L'orgue de barbarie de Bernard et Philippe

L'orgue de barbarie de Bernard et Philippe

les bancs d'essais pour un laboratoire

labo.png

 

 Pour mesurer des grandeurs physiques, il est préférable d'utiliser le système MKSA, le mètre , le kilo, la seconde et l'ampère. Les physiciens ont ajouté 3 autres grandeurs fondamentales la mole, le kelvin et le candéla.

Toutes les autres unités de mesures se déduisent de ces 7 unités fondamentales.

On nous a appris que:

le mètre dont la première définition est donnée en 1799 et qui restera valide jusqu'en 1983, est alors défini comme la dix-millionième partie de la distance entre l'équateur et le pôle mesurée le long de la surface de la Terre (au niveau de la mer).

le kilo, le poids d'un litre d'eau.

la seconde, est aussi donnée en 1799 et restera valide jusqu'en 1960, la seconde était définie comme la fraction 1 / 86 400 du jour solaire moyen sur une année.

L'ampère était défini comme l'intensité d'un courant constant maintenu dans deux conducteurs linéaires et parallèles, de longueurs infinies, de sections négligeables et distants d'un mètre dans le vide, produit entre ces deux conducteurs une force linéaire égale à 2×10-7 newton par mètre1

Des conditions totalement irréalisables!

 

 

L'année 2018 a vu ces définitions changer par l'apparition de l'utilisation de trois constantes fondamentales : la vitesse de la lumière, la constante de Planck et la constante de Boltzmann pour améliorer à la fois; l'universalité, la précision et la production d'un étalon primaire indépendamment d'un institut national de métrologie comme pour le grand K.

 

En France, on a coulé le kilogramme en platine iridié, la référence internationale dite le grand K stocké à Sèvres, et de nombreux clones dispersés dans le monde.

Tous les 40 ans, des mesures sont réalisées sur ces clones afin de vérifier les étalons. Le problème, c'est la dispersion des mesures qui est de l'ordre de 5.10-8. Ce manque de précision (très relative pour nous) n'était plus acceptable pour les laboratoires modernes.

 

grand K.png

 

Les anciennes définitions sont devenues caduques sans changer les valeurs mais elles ont été redéfinies pour permettre d'étalonner avec une précision qui aujourd'hui atteint les 10-10 tout en se basant sur une définition plus universelle et reproductible.

La définition de la seconde est la même que celle de 1967 mais les étalons primaires ont évolué. Les horloges atomiques modernes permettent de réaliser la seconde avec une exactitude de quelques 10-16. C'est notamment grâce à cette connaissance précise de la seconde que les américains ont pu développer le GPS.

http://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/ressource/metrologie-SI.xml

Cette révolution a commencé en 1960 et vient d'être formulée, décidée et appliquée à l'échelon mondial.

 

On vit une époque formidable! tout change en restant pareil...

 

Loin de moi l'idée de faire de la métrologie mais plus simplement des essais!

Ce qu'il nous faut savoir faire, c'est changer d'unité, par exemple comme convertir des pascals du Système International en centimètre d'eau (et réciproquement) de notre pèse-vent sans se tromper d'un ou plusieurs zéros! notamment en gardant en mémoire qu'1 mètre c'est déjà 100 centimètres.

 

Sachant que :  et donc que le .

 

1 Cm d'eau = 98,0665 Pa que l'on arrondit souvent en 1cm = 100 pa.  Inversement:

1 Pa = 0,010197 Cm d'eau donc un Pascal est une unité d'ordre très faible pour nos appareils ...

 

 Avant de mesurer il faut installer des bancs d'essais pour mener nos expériences et enregistrer ces mesures.

Il faut aussi disposer d'outils (eux-même étalonnés) de mesure et d'enregistrement sonores, visuels, optiques, etc...

D'outils de production de différentes grandeurs pression, électriques, ampères, volts, résistance, etc...

comme:

un mètre ruban, pied à coulisse, réglets, cales d'épaisseur calibrées, palmer, pour les longueurs.

un chronomètre, pendule, générateur de fonction, oscilloscope, stroboscope, accordeur pour la mesure du temps ou son inverse la fréquence.

un ampèremètre, voltmètre, hommètre, mesure de capacité ou Henry, pour nos essais électriques et électroniques.

une balance, dynamomètre, poids pour nos mesure de force (poids et masse).

