L'orgue de barbarie de Bernard et Philippe

L'orgue de barbarie de Bernard et Philippe

Les VMT Vannes à Membrane Tangentielle

La présente technique concerne la commande pneumatique d'instruments à vent comme par exemple l'orgue et l'orgue de barbarie ; Il s'agit plus précisément d'une méthode pour remplacer la boîte à soupapes traditionnelle par un système de vannes à membrane tangentielle (VMT) les vannes à membrane concentrique (VMC) font l'objet d'une étude à part.

 

Les vannes à membrane sont aussi une bonne solution pour rajouter des flûtes à un orgue existant avec boîte à soupape 27 touches pour passer à 29 touches en exploitant  les bords du carton alors qu'il n'y a plus de soupapes disponibles.

Ou encore pour remplacer une flûte récalcitrante qui fuit en permanence suite à un problème d'étanchéité sur une soupape qui n'est pas étanche on peut alors la remplacer par une flûte à vanne incorporée pour solutionner le problème sans ouvrir la boîte à soupape. (en évitant les risques de dégradation d'une autre soupape voisine.)

Il suffit alors de relier la boîte à soupape au pied de la flûte à vanne incorporée par un tuyau d'alimentation qui se doit d'être étanche et de condamner la soupape incriminée . 

Cette technique a aussi permis à de nombreux constructeurs amateurs de finir leur orgue alors qu'ils étaient coincés par la construction trop délicate pour eux de la boîte à soupapes .

 

Traditionnellement, dans un orgue, l'admission d'air vers les flûtes est commandée par une boite à soupapes. Cet élément de l'orgue est délicat à fabriquer ainsi qu'à régler pour obtenir une commande franche et efficace. Les techniques traditionnelles sont abordées dans l’article moteurs Pillbox et wurlitzer.

Sa qualité est généralement jugée par sa capacité à répéter les notes le plus rapidement possible ce qui revient à lire un carton perforé en séparant deux notes de durée la plus courte par un silence de durée généralement presque équivalente.

Pour écouter un air d'orgue avec des vannes à membrane sans même tourner la manivelle cliquez sur: http://philippe.cichon.free.fr/mp3/


Je rappelle que dans un orgue 27t type Erman il n'y a pas toutes les notes (l'ensemble n'est pas chromatique donc il est normal qu'il manque des notes).

Les  cartons pour instruments pneumatiques sont habituellement calculés pour un défilement de 6 cm/s avec des trous légèrement inférieur à 3mm séparés par un plein légèrement supérieur à 3 mm.

(En fait cette dimension de 3mm est fonction de la dimension des trous de la flûte de pan dans le sens du défilement voir l'article flûte de pan à trous carrés).


Pour éviter qu'un carton se décale latéralement lors d'une note soutenue de longue durée (ce qui revient à faire une coupure de grande longueur dans le sens du défilement), les fabricants de carton laissent des «petits ponts » d'une largeur inférieure approximative de 1.5mm pour que le carton se maintienne tout en obtenant que  la flûte joue en continu sans coupure.

En effet la flûte de pan ayant généralement des trous circulaires de 3mm cette dernière «lit» les ponts comme un trou continu puisqu'au passage du pont il passe de l'air alternativement de chaque coté du petit pont vers la flûte de pan ce qui maintient la vanne ou la soupape en position ouverte.
La construction des boites à soupape traditionnelles est longue et fastidieuse.
Elle nécessite l'assemblage de huit pièces minimum par flûtes avec des tolérances très serrées. Les réglages sont nombreux et « pointus ».

De plus, cela nécessite le démontage et remontage de l'ensemble (un peu comme le démontage et le remontage d'une horloge) pour une intervention sur une seule soupape avec des risques de déformation de pilotes ou de déchirement des boursettes (membrane souple de commande d'ouverture/fermeture généralement en cuir collé qui transmet son mouvement aux soupapes par l'intermédiaire d'un pilote). La boite à soupape n'a pas évoluée depuis le 18ieme siècle (ce qui démontre son aboutissement technique).

Les soupapes Erman sont limitées en débit en raison de leur conception et surtout du  débattement de la membrane. Les Vannes à membrane présentent donc un net avantage pour l'alimentation  des basses particulièrement si elles sont conçues en double corps (voir plus bas) en vue de deux jeux en  voix célestes .

Le principe des vannes à membrane existe depuis 1893 pour les orgues et fait actuellement partie du domaine public, mais cette technique a été abandonné essentiellement pour des raisons de contournement de brevet avec comme prétextes des problèmes de durabilité qui sont aujourd'hui parfaitement maitrisés.

Sa pérennité est attestée par plus de 10 ans de pratique dans l'orgue de barbarie et une utilisation généralisée dans d'autres domaines que la musique mécanique comme les systèmes pneumatiques industriels.
Elles sont actuellement utilisées dans le domaine hydraulique (vannes d'égout ou nos WC) avec des pressions de l'ordre d'un à plusieurs bars.
Dans le domaine pneumatique de haute pression comme les pelles Poclain où elles sont utilisées à plusieurs dizaines voir centaines de bars de plus elles sont utilisées avec des pressions de service permanentes. Leur  inconvénient majeur dans ces domaines est de nécessiter un courant de fuite ce qui limite leur emploi à certains fluides comme l'air, l'eau  ou les eaux vannes, par exemple.  

Sont exclus certains  fluides tels que pétroles, gaz, huiles, alcool etc. pour lesquels les fuites ne sont pas acceptables, dans le cas de l'orgue il n'y a pas d'inconvénient à commander la vanne par fuite d'air.
Elles n'ont encore été utilisées qu'épisodiquement dans le domaine des instruments à vent pour les raisons suivantes :

Les pressions pratiquées sont de l'ordre de quelques centimètres à quelques décimètres d'eau et les dimensions des différents organes peuvent rendre la commande de la vanne aléatoire.
De plus les membranes ont une forte tendance à vibrer au passage de l'air par effet «venturi» qui génère des bruits parasites incompatibles avec l'utilisation d'un instrument de musique.

Mais encore, dans les domaines courants d'utilisation, les vannes à membranes fonctionnent en pression de service continue.
 
