une soupape alimentera 5 tuyaux). Dans ce sommier, il y a ce que l'on appelle des registres sur permet d'activer ou non un jeu précis. Ainsi, si un registre est tiré, il laissera l'air passer dans tous les tuyaux du jeu correspondant (pour peu que les soupapes soient elles aussi activées).
  • Une soufflerie qui gonfle des réserves d'air appelées soufflets. Ces soufflets alimentent les sommiers en air.
  • Une mécanique qui permet de relier les touchees des claviers/pédaliers aux soupapes correspondantes dans les sommiers
Voila pour une description succincte du fonctionnement d'un orgue. Je détaillerai chacune des parties lorsque je passerai à la réalisation de celles-ci.




Pour le moment, mon objectif est de réaliser une maquette d'un orgue avec uniquement un clavier de 3 touches et 2 jeux (soit 6 tuyaux) smileyscie
ça me permettra de me lancer en douceur dans le monde de la menuiserie et de voir les difficultés liés à la réalisation de chacune des parties.
Adhafera
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par Adhafera »

Premier essai : réalisation de mon premier tuyaux

Bon, il a bien fallu commencé quelque part. Sans trop de surprise, mon premier essai fut la réalisation d'un tuyau de flute en bois !
Contrairement aux tuyaux en métal, un tuyau de bois, dans un orgue est de section carré ou rectangulaire.
Le principe est très simple, il faut s'arranger pour concentrer l'air dans une petite ouverture (appelé la lumière). Ce mince filait d'air est alors projeté sur la lèvre supérieure et coupé en deux.
Ce sont les perturbations que ce filai d'air subit lorsqu'il va être fracassé sur la lèvre supérieur qui va produire un son. Ce son va entrer en résonance avec le corps du tuyaux. C'est la longueur du tuyau qui fixe la hauteur de la note.
Plus le tuyau est grand et plus la note est grave.

Le biseau est la pièce de bois qui est chargé de concentrer le flux d'air et de le diriger vers la lèvre supérieure.

J'ai mis ci-dessous le schéma de principe :

Image


Pour la première flute, je ne me suis pas compliqué la vie. J'ai pris du bois qui trainait dans ma remise.
Pour le biseau, j'ai pris un bout de bois taillé à 45°
La lèvre supérieur à été faite à la scie circulaire incliné à 10°

Ci-dessous quelques photos (vous pouvez cliquer dessus pour les agrandir):

Sur la première photo, on voit les 3 planches de bois assemblés, le biseau est lui aussi posé.
Image

Vue rapproché sur le biseau dont l'extrémité a été adouci à l'aide d'une lime pour diriger le flux d'air vers la lèvre supérieure.
Image

Ici, on voit la lumière qui doit faire un peu moins d'un millimètre. C'est par là que sort le filet d'air.
Image

Enfin, une vue de l'ensemble
Image


Comme je n'avais pas encore investi dans des serre-joints lors de la fabrication de cette première flute, j'ai utilisés des clous à la place. L'ensemble à été collé à la colle à bois.

Ce qui est surprenant, c'est que la flute à chanté du premier coup :) Ce qui est très motivant.
Voici un extrait sonore : http://ferdinandpiette.com/ressources/o ... /flute.mp3
Voici la composition harmonique du son :
Image

Le son n'est pas parfait, on entend trop le "filet d'air" et le son n'est pas encore très franc, mais c'est un bon début je trouve !


Problèmes rencontrés :
  • J'ai d'abord coupé mes planches à la scie sauteuse... Grave erreur, rien n'était droit. J'ai rectifié à la scie circulaire
  • J'ai collé le biseau après avoir collé les planches latérales, j'airais du le faire en même temps pour éviter les jeux. (rectifié en mettant plein de colle...)
  • J'aurais du raboter le pied du tuyaux avant de le collé (c'est la partie fermant le tuyau, là où j'ai le bout de laiton qui sert l'entrée d'air)
Depuis, j'ai refais des tubes. Il me manques quelques serre-joints pour les finalisés. Je posterai des photos bientôt.
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par Fylm »

C'est intéressant ça. On voit de tout dans la menuiserie dis donc. Hâte de voir ta production (et de l'entendre)
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par Grogg »

j'ai de très vagues souvenirs de physique, mais j'apprécie déjà ton spectre qui me semble pas mal du tout. Comment tu gères l'atténuation des harmoniques?
Adhafera
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par Adhafera »

Fylm a écrit :Hâte de voir ta production (et de l'entendre)
Héhé moi aussi ! (en espérant que je verrai le bout !!)

