20 Звуковая среда
При этом, данный процесс также характеризуется наличием гармоник. Стоячие волны образуются всякий раз, когда некоторая волна сталкивается под прямым углом с отражающей поверхностью и возвращается обратно по тому же пути. Двойное отражение от прямого угла производит аналогичный эффект (хотя и в меньшей степени, из-за наличия больших потерь при Вибрация воздушного двойном отражении).
столба
Слева: для открытой трубки частота f 1 является основной частотой и она в два раза превышает длину самой трубки. Здесь существует критическая величина N (нулевое значение) в центре трубки и пиковое значение на ее концах. Вторая и третья гармоники являются простыми производными от основной частоты: Г2 = 2П, D = 3f 1 и т.д.
Слева внизу: третья гармоника отстает на половину цикла. Воздуш ные частички в пиковых значениях двигаются в обратном направлении, но воздух в критических значениях остается в стационарном состоянии. Справа: трубка имеет один закрытый конец. Длина волны основной частоты превышает в четыре раза длину самой трубки. Первый обертон - это третья гармоника; в такой трубке присутствуют
только нечетные гармоники: f, 3f, 5f. Основное* количество звука отражается от открытых концов в обеих трубках, т.е. в тех местах, где апертура достаточно мала по сравнению с длиной волны.
Явление резонанса можно вызвать в узкой трубе (такой, например, как труба органа). Если она будет замкнута с обоих концов, то в ней будут происходить отражения как и от любых твердых поверхностей. Однако, резонанс будет иметь место даже если оба конца останутся открытыми. Если диаметр трубки будет достаточно мал, по сравнению с длиной волны, то звук будет с большим трудом проникать в окружающее пространство.
Известно, что энергия должна располагать возможностью выхода: в реальных условиях, волны давления возвращаются обратно в трубку в виде разрежений и т.д. В этих условиях и происходит формирование основной (в два раза превышающей длину самой трубки) частоты и всех ее гармоник.
Звуковая среда 21
Форманты звуковых инструментов
Габой.
Рожок.
Тромбон.
Труба.
Форманты могут иметь либо широкую, либо узкую характеристику в
инстру-придают
своеоб-звучания
зависимости от струк турных особенностей
музыкальных ментов. Они инструментам разный характер
и значительную окраску.
Гельмгольц-резонатор
Природа вибрации данного резонатора напоминает вибрацию тела,
подвешенного на пружине. Воздушный объем внутри резонатора является
пружиной; а объем воздуха внутри горловины является вибрирующей массой.
Если один конец трубки является открытым, а другой замкнут, то происходит формирование основной (в данном случае вчетверо превышающей длину самой трубки) частоты и всех ее нечетных гармоник.Естественно, что звучание в данном случае будет отличаться от звучания полностью замкнутых или открытых трубок.
Звуки в духовых инструментах оркестра образуются аналогичным образом. Длина воздушного столба (пространства) постоянно изменяется: или плавно (для тромбона), или скачкообразно (для трубы или рожка), или же посредством открывания или запирания отверстий на длине корпуса инструмента (флейта, кларнет или саксофон). Форманты духовых инструментов значительно зависят как от их формы, так и от размеров выходного раструба, хотя для большинства музыкальных инструментов с отверстиями для пальцев этот раструб имеет небольшое значение, так как звук, в основном, исходит из открытых отверстий инструмента.
Еще одним способом достижения максимальных значений резонанса является возникновение его в почти замкнутом объеме, соединенном с окружающей средой через очень узкую горловину. Такое устройство носит название емкостного или Гельмгольц-резонатора. Этот резонатор производит звук с одной, но очень отчетливой частотой, напоминающей звук из горлышка бутылки, когда в него дуют воздухом. На скрипичных инструментах этот вид резонанса находится в пределах полезной шкалы инструмента и производит, так называемый, "воющий эффект", к которому скрипачи должны относиться с крайней осторожностью. Возвращаясь к примеру камертона, можно сказать, что для него необходимо подбирать ящики с таким внутренним объемом, которые бы имели частоту резонанса совпадающую с собственной частотой камертона. В этом случае, мы будем иметь лучший вид резонаторов, однако для каждого камертона потребуется свой отдельный ящик.