Alors que, dans l'orgue du fait des nombreuses interruptions, comme à chaque changement de carton perforé, les vannes à membranes demandent, pour être de nouveau en service, une montée rapide jusqu'à la pression nominale de service pour permettre le blocage de la membrane.
Sans cette précaution lors d'une montée en pression trop lente, les vannes laissent  passer l'air ce qui fait sonner les flûtes jusqu'à ce que la pression de service soit atteinte.

Dans le cas le moins favorable, si le débit d'air est insuffisant, les fuites ne sont pas compensées et les vannes à membrane ne rentrent pas en service. L'effet est encore plus désagréable ; toutes les flûtes chantent en permanence.

Un dernier inconvénient peut aussi apparaître : l'effet de voûte.

Après une mise en service de la vanne et une première ouverture de la flûte de pan (ou la pression d'une touche du clavier), la membrane est déformée vers la chambre.
Elle se maintient par effet de voûte dans cette position malgré la fermeture de la flûte de pan (qui correspond au relâchement de la touche) et la mise en pression de la chambre. La  flûte correspondante chante alors en permanence et la note est bloquée en ouverture alors qu'elle devrait être silencieuse.

Description de la vanne à membrane adaptée à la commande pneumatique

     - La partie siège (1) est perforée par deux conduits, avec l'arrivée de l'air sous pression   A et le départ vers la ou les flûtes d'une même note B.
     - La partie chambre (2)  creusée par une dépression C en face de la paire de conduits.
Un tuyau de commande D met en communication la chambre avec l'air extérieur au travers de la flûte de pan par le conduit (5) et un trou de fuite (4) qui fait communiquer la chambre C et l'arrivée d'air A de la vanne.

     - La membrane (3) est prisonnière dans le plan entre le siège et la chambre. Cette membrane assure à la fois l'étanchéité de la  fermeture en se plaquant sur le siège B et la  commande d'ouverture.
Par déformation elle s'incurve vers la chambre par sa souplesse naturelle commandée par la dépression de la chambre C.

      - Un éventuel ressort (6)  empêche l'effet de voûte. Il n'est généralement pas présent sauf pour quelques cas d'effet de voûte provoqués par des peaux trop rigides.

Le fonctionnement de la vanne à membrane est le suivant :

Figure 1 :
Lorsque le conduit D est bouché par le carton au niveau de la flûte de pan (7) (ou le clavier est relâché), la pression d'air qui arrive par le conduit A est transmise à la chambre C par le capillaire (trou 4).
La membrane 3 se plaque sur le siège au niveau du conduit B puisque du coté chambre C la pression est supérieure à la pression atmosphérique présente du coté du conduit B.
L'air ne passe pas entre la conduit A et B : La vanne est fermée.


VMC2.png

 
Figure 2 :
Lorsque le conduit D est ouvert, ce qui correspond à un trou du carton au niveau de la flûte de pan (ou à l'enfoncement d'une touche du clavier), le conduit D est en communication avec l'air extérieur et donc la chambre C également.
Le capillaire apporte un courant de fuite mais le rapport des diamètres du trou 4 et du conduit D est dans un rapport en faveur du conduit D.

VMC1.png
En conséquence la pression dans la chambre C est très proche de la  pression atmosphérique  ainsi que celle du coté du conduit B. Par contre du coté du conduit A, la pression est supérieure donc la membrane 3 se déforme en se bombant vers le coté chambre, ce qui permet  à l'air sous pression du conduit A, de passer vers le conduit B dans l'espace de déformation laissé par la membrane.
La vanne est ouverte, ce qui fait sonner une ou la rangée de flûtes.

Le principe en animation





                      
Variante VMT à grille et vis de réglage (pour les grandes sections)

 

 

 

 



VMT.png

forme de la chambre (vue du dessus avec l'arrivée et le départ de l'air)

La technique porte donc sur les adaptations qui permettent une commande franche et efficace sans effets secondaires tels que les vibrations parasites blocage par effet de voûtes ou des fuites lors des montées en pression pour la mise en service ainsi que sur l'amélioration du temps de réponse de répétition des notes par l'association d'une flûte de pan à trous carrés.

La réalisation d'un prototype existant et des nombreux orgues des stagiaires des passionnés du bois, ainsi que des internautes qui se sont inspirés de ce blog attestent de la validité des solutions proposées.

Adaptations sur la nature des matériaux ou suivant la nature des matériaux.

 Les essais successifs ont montré que tous les matériaux traditionnels sont utilisables pour les parties sièges et chambres: métaux, plastiques, résines et bois.

Le bois présente cependant des inconvénients qui peuvent nécessiter des précautions, afin d'éviter les problèmes de fuites autrement appelés « courts-circuits ».
Des traitements des surfaces usinées avec de la pâte à bois et un « fond dur » ou un vernis pallient à ces inconvénients.
 Le choix du matériau de la membrane est tout aussi large mais plus sensible. Les essais successifs ont montrés que les matériaux choisis limitent les fourchettes du domaine d'utilisation en proportion inverse de la principale caractéristique ; la souplesse naturelle ou plutôt la capacité à se déformer pour obtenir le passage du vent dans la chambre, très souvent liée à la finesse de cette membrane.
Or les autres caractéristiques recherchées sont la durabilité et l'étanchéité qui sont plutôt proportionnelles à l'épaisseur. Un compromis est donc nécessaire.


Les membranes suivantes ont été utilisées avec succès :

 

 - Le caoutchouc (comme le latex d'un préservatif qui m'a servi pour ma première expérience ou les alèses d'hôpitaux très souples) qui présente la plus grande permissivité dans le choix des fourchettes de dimensions (qui sera exposée plus loin), mais qui a la plus grande tendance à vibrer.

Il faut particulièrement veiller à ne pas poser la membrane tendue.
On peut idéalement la mouler avec une forme légèrement bombée au droit de la chambre pour obtenir le passage d'air  juste nécessaire.
Le latex a une bonne étanchéité, une très  bonne souplesse, une durabilité éprouvée et ne présente pas d'effet de voûte.

 - La membrane en vinyle (comme celle des gants de chirurgiens) ou en silicone légèrement inférieure au point  de vue permissivité mais est moins exposée aux risques de vibrations. Elle ne doit pas non plus être posée tendue.
On peut idéalement la mouler avec une forme légèrement bombée au droit de la chambre pour obtenir le passage d'air  juste nécessaire. Elle a une bonne étanchéité, une bonne souplesse, une durabilité non éprouvée et ne présente pas d'effet de voûte.

