Tuburile sonore,Coardele sonore

Surse sonore

Orice corp care vibreaza poate servi ca sursa de unde elastice in mediul in care se afla, adica poate fi o sura sonora. Sunetele se produc in corzi vibrante (vioara, corzile vocale umane), coloane de aer vibrante (orga, clarinet), placi si membrane vibrante (xilofon, difuzor, toba).

1.Tuburile sonore

Tuburile constituie o parte principala pentru instrumentele de suflat, avand rolul rezonatorului. Sursa sonora propriu-zisa o constituie ancia prin care se produce oscilatia aerului care formeaza unde stationare in tubul sonor. Modul cum se formeaza componentele sunetului in tuburi deschise sau inchise este redat in figura 1, a si b.

Ventrul se formeaza intotdeauna la ancie. Componentele sunetului se obtin , pentru tubul deschis, din relatia : ν_n = v·n/2l, iar pentru tubul inchis din relatia : ν_n = v·(2n-1)/4l

Intr-un tub deschis frecventa fundamentala corespunde (aproximativ) unui ventru al elongatiilor la fiecare capat si unui nod al elongatiilor in mijlocul tubului , asa cum arata figura 1 - a. Desenele urmatoare din aceeasi figura arata 2 tonuri superioare : armonica a doua si armonica a treia. Prin urmare intr-un tub deschis frecventa fundamentala este v/2l si sunt prezente toate armonicile.

Intr-un tub inchis, capatul inchis este un nod al elongatiilor. Figura 1 - b arata modurile de vibratie ale unui tub inchis. Frecventa fundamentala este v/4l ceea ce constituie jumatate din frecventa fundamentala a unui tub deschis de aceeasi lungime. Singurele tonuri superioare prezente sunt cele care dau un nod al elongatiilor la capatul inchis si un ventru la capatul deschis. Prin urmare, dupa cum se arata in figura 1- b, armonicile a doua, a patra etc. lipsesc. Deci intr-un tub inchis

Sunt prezente numai armonicile impare. Inaltimea sunetelor date de un tub deschis este deci diferita de cea a unui tub inchis.

2.Coardele sonore :

Se considera o coarda de lungime l, fixata la ambele capete. Daca ea este ciupita, se vor propaga vibratii transversale de-a lungul corzii; aceste perturbatii se reflecta pe capetele fixe si se formeaza astfel o unda stationara. Modurile proprii de vibratie ale corzii sunt astfel excitate si aceste vibratii dau nastere unor unde longitudinale in aerul inconjurator care le transmite pana la urechile noastre ca un sunet muzical.

Cand excitam vibratii in aceasta coarda in locurile in care este fixata coarda, adica la capetele ei, se formeaza noduri; iar la mijlocul coardei se va forma un ventru (figura 2 - a). Acestei vibratii ii corespunde o anumita frecventa ν₁.

Dar, in afara de aceasta unda stationara , se poate stabili in coarda o unda stationara cu trei noduri : doua la capetele coardei si unul la mijloc (figura 2 - b). Acestei vibratii ii corespunde frecventa ν₂, de 2 ori mai mare decat frecventa ν₁ a primei vibratii. Tot astfel se pot stabili unde stationare cu patru noduri (figura 2 - c) de frecventa ν₃, etc. Asadar aceeasi coarda poate emite vibratii sonore nu numai cu frecventa fundamentala ν₁, ci si cu asa-anumitele armonice superioare (tonuri superioare) de frecvente ν_k=(k+1)ν₁, unde k este un numar intreg. Tonurile superioare ale caror frecvente sunt multipli intregi ai frecventei fundamentale, formeaza o serie armonica. Fundamentala este prima armonica. Frecventa 2ν₁ este primul ton superior sau a doua armonica, frecventa 3ν₁ este al doilea ton superior sau a treia armonica s.a.m.d.

Daca coarda este initial deformata astfel incat forma sa este aceeasi ca a uneia dintre armonicile posibile, ea va vibra cu frecventa acelei armonici particulare, daca este lasata libera.

Coarda sonora este sursa sonora pentru toate instrumentele cu corzi. Toate aceste instrumente emit sunete atat direct, cat si prin cutia de rezonanta care are o importanta esentiala pentru timbrul sunetului.

Intensitatea ( vezi Proprietatile sunetului ) sunetului emis este determinata de amplitudinea vibratiilor sistemului sonor. Totusi, in unele cazuri, sursa de vibratii nu da un sunet intens, chiar in cazul amplitudinilor mari. De exemplu, daca intindem o coarda intre doua cleme tari si o lovim, vom obtine un sunet foarte slab. De asemenea, daca lovim un diapazon si il tinem in mana, sunetul aproape ca nu se aude. Aceasta se explica prin faptul ca, in cazurile mentionate coarda vibranta sau piciorul diapazonului provoaca doar fluxuri turbionare inchise in aerul din vecinatate si nu formeaza comprimari si dilatari ale aerului care duc la aparitia unei unde longitudinale sonore. Legatura dintre sistemul care vibreaza si aerul inconjurator este insuficienta si sistemul radiaza slab. Pentru marirea radiatiei, trebuie sa cream conditii in care aparitia miscarilor turbionare sa fie dificila. In legatura cu aceasta, diapazoanele, pentru a li se intari sunetul, se monteaza pe cutii de lemn, iar la instrumentele muzicale (vioara, violoncel), coardele se fixeaza pe suprafete de lemn numite capace. Vibratiile coardei se transmit suprafetei mari a capacului, in jurul carora fluxurile de aer inchise devin imposibile. In vecinatatea capacului se formeaza unde de compresie si dilatare, care dau nastere unui sunet intens. Acelasi rol il joaca si capacul pianului. Intensificarea radiatiei explica si cresterea intensitatii sunetelor in cazul rezonantei sistemului.