Des thermomètres pour la température, par exemple pour mesurer l'échauffement de nos bobinages...

le pèse-vent pour mesurer des pressions, etc...

 

L'expérience la plus étonnante est la réponse à une mesure ordinaire: quelle est la longueur de la cote de Bretagne?

La réponse est ça dépend!

En effet si on la mesure avec un mètre un décamètre ou une règle de 10cm on va trouver des longueurs différentes d'autant plus grandes que l'outil est plus petit. Donc la mesure est influencée par l'outil de mesure c'est à dire la méthode de mesure. On dit que la longueur est fractale...

Il en va de même pour le temps on mesure le temps avec la seconde dans certaines expériences quotidiennes, mais aussi avec l'année lumière pour l'astronomie.

Par exemple, dire qu'une étoile est à x années lumière c'est faux puisque au moment où l'on pense ça, on sait aussi que c'est la distance à laquelle elle était quand elle a envoyé la lumière que l'on reçoit. Hors depuis elle a changé de place, elle est donc ailleurs au moment où l'on reçoit sa lumière, logique mais contradictoire, étonnant mais ordinaire, vérifiable mais impalpable!

On glisse d'ailleurs une autre confusion en introduisant une vitesse (celle de la lumière), donc une notion de temps lorsque l'on prétend mesurer une "grande" distance en années lumières...il y a donc dans nos raisonnements une intrication des natures (longueur et temps) de nos mesures de temps et de longueur que l'on pense de natures différentes.

Il y a encore un autre paradoxe que l'on oublie systématiquement c'est dans quelle direction se trouve une étoile ou une galaxie que l'on observe puisqu'on sait que la direction "apparente" est fictive, car sa lumière a voyagé dans un espace qui contient des masses (planètes, soleils, trous noirs, galaxies, nuages de poussières...) qui ont dévié le rayon de cette lumière sur son parcours. La direction devient apparente, elle est non réelle tout comme la distance...et l'on prétend savoir cartographier le ciel comme si il était immuable! Quel ciel ? Celui que l'on observe en ce moment pour ce qui est proche, où celui qui a été il y a plusieurs milliards d'années pour ce qui loin, mais déjà ailleurs, alors qu'on sait aussi que tout est parti du big-bang quand tout était au même point?

Avec la physique quantique donc à des échelles très petites, les raisonnements sont encore moins intuitifs voire carrément exotiques. Pour obtenir des informations simultanées de localisation et de vitesse il est impossible de les déduire des expériences on ne parle plus que de valeurs probables statistiquement en fonction des relations "simultanées"entre les deux paramètres sachant que la relativité démontre que deux évènements simultanés dans un repère galiléen ne le sont plus dans un autre, tout en affirmant que les lois de la physique sont conservées dans un changement de repère.

C'est carrément la physique qui change avec l'échelle de mesure.

En attendant certains cherchent encore à unifier la physique à l'échelle atomique avec celle à l'échelle astronomique comme on cherchait la pierre philosophale il n'y a pas si longtemps.

 

Nota: La mole et le candéla ne sont pas utilisés dans la fabrication instrumentale.

 

Avec un ordinateur et une carte son extérieure et un micro de qualité nous disposons d'outils pour les enregistrements du son.

Des logiciels et capteurs pour en faire un analyseur spectral, un oscilloscope, un lecteur vidéo couplé à une caméra.

Une panoplie à compléter avec les outils optiques comme un miroir, appareil photo ultra sensible, caméra haute vitesse, etc...

 

Il nous faut donc de l'air sous pression mesurée et régulée avec un débit permanent. Du courant continu ou alternatif de tension réglable et en intensité importante et stable. Chaque appareil se doit d'être correctement étalonné et calibré. Tout ça pour satisfaire notre curiosité pour voir et savoir ce qui influence nos flûtes ou tout autre élément constitutif de nos instruments de musique mécanique. Un petit laboratoire personnel en somme qui aurait fait pâlir de jalousie nos physiciens ou les acousticiens du XVIII° siècle.