 

 - Les sacs de supermarché comme dans l'article de Jean-Claude Augiron sur les Vannes intégrées dans le noyau du pied de flûte.

 

 - Le cuir qui est traditionnellement utilisé dans les boites à soupape pour sa durabilité éprouvée sur des dizaines d'années voir un siècle.

Mais ce dernier demande plus de précautions et d'essais dans sa mise au point.
Le cuir que l'on retrouve dans le prototype est une peau d'agneau du même type que celles utilisées en ganterie qui est à la fois fine et étanche.  C'est également le cuir qui est utilisé dans la fabrication des boursettes des boites à soupapes traditionnelles.

Posée avec le coté pelucheux (coté chaire) orienté vers le coté siège et le coté lisse (coté fleur) du cuir orienté vers le coté chambre. En effet le coté fleur présente des « rides » qui peuvent laisser passer l'air qui fait chuinter les flûtes même vanne fermée.

Nota: Il y a une difficulté de communication sur les termes désignant les deux faces d'un cuir (une pelucheuse et une lisse) qui provient de l'utilisation de trois mots de vocabulaire qui sont: fleur, croute et chair et qui ne sont pas les mêmes pour désigner l'une ou l'autre face suivant le métier d'origine; tanneur, cordonnier,  pareur, fournisseur, tapissier, et donc des confusions à l'origine de contradictions et incompréhensions.
Après de nombreux échanges sur le sujet avec des professionnels on peut convenir des définitions suivantes:
Un cuir pleine fleur est un cuir qui n'a pas subit de diminution d'épaisseur (on dit parer pour désépaissir).
La croûte de cuir est un cuir qui n'a plus le coté extérieur (l'épiderme) du cuir et dont on va reconstituer l'apparence par des traitements de surface c'est un cuir de seconde qualité.
Le coté chair est le coté interne du cuir (le derme) celui qui parait pelucheux c'est lui qui fourni la croute c'est de ce coté que l'on pare le cuir.

 

Donc interpréter  dans la dénomination de "fleur" en langage commun comme étant le coté pelucheux (à cause de la douceur des pétales) et  dans "croute" celui du coté extérieur, (où on peut se gratter pour en faire) sont des erreurs courantes sources d'incompréhensions et surtout de contradictions.

 

cuir-pleine fleur.png cuir-2.png


Un cuir insuffisamment étanche doit être écarté (pour les boursettes et vanne à membrane). Par contre pour les soufflets et réserve le cuir peut être bardé de petits trous de passage de poils sans inconvénients puisqu'il est généralement contre-collé avec de la colle chaude et les éclisses.

 Même posé non tendu ce cuir peut se révéler trop rigide et les vannes ne fonctionnent pas ou vibrent fortement.
Pour contourner cet inconvénient il peut-être nécessaire de déformer la zone délimitée par la chambre en «gaufrant » le cuir par pression jusqu'à déformation sans rupture et d'amplitude  juste nécessaire au passage de l'air (LΔ/2=ΠD*D/4 )   soit en considérant Π≈3 et le tableau ci-dessous que LΔ=2DΔ donc Δ≈3D/4).

 Le cuir est le matériau le plus sensible à l'effet de voûte.
En résumé le cuir est variablement étanche, souple, déformable, durable et éprouvé, il présente un risque d'effet de voûte.

Contre l'effet de voûte les solutions sont l'une ou plusieurs des possibilités suivantes :

     - Diminuer l'amplitude de déformation si elle a été excessive (après changement de la membrane)
     - Assouplir la membrane (par exemple par lubrification)
     - Augmenter le diamètre du capillaire entre le tuyau d'arrivée d'air et la chambre
     - Agrandir le diamètre de la chambre
     - Ovaliser l'arrivée et le départ des tuyaux d'air du siège transversalement à l'axe des centres initiaux (voir variante VMT à grille)
     - Augmenter la pression de service (par exemple en renforçant les ressorts de compression de la réserve mais il faut alors recalculer le diapason des flûtes)
     - Placer un ressort en compression derrière la membrane dans la chambre (une pression de quelques grammes est suffisante, dans le prototype un simple ruban de papier roulé fait office de ressort)

Il faut noter que dans les vannes à membrane (tangentielle comme concentrique) la membrane n'est pas collée, ce n'est pas nécessaire et de plus cela permet de la nettoyer lorsqu'un copeau vient se glisser entre le siège et la membrane ou dans le trou de commande voir de la remplacer dans les cas extrêmes.

 

Mais dans ce cas si un délai important c'est écoulé depuis sa mise en place, la membrane se sera écrasée et pratiquement collée naturellement sur le bois. Pour la démonter le fait de tirer dessus pour la décoller va l'allonger et il sera alors difficile voire impossible de la remettre en place.

Pour éviter cet inconvénient on peut enduire le bois et la membrane d'une huile type huile de pied de bœuf  lors du premier montage pour être sûr de pouvoir la décoller sans déformation par la suite. Ce qui est aussi très favorable pour éviter l'effet de voûte.  Cependant cette pratique peut donner une odeur de rance à la membrane il faut choisir entre deux maux!

Ou d'utiliser la méthode de Jean-Claude Augiron avec un carton et du scotch double face de la membrane en sac de super marché appliquée aux autres membranes.

Voir  son article sur le montage des membranes!

 

 Par contre, on déconseille pour une vanne à membrane:

- la baudruche qui n'est pas, contrairement à une croyance tenace, un matériau élastique mais au contraire très résistant à la déformation puisqu'il s'agit de l'intestin tanné. Il sera alors difficile d'obtenir le libre passage entre l'arrivée et la sortie par déformation de la membrane. Sauf à poser la baudruche avec  un outil de forme pour la pose qui va automatiquement introduire des plis puisqu'il est impossible d'avoir une partie sphérique raccordée avec une partie plane en partant d'une feuille plane.

 



 Adaptations dimensionnelles:
Les fourchettes de calcul du fonctionnement normal et les dimensions idéales recommandées  des VMT sont toutes déduites à partir du seul diamètre d'alimentation Ø A qui est lui-même déduit de la section théorique de la lumière s :

En partant du diamètre D qui bien sur est le même pour une VMC ou une VMT. Il est aussi le même que le diamètre d'alimentation ou d'arrivée ØA et  ØB qui est le diamètre de sortie,  la section du tuyau d'alimentation doit être dans un rapport voisin de 6 fois la section de la lumière (de 5 à 7 ).