Grogg a écrit :j'ai de très vagues souvenirs de physique, mais j'apprécie déjà ton spectre qui me semble pas mal du tout. Comment tu gères l'atténuation des harmoniques?
Alors, dans le principe, un son pur, c'est une simple sinusoïde. L'instrument qui se rapproche le plus du son pur, c'est la flute ! (ça tombe bien ^^).
Ensuite, ce qu'il faut savoir, c'est qu'un son, c'est une somme de plusieurs sinus. Les fréquences de ses sinus sont tous multiple d'une fréquence fondamentale.

Par exemple, le son d'un do1 du jeu de 8 pieds (do grave dont la longueur du tuyau fait 8 pied de haut (~1m30)) sera composé d'un sinus à la fréquence fondamentale qui est de 65Hz plus des sinus à des fréquences multiples (qui l'on appelle harmoniques) à 2x65Hz=130Hz, 3x65hz=195Hz, 260Hz, etc.

Le sinus de la fondamentale sera plus fort que les autre sinus, c'est pour ça que l'on saura dire que le son correspond à un do grave 65Hz.
La quantité d'harmoniques du son définie son timbre ! Moins il y a d'harmonique et plus on se rapproche d'un son de flute, et plus il y en a, plus le son devient nasillard, chaud, etc.


Avec un tuyau d'orgue, on peut faire varier la quantité d'harmoniques de plusieurs façon :
  • Avec le diamètre du tuyau : plus le diamètre est gros, et moins il y a d'harmonique
  • Avec la qualité des parois. Si les parois du tuyaux sont recouvert de poussière, les harmoniques sont atténués et le son est plus feutré.
  • En bouchant le bout tu tuyaux, la fréquence de la fondamentale est divisé par deux (le son est une octave plus bas qu'avec un tuyau ouvert), mais on supprime aussi toutes les harmoniques paires.
Ici, mon tuyau fait 26cm de long (de la lèvre supérieure au bout du tube) pour environ 2.5cm de diamètre. Soit un rapport de 10.
Avec rapport de 10 entre la longueur et le diamètre du tuyau, le son produit se rapproche de celle d'une flute (d'où la faible quantité d'harmoniques). Si le rapport se rapproche de 30, les harmoniques sont bien plus présentes et le tuyaux aura un son proche d'une corde de violon par exemple.
D'ailleurs, un jeu de tuyaux ayant une rapport longueur/diamètre de 10 est appelé un jeu de flute. Ensuite, si le rapport augmente, on a un jeu de montre ou un prestant, puis avec un rapport plus grand on a un jeu de Salicional puis un jeu gambé pour des rapport autour de 30.
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par egtegt »

Une petite question : Il y a de l'inharmonicité dans l'orgue comme par exemple dans le piano ? Ou les harmoniques sont de parfaits multiples de la fréquence de base ?
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par Adhafera »

Non, il y a aussi de l'inharmonicité.
Les partiels d'un tuyau d'orgue sont différents des harmoniques.
Plus le diamètre d'un tuyau est grand, et plus les partiels sont "faux", donc plus les harmoniques seront atténués. On entendra donc principalement la fondamentale (c'est pourquoi j'ai dit avant qu'un tuyau de grosse taille (petit rapport longueur/diamètre) sera pauvre en harmonique et aura un son proche de la flute).

A l'inverse, dans un tuyau étroit (grand rapport longueur/diamètre), les partiels sont proches de la fondamentales et les harmoniques sont bien présentes. Le son est gambé et proche d'une corde frottée.

Là j'avoue ne connaitre que le principe, je ne me suis pas (encore) attardé sur la physique des partiels.

++
Adhafera
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par macbast »

Bonsoir,

Très technique mais très bien expliqué... J'ai appris le fonctionnement d'un orgue. Merci

Vite, la suite... ;)
Sébastien
Quand tu te sens en situation d'échec, souviens toi que le grand chêne a lui aussi été un gland !
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par Tilou »

Salut à tous
tiens! avec le confinement je viens de tomber un peu tard et par hasard sur ce post qui commence à dater...
Comme je m'y connais un peu je pense pouvoir aider et rectifier quelques petites erreurs. Pour aider il y a des articles sur les flutes en bois dans un blog que j'entretiens:
https://orgue-bernard.blog4ever.com/articles/flutes-1

la première chose que je veux dire c'est que penser que le vortex se sépare en deux n'est pas exact! Déjà Cavaillé Coll un grand facteur d'orgue bénéficiait d'une bulle papale (dispense du pape en dérogation des règles pour pouvoir fumer dans les églises). Non pas pour satisfaire une dépendance au tabac mais pour faire des expériences en soufflant de la fumée dans les orgues d'église. Il pensait que l'air se séparait en deux vortex l'un à l'extérieur et l'autre à l'intérieur du corps de flûte. On trouve pourtant encore aujourd'hui de nombreux auteurs d'ouvrages sur le sujet pour affirmer que la lame d'air vient se briser sur le biseau pour se séparer en deux. Cette idée est fausse (à cause de la persistance rétinienne) car on sait aujourd'hui en fait qu'il n'y a qu'un seul vortex qui passe alternativement de chaque coté de la lèvre supérieure.
Image