 

 

Exemples pour un laboratoire maison (mon garage actuellement):

 

la soufflerie d'essais des flûtes; de l'air sec à une pression constante.

La recommandation pour les essais et tests sans moteur et sans manivelle  celle de JCA :

 

testeur 2-R.jpg

 

 

Une autre soufflerie motorisée pour banc d'essais

 

 

le banc d'essais des  solénoïdes pour système midi:

 


 

 
On peut penser que l'oscilloscope n'est d'aucune utilité dans ce montage sa remarque:
"sans lui d'ailleurs, elle n'a pas beaucoup de sens en tant que mesure. Même si le cadrage ne le montre pas sur la vidéo, il permet de s'assurer que les commandes sont bien appliquées au relais, avec la même amplitude, sans altération des fronts montants ou descendants et ce quelque soit le cas: le relais qui semble ralentir visuellement à cause de l'effet stroboscopique ou qui colle en fin de test. Car après tout, pourquoi ça s'arrête?
Je sais bien qu'à ces fréquences on ne craint pas grand-chose, mais ce n'est pas plus mal de le vérifier, car ce sont bien les limites du relais que l'on veut mettre en évidence et non celles du système de commande."
 
Par contre il est aussi important de disposer d'un dynamomètre comme expliqué dans l'article de PP pour mesurer la force d'attraction du solénoïde.
 

 

 

Un banc d'essais pour des vannes et relais pneumatiques sera exactement la même chose, sauf que l'on remplace le solénoïde par une vanne, alimentée en air par une soufflerie motorisée. La vanne est alors commandée non pas par un carton mais par un solénoïde ou une électrovanne et le montage ci-dessus.

 

Le  banc de strioscopie fait l'objet d'un article dans ce blog. C'est l'équivalent optique pour notre vue de l'analyse spectrale pour nos oreilles!

On voit l'invisible et on peut en déduire ce que l'oreille ne distingue pas!

 

 

Les méthodes  d’analyses spectrales aussi, ainsi que  les logiciels d'analyse spectrale, d'accordage, de dessins, de simulation d'orgue, de gestion midi ou de perforatrice.

 

Mes accordeurs:

Le matériel utilisé par les constructeur amateur est le même que les guitaristes: un exemple d'accordeur le Korg CA 40

Calibration de 410 Hz à 480 Hz

Notes de référence La2

 

l'accordeur Korg OT 120

il permet de pratiquer d'autre tempérament les différents modes d’accordage: Chromatique, échelle: 12 notes à tempérament égal, pythagoricien, milieu de gamme Mib/Do#, Werckmeister III, Kirnberger III, Kellner, thomann Vallotti, Young)

Plage d'accordage de La0 à Do8
Notes de référence de La2 à Do7
Calibration de 349 Hz à 499 Hz

 

 

Pour l'instant je mène des essais pour vérifier mes améliorations sur les  flûtes phicophones et tous  mes projets en cours comme par exemple l'accordage de cloches tubulaires!

 

Dans l'ensemble les constructeurs amateurs ne vont pas si loin à l'exception de quelques uns, qui font des études et recherches sur un sujet précis mais pas le même pour chacun...

C'est l'origine de débats qui mettent en évidence des points de vue très tranchés et différents, exemples, dans mes articles et commentaires en bas de pages:

- Les calculs de pertes de charge et des ressorts pour une pression constante dans la soufflerie. Ce qui expliquent la différence entre pression dans la réserve et celle dans le pied de flûte.

- Les calculs de diapason de flûtes avec la  taille et la progression qui est pour certain constante et progressive pour d'autres.

- Le calcul des  diamètres d’alimentation des flûtes et vannes.

- La loi de Bernoulli pour les vitesses de l'air dans les flûtes.

 

Mais justement ce sont ces débats qui permettent une réflexion avec un point de vue différent pour des progrès dans la compréhension.

 

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24/11/2018
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