On en déduit toutes les autres dimensions; largeur, longueur, profondeur, déformation, entraxe etc...

Toutes se déduisent de cette dimension c'est beaucoup plus simple qu'il n'y parait une fois qu'on a assimilé le principe. ça devient un réflexe.


Rappel :

Ø 5 est le diamètre interne du tuyau de commande qui relie la chambre à la flûte de pan.

Ø 4 est le diamètre du capillaire qui relie le tuyau d'arrivée à la chambre soit directement à travers la membrane soit par dérivation percée et avec réglage par vis pointeau.

 VMT-cotes.jpg                                                                                                                       
                                                                                                                possible                  idéalement
s=section lumière S= ΠD*D /4 on a  S/s                                              entre 8 et 4         soit S/s entre 5 et 7
Rapport Ø 5/ Ø A   diamètre de commande /alimentation             entre 1 et 1/5          soit Ø 5/ Ø A=1/2

Ce rapport n'est pas respecté partout pour simplifier les approvisionnements et a peu d'influence


Rapport   Ø 5 / Ø 4  commande/fuite (plus important)  variable        entre 2 et 6             soit Ø 5 / Ø 4>3
Δ=Profondeur de gaufrage ( déformation membrane)                        Δ =ΠD*D / 2L          soit Δ=3/4D
P=Profondeur de chambre        P>Δ                                                 entre3/4 et 2D        soit P=D
L=Largeur de chambre (diamètre d'outil)                                          entre 1 et 3D           soit L=2D
E=Distance entre les trous A et B                                                    entre D/10 et 2D      soit E=D/2

Exemples pour un diamètre moyen ØA choisi à :

D=10mm on  déduit  E=5mm  Ø 5=5mm   Ø 4=1.7mm   L=20mm   P=10mm   Δ≈8mm  
D=12mm on  déduit  E=6mm  Ø 5=6mm   Ø 4=2mm      L=24mm   P=12mm   Δ≈9mm

voir l'article dimensions des vannes
Un exemple de diapason avec le calcul S/s et le diamètre d'alimentation des vannes pour chaque flûte à partir de la lumière:
 


Pour télécharger ce diapason d'alimentation des vannes VMC ou VMT.


La première relation S/s entre 5 et 7 indique simplement que les flûtes doivent être alimentées certes à pression constante mais aussi d'une part sans excès qui fait « briller » une flûte et qui de plus risque d'allonger le temps de fermeture voir de bloquer la vanne en ouverture, ni insuffisance d'autre part qui donne une flûte trop faible. En clair le débit d'alimentation est proportionnel au débit de fuite.

 Il est aussi important que la lumière présente une section suffisante pour permettre la décharge sinon la vanne ne répète pas. Dans ce cas on peut provisoirement desserrer la lèvre inférieure pour obtenir cette répétition mais il faudra ou augmenter la lumière ou diminuer le diamètre d'alimentation en situation définitive.
A l'inverse une sous alimentation fait jouer la flûte trop faiblement et ralenti l'ouverture, donc les répétitions sont difficiles à obtenir.


Le fait de faire varier le diamètre d'alimentation de façon proportionnelle a pour conséquence d’équilibrer les puissances sonores des flûtes ce qui est très favorable. Même si il est possible de construire un orgue avec un diamètre unique d'alimentation ce n'est pas conseillé les aiguës seront trop fortes et les basses trop faibles.

Le rapport Ø 5/ Ø A n'est généralement respecté que pour les flûtes centrales on garde souvent le même diamètre (couramment 5mm intérieur) pour l'ensemble des conduits vers la flûte de pan. Contrairement au point précédent les conséquences sont moins critiques le coté pratique c'est d'avoir les même diamètres sur l'ensemble de la flûte de pan jusqu'aux vannes, cela simplifie les approvisionnements.

Influence du diamètre du trou de fuite sur les temps de réponses en ouverture et fermeture

diagrammeVMT.png


 
Il existe un diamètre optimum pour le capillaire qui minimise le temps cumulé de réponse en ouverture et fermeture. Il n'est pas le même pour toutes les vannes.
En général il est proportionnel au volume de la chambre (et doit aussi remplir la condition de rapport avec le diamètre du tuyau de commande)

Rapport Ø 5/ Ø A   diamètre de commande /alimentation             entre 1 et 1/5          soit Ø 5/ Ø A=1/2

Ce rapport n'est pas respecté partout pour simplifier les approvisionnements et a peu d'influence

Rapport   Ø 5 / Ø 4  commande/fuite (plus important)  variable        entre 2 et 6             soit Ø 5 / Ø 4>3

 

Donc, on fera varier le diamètre du capillaire de 1.5mm pour les vannes des flûtes aiguës à 2.5mm pour les vannes des flûtes graves.


En dessous du diamètre optimum le temps d'ouverture ne s'améliore plus et le temps de fermeture s'allonge rapidement. Ensuite diminuant le diamètre du capillaire, la vanne ne répète plus en laissant sonner la flûte, puis elle se bloque en ouverture. Une vanne qui répète mal en restant en ouverture (on n'entend pas de fermeture) est dans cette partie gauche du graphique et demande à ce qu'on augmente ce diamètre.


Au dessus du diamètre optimum le temps de fermeture ne s'améliore plus et le temps d'ouverture s'allonge rapidement. Ensuite en augmentant le diamètre du capillaire, la vanne ne répète plus en restant fermée, puis elle se bloque en fermeture. Une vanne qui répète mal en restant en fermeture (on n'entend pas d'ouverture) est dans cette partie droite du graphique et demande à ce qu'on diminue ce diamètre.

 

Ouvrir le capillaire équivaut à se déplacer vers la droite du graphique et fermer le capillaire équivaut à se déplacer vers la gauche du graphique.

 Avec l'habitude et l'éducation de l'oreille on obtient par le réglage de cette vis une égalité des temps d'ouverture et de fermeture des répétitions pour chaque vanne.

 

Donc on calibre le débit de fuite par le capillaire

- soit en agrandissant progressivement le trou avec une aiguille conique dans la membrane au droit du conduit d'arrivée (mais on ne peut pas diminuer ce trou sauf à reboucher avec une pastille et recommencer)

- soit en intercalant une vis pointeau de réglage dans un conduit de dérivation qui alimente la chambre à partir du conduit d'arrivée .

