Резонанс в акустиці
Звукові коливання, що приносяться звуковою хвилею, можуть служити силою, що періодично змінюється, для коливальних систем і викликати в цих системах явище резонансу, тобто. змусити їх звучати. Такий резонанс називається акустичним резонансом. Резонансні явища можна спостерігати на механічних коливання будь-якої частоти. Т.к. камертон сам по собі дає дуже слабкий звук, тому, що площа поверхні гілок камертона, що стикаються з повітрям, дуже мала і в коливальний рух приходить занадто мало частинок повітря, то камертон зазвичай зміцнюють на дерев'яному ящику, підібраному так щоб частота його власних коливань була дорівнює частоті звуку, що створюється камертоном. Ящики підсилюють звук, внаслідок резонансу між камертоном та стовпом повітря, що міститься в ящику. Ця скринька з камертоном називається резонатором або резонансною скринькою.
Приклад акустичного резонансу можна спостерігати у наступному досвіді. Роль ящиків у цьому досвіді є чисто допоміжною.
Поставимо поруч два однакові камертони, звернувши отвори ящиків, на яких вони укріплені, один до одного. Вдаримо один із камертонів і потім приглушимо його пальцями. Ми почуємо, як звучить другий камертон.
Візьмемо два різні камертони, тобто. з різною висотою тону, і повторимо досвід. Тепер кожен із камертонів не відгукуватиметься на звук іншого камертону.
Цей результат пояснюється тим, що коливання одного камертону діють через повітря з деякою силою на другий камертон, змушуючи його здійснювати вимушені коливання. Так як перший камертон здійснює гармонійне коливання, то і сила, що діє на другий камертон, змінюватиметься за законом гармонійного коливання із частотою першого.камертону. Якщо частота сили та сама, як і власна сила другого камертону, другий камертон починає сильно розгойдуватися. Це називається акустичним резонансом. Якщо ж частота сили інша, то вимушені коливання другого камертону будуть настільки слабкими, що їх неможливо почути.
Оскільки камертони мають дуже невелике згасання, то у них резонанс буде дуже сильно виражений (гострий резонанс). Тому вже невелика різниця між частотами камертонів призводить до того, що один камертон перестає відгукуватися коливання іншого. Достатньо, наприклад, приклеїти до гілок одного з двох камертонів шматочки пластиліну або воску, і камертони вже будуть засмучені, резонансу не буде.
Якщо звук є ноту, тобто. періодичне коливання, але не є тоном (гармонічним коливанням), це означає, що він складається з суми двох тонів: основного, найбільш низького і обертонів. На такий звук камертон повинен резонувати щоразу, коли частота камертону збігається з частотою будь-якої з власних частот коливальної системи. Досвід можна зробити зі спрощеною сиреною та камертоном, при цьому поставивши отвір резонатора камертону проти переривчастого повітряного струменя сирени. Якщо частота камертону дорівнює 300 Гц, то, можна легко переконатися, що він буде відгукуватися на звук сирени не тільки при 300 перериваннях в секунду (резонанс на основний тон сирени), але і при 150 перериваннях - резонанс на перший обертон сирени, і при 100 переривання - резонанс на другий обертон сирени, і т.д..
Якщо у піаніно натиснути на педаль і сильно крикнути на нього, то від нього можна буде почути відгук, який буде чути деякий час, з тоном (частотою) дуже схожим на початковий звук.