Une précision sur les harmoniques et l'inharmonicité dans les flutes d'orgue:
Les harmoniques sont inéluctables dans tout instrument il n'existe pas de son pur autrement qu'avec l'électronique.
https://orgue-bernard.blog4ever.com/ond ... -dephasage
https://orgue-bernard.blog4ever.com/les ... s-une-note

Dommage que le post s'est arrêté là, la suite aurait été intéressante! Ou alors peut-être que l'orgue est terminé?
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par diomedea »

Bonjour,
Tilou a écrit : 06 janv. 2021, 15:33Dommage que le post s'est arrêté là, la suite aurait été intéressante! Ou alors peut-être que l'orgue est terminé?
+1!
J'ai toujours ça dans un coin de ma tête...
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par BZHades »

C'est marrant, je m'attendais à voir diomeda passer dans le coin au vu des premiers messages... et le voilà :D

Intéressant en tout cas, ça me rappelle un peu mon TFE que j'avais fait sur les cloches où on avait aussi ces questions d'harmoniques (mais pour le coup, c'est clairement voulu, et on essaye d'ailleurs d'avoir un accord avec - la tierce, la quinte et le bourdon, du moins pour les cloches occidentales)
C'est sciant que Léonard de Vinci

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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par Tilou »

Salut BZHades
c'est quoi un TFE?
Les cloches sont justement l'exemple typique d'inharmonicité! Elles ont des partiels systématiquement décalés par rapport aux harmoniques théoriques.
j'ai un projet de carillon: https://www.youtube.com/watch?v=XB4egjDtczQ
On ne peut pas jouer des accords avec des cloches mais on fait des arpèges comme avec une boite à musique: https://orgue-bernard.blog4ever.com/les ... s-une-note
pour accorder une cloche on utilise un analyseur spectral: https://orgue-bernard.blog4ever.com/ana ... ese-sonore
à ma connaissance les cloches dont les partiels sont les plus harmoniques sont les cloches hollandaises type handbells:
https://www.youtube.com/watch?v=AokY2t7XcWk
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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par BZHades »

TFE = travail de fin d'étude, sauf que je crois me rappeler que ca s'appelait TIPE à l'époque je crois (travaux d'intérêt personnel encadré). C'était un projet à trouver en fin de prépa, mélangeant les sciences, qu'il fallait présenter aux concours.

C'était bien sympa comme projet, avec des notion de physique, fonderie, musique, bref, tout l'intérêt de ce genre de projet dont le but est justement de décloisonner les savoirs.
On avait été visiter la fonderie de Cornille-Havard à Villedieux les Poêles, c'est passionnant, et ouvert au public !

Pour l'analyse de fourrier, on avait utilisé Wavanal (un logiciel gratuit). Il a l'avantage d'être orienté musique, en donnant non seulement les fréquences, mais aussi la correspondance en terme d'accord. D'ailleurs, il est intéressant de remarquer que selon l'endroit où on tape dans la cloche, on va faire varier le rapport de puissance des différentes harmoniques (on aura toujours les même, mais on pourra renforcer la tierce ou la quinte par exemple selon que l'on tape en bas ou au milieu).
Exemple ici avec un cloche de quart (sur un bateau)

Image

J'ai retrouvé d'ailleurs les accords théoriques d'une cloche occidentale classique (j'ai encore mon dossier sur l'ordi ;) )

Accord de la cloche sur 5 harmoniques justes entre elles.
• Le fondamental
• Le bourdon
• Le nominal
• La tierce mineur
• La quinte

Exemple : Une cloche en La 3
Le fondamental : La 3
Le bourdon : La 2
Le nominal : La 4
La quinte : Ré 4
La tierce mineur : Do 4

Bref, c'était l'aparté cloche, désolé de pourrir le sujet.
C'est sciant que Léonard de Vinci

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Re: Un orgue en bois : quelques essais

Message par Tilou »

Wavanal! Super je ne connaissais pas je l'ai trouvé sur le net!! Merci
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