 

 

 

Une vidéo du test de répétitions après équilibrage des trous dans la membrane:


 Suite à une demande d'un stagiaire:
La vidéo du test de la rampe de VMT sur son distributeur avant montage dans l'orgue.
Les 4 sorties de basses sont obstruées par les tuyaux verts et les sortie de commande sont reliées 2 à 2 pour fermer les vannes correspondantes.
On souffle par un des trous du distributeur et on test les répétitions avec un doigt pour chaque flûte.

 

Nous recommandons bien sûr la technique de la vis pointeau pour la facilité de réglage des répétitions. Puisque la vis permet d'ouvrir ou fermer donc un réglage plus facile.

 

La vis pointeau doit avoir un cône de 30° maximum les vis pointeau du commerce à 60° ne conviennent pas car la zone de réglage est trop resserrée alors qu'avec un angle plus aigüe le réglage est plus progressif.

On peut obtenir cet angle soit en usinant la vis sur un tour à métaux ou en l'usinant sur un touret à meuler à main levée en tournant la vis pendant l'usinage.

 

Cette vis pointeau qui obture plus ou moins le passage du conduit capillaire doit aussi présenter un dégagement (autour de la partie vissante ) entre le siège et le conduit vers la chambre sinon l'air ne passe pas librement et le réglage est inopérant.

 

passage de l'air.png

 

La technique de réglage des répétitions avec les vis :

On part avec toutes les vis complètement ouvertes (les vannes sont alors toutes fermées) aucune flûte ne doit "chuinter" on vérifie donc l'étanchéité de toutes les vannes (pas de plis ou de copeaux par exemple).

Il peut être utile lorsque la membrane est neuve de "mouler" la membrane sur le siège  en débranchant le tuyau de commande au niveau de la flûte de pan en aspirant et soufflant plusieurs fois avec la bouche jusqu'à obtenir l'étanchéité, ou en augmentant la pression en appuyant sur la réserve jusqu'à ce que la membrane prenne sa place.

On est sur la partie droite du graphique temps d'ouverture/diamètre d'ouverture ci-dessus et on se rapproche du point de croisement des courbes d'ouverture et fermeture en fermant la vis donc en diminuant le diamètre de passage.

Puis au passage des  trous d'un carton d'essai note par note on ferme progressivement chaque vis correspondante jusqu'à l'ouverture et fermeture de chaque vanne. Chaque vanne ouvre et ferme franchement au passage du trou correspondant.

puis enfin au passage d'un carton d'essai dit de répétitions on ferme encore progressivement chaque vis jusqu'à obtention des répétitions par équilibre des temps d'ouverture et fermeture à l'oreille.

Si le temps de fermeture est plus long que le temps d'ouverture la flûte sonne trop avec des coupures trop courtes,on est dans la partie gauche du graphique et il faut agrandir le trou, donc desserrer la vis pour ouvrir.

Si le temps d'ouverture est plus long que le temps de fermeture la flûte sonne peu avec des coupures trop longues, on est dans la partie droite du graphique et il faut diminuer le diamètre du trou il faut continuer à fermer (serrer) la vis.

 

Il est très difficile de mémoriser ces recommandations j'affiche donc le graphique à chaque réglage pour ne pas me tromper.

Le réglage d'un orgue 27t prends alors une quinzaine de minute et ne présente pas de difficultés.

 

Pour comprendre encore un peu mieux le fonctionnement d'une VMT il est possible de faire l'expérience suivante :

   1er) à vide (sans flûte sur la sortie)

Tout en soufflant par le tuyau d'arrivée, on bouche progressivement le tuyau de sortie avec un doigt ou un diaphragme de l'ouverture maximum à la fermeture totale et on manœuvre le tuyau de commande avec l'autre main.

Si la section de sortie (s) est trop petite par rapport à la section de la vanne (S) la vanne ne bascule pas et reste toujours ouverte. (Pour approximativement S/s>10)

Puis à partir d'une section qui représente environ le dixième et jusqu'à l'ouverture totale (1<S/s<10>10) les répétitions sont franches.

     2°) en charge (avec une flûte sur la sortie) :   

Si la flûte possède une lumière (s) trop petite (S/s>10) la vanne ne bascule pas.

Si la flûte possède une lumière proche de la section de la vanne (S/s=1) la vanne bascule franchement mais la perte de charge due à la vanne laisse jouer la flûte trop faiblement (elle est sous-alimentée il faut passer à une vanne de plus grand diamètre).

Si la flûte possède une lumière dont le rapport (S/s) par rapport à la section de la vanne est compris entre 3 et 10 la vanne bascule franchement et la flûte chante mais plus ou moins fort. Ceci est dut à la perte de charge dans les vannes.

En conclusion une vanne à membrane n'est efficace que pour un domaine relativement étroit de section de lumière et son fonctionnement demande une pression de départ (dans la réserve) supérieure à la pression de calcul du diapason (Sur le prototype la pression est passée de 110 mm d'eau à 160mm alors que les flûtes sont bien prévues pour 110mm).
On peut s'attendre à un retour d'expérience différent de la part de ceux qui auront fait des essais sur ce point.

 




C'est pourquoi il paraissait impossible d'alimenter une cascade de flûtes commandées par registres puisque leurs alimentations individuelles et collectives  peuvent se trouver dans des rapports non compatibles pour la section d'alimentation de la vanne.

Les VMC comme les VMT sont particulièrement une bonne solution pour un orgue à un seul jeu.

Pour les orgues à plusieurs jeux il fallait alimenter chaque flûte individuellement par une vanne. Ce sont les commandes qui fallait piloter par un étage primaire (il n'est alors pas nécessaire de percer les membranes si le primaire assure la mise à la pression atmosphérique).

 

Mais depuis Pierre Croix qui est un spécialiste des injections de carburation et échappement de moteur (il a fait toute sa carrière dans les courses moto et F1) nous a démontré la possibilité d'alimenter une ou deux flûtes avec un registre par une seule vanne. Voir en fin d’article sur les VMC.

 

 

Parmi les essais suggérés pour alimenter deux flûtes en voix célestes avec une même vanne à membrane tangentielle, nous préconisons la méthode suivante:

 

Une vanne à double corps avec une arrivée centrale correctement dimensionnée pour deux flutes et deux départs individuels du diamètre nécessaire à chaque flûte.  Si un jeu n'est pas en action la membrane permet de l'alimenter mais comme le registre n'est pas ouvert les flûtes correspondantes ne jouent pas.

 C'est une solution qui a été proposée aux adeptes des Vannes à membrane et discutée depuis les rassemblements de constructeurs amateurs comme à Sarlat  et déjà mise en œuvre avec succès.

 

 

 

 

VMT-céleste.png

 

La même technique peut également s'appliquer aux VMC avec les mêmes contraintes une alimentation de diamètre égal à racine de 2 fois le diamètre de chaque départ qui eux sont percés sur les cotés opposés:

 

 

vmc-voix-célestes.png

 

 

 

Le diamètre de l'arrivée A par rapport à celui des départs D1 et D2 est dans une proportion de racine de 2.

La section de A est donc égale à celle de D1+D2.

Le reste est à l'avenant comme dans les paragraphes précédents de l'article. Cette méthode permet de fonctionner avec une même pression pour une ou deux flûtes.

Il est donc bien admis et démontré que l'alimentation d'une ou deux flûtes avec la même soupape ou vanne à membrane n'est pas une question de nature de soupape mais bien de diamètre d'alimentation donc de débit.
 
Cette méthode permet de fonctionner avec une même pression pour une ou deux flûtes. La commande par le tube vers la Flûte de pan reste commune et le conduit avec la vis de réglage entre l'arrivée et la chambre aussi.

 

 

Pour maintenir le rapport (S/s) dans les fourchettes tolérables il est donc nécessaire d'adapter le diamètre des vannes aux sections de lumière des flûtes. De mm en mm de diamètre pour les aiguës, puis plus espacé pour les gros diamètres (un diamètre sur deux puis sur trois).

Même si une section de vanne fonctionne (plus ou moins mal) sur une plage plus étendue de section de lumière, c'est principalement pour une raison d'équilibre des puissances entre les flûtes aiguës et graves que l'on adapte les diamètres d'alimentation aussi précisément (en conservant un S/s entre 5 et 7 par exemple).


Adaptations sur les autres organes pour le bon fonctionnement d'une vanne à  membrane :

Pour permettre la mise en service des vannes en produisant plus d'air on peut :
    - Augmenter la surface des soufflets
    - Augmenter le débattement du vilebrequin
    - Diminuer le diamètre de la poulie de manivelle ou augmenter le diamètre de la poulie du   rouleau d'entraînement

Pour permettre la mise en service des vannes lorsque le nombre de flûtes dépasse la capacité de la production d'air il peut être envisagé d'équiper chaque jeux de flûtes d'un registre qui sera tenu fermé jusqu'à la pression de service et ouvert dès le remplissage de la réserve.
Cette façon de procéder bien qu'inhabituelle (surtout lorsqu'il n'y a qu'un jeu) permet d'obtenir une brusque mise en service des vannes avec une production d'air suffisante  pour le jeu alors qu'elle est insuffisante pour la mise en service. Elle nécessite par contre de réserver une amorce du carton de longueur plus importante qu'habituellement. Mais l'expérience actuelle démontre que ce cas ne se rencontre généralement pas avec les volumes de soufflets couramment pratiqués.

Variantes :

Le trou de fuite (4) est généralement fait au travers de la matière de la partie chambre mais il  peut être fait directement dans la membrane au droit et au centre du conduit d'admission A.
Il peut être également équipé d'une vis de réglage conique (pointeau) qui ferme et règle le débit du conduit (dans ce cas la membrane n'est pas percée au droit de l'arrivée).

Les vannes à membranes peuvent toutes être regroupées sur une règle chaque tuyau est alors raccordé par le registre à la vanne correspondante et fait alors partie de la "montre" (série de tuyaux visibles en façade).

Les vannes peuvent toutes être indépendantes et posées individuellement sur la flûte  correspondante voir incorporée directement dans le pied de flûte. Il est alors nécessaire de raccorder individuellement chaque vanne à un distributeur par un tuyau de diamètre adapté en intercalant le registre éventuel (attention aux risques accrus de fuite sur la réserve).

Une dernière solution est un panaché de ces deux solutions (ce qui est le cas du prototype) les flûtes de la montre sont regroupées sur une règles de vannes et les 4 basses sont raccordées  individuellement par des vannes accolées à chacune des basses qui sont placées  transversalement sous l'ensemble de l'orgue pour bénéficier de la plus grande dimension du châssis.
Plutôt que placer les conduits d'arrivée et de départ côte à côte, on peut les disposer de façon concentrique (on parle alors de VMC vannes à membrane concentrique).

Bien que logiquement plus ergonomiques les vannes à membrane concentrique sont plus délicates à régler.
Le réglage était obtenu en montant ou descendant le plan de joint entre le trou centrale et la couronne de sortie par rapport au plan de joint de la membrane elle-même depuis les VMC ont évoluée (voir l'article sur les VMC).
 Elles peuvent être fabriquées planes (avec des mèches à bouchonner par exemple) mais dans certains cas il peut être nécessaire de les équiper d'un ressort. De même le trou capillaire peut être directement fait au centre de la membrane ou en dérivation sur le côté avec une éventuelle vis de réglage.

Adaptation sur la flûte de pan

Habituellement la flûte de pan est percée par des trous circulaires de diamètre 3 mm et d'entre-axe de 4.2 mm.
Les flûtes de pan à trous carré existent mais leur utilité est réduite à  obtenir avec les cartons actuels une attaque et une fermeture plus franche qu'avec un trou circulaire.

Pour permettre de bénéficier de la rapidité de réponse des vannes à membrane par rapport aux boites à soupape en exploitant le temps de réaction plus court des vannes à membrane ont peut obtenir une répétition des notes jusqu'à deux fois plus rapide (24ms au lieu de 48ms) à condition de lui associer une flûte de pan à trous rectangulaires ayant 3 mm dans le sens de la largeur des cartons et de moins de 3 mm jusqu'à 1.5 mm dans le sens du défilement du carton. voir article sur les FdP à trous carrés.

Adaptation sur les cartons

 

 

 Le carton doit alors être percé avec un intervalle entre notes allant entre 1.5 mm et  un peu   moins 3mm pour bénéficier de cette amélioration.
Du point de vue musical on a alors accès pour la dimension la plus petite à des  répétitions deux fois plus rapides.

Adaptation pour les cartons ordinaires

Un orgue à membrane pourra lire les cartons habituels en «coupant sur les ponts». Mais il sera possible de lire normalement un carton ordinaire en élargissant le trou de la flûte de pan à 3mm (on a alors une flûte de pan à trous carrés) l'orgue bénéficiera alors d'une attaque et une fermeture plus franche mais de répétitions d'intervalle identique aux soupapes traditionnelles (personnellement je pratique les VMT avec une flûte de pan de 2.8mm en profondeur).

La méthode selon la technique proposée permet un gain de temps considérable et une très grande simplification de construction (trois pièces minimum pour l'ensemble des flûtes) ainsi qu'une très grande simplification des réglages, tout en gagnant en qualité c'est-à-dire en rapidité de réponse aux ouvertures et fermetures successives de la flûte de pan par le carton perforé .

Autres avantages

Parmi les améliorations parfois inattendues obtenues avec l'utilisation des vannes à membranes ont peut retenir la possibilité de jouer la tête en bas pour un orgue à membrane alors que l'orgue traditionnel demande à rester vertical pour faire revenir les soupapes en fermeture par gravité. Ce qui peut paraître inutile mais qui donne une grande liberté de positionnement et d'orientation pour la vanne à l'intérieur d'un orgue.

Un avantage qui s'est révélé dernièrement par rapport aux soupapes traditionnelles le débattement de la membrane permet de commander des alimentations de grands diamètres sans problèmes pour les répétitions. Alors que le débattement limité des soupapes traditionnelles lui, limite le diamètre des tuyaux d'alimentation par nature,  cette limitation est imposée pour permettre les répétitions. voir l'article sur l’alimentation en air pour un jeu de flûtes.

Les VMT peuvent aussi fonctionner en aspiration il suffit d'en faire l'essai. La seule différence c'est que la commande est inversée quand on bouche le tuyau de commande l'air passe et quand il est ouvert la vanne ferme.
Voir le premier essai et la vidéo 2 de xylomidi ou la vidéo 1 de xylomidi
et son site

Autre possibilité, les vannes à membranes présentent une courbe de commande d'ouverture ayant une partie proportionnelle au débit de fuite. On peut donc envisager (pour d'autre instruments que l'orgue) une commande dynamique à condition de faire des carton à largeur de piste variable.
Comme il n'est pas nécessaire de coller la membrane et qu'elle est plane son remplacement ou son entretien est largement facilité à condition de placer les vannes dans une position facilement accessible. Les vannes à membrane sont individuelles et une intervention sur l'une d'elles ne dérègle pas les autres.

Les vannes à membranes tant tangentielle que concentrique sont réellement plus rapides que tous les autres systèmes existant pour une raison extrêmement simple et logique:
La rapidité de répétition est essentiellement conditionnée par la vitesse de remplissage et vidange de la chambre qui dépends du capillaire et du diamètre du tuyau de commande là tous les systèmes sont égaux, mais aussi et surtout de l'inertie aux basculements qui est directement liée au masses en mouvement et là les vannes à membrane sont en tête car aucun autre système ne peut rivaliser avec l'extrême légèreté d'une simple membrane dont la masse est bien inférieure au gramme par rapport à un pilote plus des porte-soupape et amortisseur avec des joints d'étanchéité collés qui ont une masse de plusieurs grammes.

 

Les VMT ont inspirées l'Angleterre avec John Smith:


Les VMT sont aussi connues en Hollande.

 

 

Une VMT sans vis de réglage en delrin:

VMT-delrin1.jpg

La même ouverte:

VMT-delrin2.jpg

 

 

 

De gauche à droite la membrane avec un trou capillaire dans l'axe de l'arrivée, au centre le siège avec l'arrivée et le départ, à droite la chambre avec le départ du tuyau de commande vers la Flûte de pan.

Des super basses avec VMT intégrés dans le noyau une idée de Michel Fischer dès le début des débats sur le sujet:
P1010003R.jpg

 

 Une vidéo qui montre une méthode ancienne et abandonnée:

 

Dans cette vidéo la VMT n'est pas incorporée mais accolée! De plus le fait de placer la chambre de VMT à l'avant complique le trajet du tuyau de commande qui demande généralement à être positionné sur l'arrière son trajet est donc compliqué et mal expliqué donc incompréhensible et difficilement reproductible pour un néophyte.

 

 

Le livre le plus documenté sur le sujet des vannes à membrane aussi bien tangentielle que concentrique est certainement « the art of organ–building » de George Ashdown Audsley (ISBN 0486213153) qui dans son volume II au chapitre XXIX page 309 et suivantes nous explique les différentes étapes de l'utilisation de la technique de commande pneumatique dès 1885.
Malheureusement pour nous il est en anglais, ce qui peut rendre sa lecture difficile pour ceux qui n'ont comme moi que des souvenirs scolaires voire impossible pour ceux qui ne l'ont pas apprise du tout.

Aussi histoire de continuer le débat et d'inciter à aller plus loin je vous propose de jouer avec ce qu'on peut en retirer (grâce aux renvois de bas de page qui donnent les référence des brevets).

Le système est généralement attribué à Carl Walcker de Ludwisburg en Allemagne en 1893.

Ce dernier a finalement abandonné les VMT en prétextant des problèmes de durabilité. Mais mon avis est qu'en fait il avait aussi des problèmes de validité de son brevet.

En effet à bien y regarder de plus près il y avait :

Charles S. Haskell de Philadelphie brevet US N°337 326 du 2 mars 1886 et N°323 829 du 4 août 1885
Charles Brinley de Shefield brevet anglais N°12211 du 25 septembre 1887
Carl Gotlieb Weigle de Stuttgard brevet US N°457 686 du 11 août 1891
Ces trois inventeurs pouvaient prétendre à un antécédent y compris dans son propre pays.

chacun pouvaient contester son droit à vendre ou exporter sa production. Ce qui n'a pas empêché un autre de continuer dans cette voie puisqu'on trouve également:

Philippe Wirsching de Salem dans l'Ohio brevet US N° 560 559 du 19 mai 1896 pour poser un brevet sur un principe similaire et comme le prouve la date, postérieurement. (ce qui démontre s'il le fallait que les brevets ne protègent pas si bien leurs auteurs et que la recherche d'antécédents lors du dépôt légal n'exclut pas cette possibilité)

Il faut remarquer au sujet de ces brevets que si chacun permet de comprendre leur fonctionnement, aucun n'explique comment on adapte les vannes aux différentes flûtes. (Ce à quoi le présent article a répondu, du moins je l'espère)

Signalons au passage que la consultation des brevets US par Internet est possible et gratuite alors qu'en France il faut être abonné à un service payant pour avoir accès aux brevets français. Par contre la consultation sur place des brevets à L'INPI est possible et gratuite, cependant l'impression sur papier reste payante voir :
http://www.inpi.fr/fr/l-inpi.html
Mais c'est un exercice assez difficile puisque l'informatisation des brevets ne permet, si mes souvenirs sont bons, de ne remonter que jusqu'en 1976 et qu'auparavant certes il existe des classements sur papiers, mais les codes de classification ont changés plusieurs fois dans le temps, ce qui complique les recherches.

Par contre, parcourir l'histoire des brevets sur un sujet comme l'orgue est un régal quant on se passionne pour ça. Faites une tentative en utilisant le site américain ci-dessous et les renseignements du bouquin d'Ausdley sur :
http://www.uspto.gov/main/patents.htm

 

et sur les organettes:

http://www.organettes.com/patents/home#fnt__11


Cette technique semble déranger certains ayatollahs de la soupape traditionnelle qui par ailleurs se drapent dans le digne costume du défenseur des pauvres amateurs ignorants qui seraient abusés par mon discours volontairement trompeur; qu'il soit donc bien affirmé  que:

- cette technique n'est pas nouvelle (ça c'est déjà vu avant)
- ce n'est pas la seule façon de faire (d'ailleurs j'en montre d'autres)
- aucun système n'est éternel (celui-ci non plus)
- personne n'est obligé de se servir de cette technique (mais je conseille d'essayer avant d'en parler)
- si vous n'aimez pas ça n'en dégoutez pas les autres (et allez voir ailleurs)

Par contre je peux affirmer (parce que j'en ai la preuve) que:

- on a amélioré cette technique et ce n'est pas fini on trouve encore d'autres améliorations surtout en groupe
- on reste attentifs à toutes les nouveautés
- des essais ont démontré la pérennité de ce système (700 000 cycles par Michel Fischer pour l'instant parce que son banc d'essais a rendu l'âme)
- çeux qui ont essayé cette technique et qui  l'ont  adoptée  confirment volontiers  que c'est (beaucoup) plus facile que les soupapes traditionnelles .

Suite à une polémique d'un certain JM02 un anonyme et qui n'a jamais rien montré mais qui prétendait qu'il n'entendait pas toutes les notes du carton de Charial, Réponse en vidéo, avec l'avis de Pierre Charial l'auteur du carton en question, conclusions:

 

alésia.jpg


Les avis c'est comme les trous du Q tout le monde en a un et personne n'a le même.
Il n'y a pas pire sourd que celui qui ne veut pas entendre.
Et enfin il vaut mieux fermer sa gueule et passer éventuellement pour un c.. que de l'ouvrir et ne laisser aucun doute sur le sujet.

 

http://static.blog4ever.com/2010/06/419759/artfichier_419759_5248495_2015103038477.jpg connerie-intelligente.jpg


L'origine des débats stériles sur ce sujet vient d'une opposition entre "traditionalistes" et "évolutionnistes " depuis la nuit des temps certains tenants de la tradition affirment que la terre est plate, que le soleil tourne autour de la terre, que les femmes n'ont pas d'âme ni les noirs non plus surtout pour les faire bosser à l’œil.
Comme l'orgue est intimement lié à l'église et aux lieux de cultes pas étonnant de voir ce genre de comportement de la part des facteurs d'orgues traditionnels qui ne jurent que par le dom Bedos: Leur bible depuis les années 1770 tout le dom Bedos rien que le dom Bedos.
Certes il y a des choses intéressantes dedans mais elles sont aussi un peu dépassées.
Le  problème c'est que depuis on peut calculer un diapason avec  des  logarithmes de racines cubiques, le nombre d'Ising, et les formules de la dynamique des fluides qui nous parlent du nombre de Reynolds, des couches limites laminaires et turbulentes, des équations de Bernouilly, Bessel, Maxwell, Poisson, Stockes. Suffit de se renseigner pour constater que depuis on a évolué. Ce n'est pas qu'une question de croyances, c'est un fait qui gène ceux qui pensent que tout a déjà été dit et qu'il ne faut rien changer.

Faut avouer aussi que pour comprendre le dom Bedos une règle, un compas et la règle de trois suffisent et que pour suivre les évolutions actuelles il vaut mieux savoir résoudre une intégrale double curviligne dans le domaine des nombres complexes et manipuler le calcul matriciel.

 

Pour résumer notre position sur une prétendue "guerre de religion" entre les soupapes et les vannes à membrane:

Il n'y a pas de système supérieur pour tous les bricoleurs le seul système que l'on doit adopter c'est celui que l'on sait faire parce que l'on a compris son fonctionnement. Mais surtout il faut adopter celui qui fonctionne correctement pour son orgue, les soupapes pour les uns et les vannes à membrane pour nous autres!

 

 

Si vous voulez absolument utiliser une autre technique que les vannes à membrane, pas de problème allez faire un tour sur l'article moteurs pillbox et wurlitzer.

 

Histoire d'en mettre une deuxième couche, il faut plusieurs années pour former un facteur d'orgue alors que certains constructeurs amateurs réussissent à faire un orgue de barbarie après seulement trois jours de stage (et quelques mois de travail).
Ce qui me donne l'occasion de placer cette boutade: Le Titanic a été construit par une armée de professionnels qui poussaient l'outrecuidance jusqu'à affirmer qu'il était insubmersible et l'arche de Noé est l'œuvre d'un  amateur solitaire.

 

Sauf quand on mélange les genres.

 

titanic.jpg          arche de noé.jpg


De toute façon personne ne peut gâcher notre plaisir à construire des orgues et à  partager (sans restriction) avec ceux qui se passionnent pour cette activité et dont l'état d'esprit est assez ouvert pour échanger et non imposer des points de vue.


Nous disons tout nous montrons tout y compris nos erreurs et on ne saura jamais tout sur ce sujet (nos détracteurs non plus).

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04/01/2016
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