Rezonance v uzavřené trubici

Pojd’me se nyní podívat jak vlastně rezonance vznikají. Pro názornou ukázku nám poslouží trubice s uzavřenými konci. Tato trubice nám poslouží jako jednoduchý jedno-dimezionální příklad kde její dva uzavřené konce si můžeme představit jako dvě protilehlé stěny místnosti.

Pro lepší pochopení si představte že uvnitř trubice je na jedné straně nainstalovaný malý reproduktor a na protilehlé straně malý poslechvý otvor. Pokud přivedeme do reproduktoru sinusový signál a pomalu budeme zvyšovat frekvenci nezaznamenáme žádné změny. Ty nastanou v té době kdy se frekvence vysílaná reproduktorem střetne (dosáhne) s první přirozenou frekvencí trubice která je dána její délkou.

Při této frekvenci f1 bude energie signálu vysílaného reproduktorem značně zesílena. Toto první zesílení nastane u frekvence která je dvojnásobkem délky trubice. Pokud pokračujeme se zvyšováním frekvence signál začne postupně ztrácet na síle.

K dalším zesílením dojde u násobků fundamentální frekvence. tz. 2f1, 3f1, 4f1 atd. Grafy B, C a D nám ukazují jak se Sound Pressure (tlak zvuku) mění podél délky trubice. Zvuková vlna přenášena z leva do prava narazí na protilehlou stěnu a je odražena zpět s obrácenou polaritou (zpožděna o 1/2 periody).

Zvuková vlna šířící se z leva (od zdroje zvuku) je ovlivněna vlnou přicházející z prava (odražená vlna). Tímto vzájemným ovlivněním vznikne takzvaná SUPERPOZICE u stojaté vlny (standing wave) na přirozené modální frekvenci trubice či na jejích násobcích.

Standing wave mezi dvěmi plochami obsahuje místa útlumu (nodes = minima) a zesílení (antinodes = maxima).Pokud by jsme umístili do trubice na grafu B měřič tlaku pak by nám uprostřed trubice ukazoval nulový tlak a na koncích tlak vysoký. Stejně tak je tomu (nodes a antinodes) u násobků f1 viz graf C a D.

Na grafech E-F-G je znázorněn rozptyl molekul vzduchu standing waves a jak jste si mohli všimnout rozptyl molekul je přesně mimo fázi od tlaku vzduchu. Jak vidíte na grafu E je rozptyl na koncích trubice minimální jelikož tlak je zde nejvyšší viz graf B.

Jediný rozdíl mezi uvedeným příkladem s trubicí a místností je ten že místnost má 3 rozměry a proto se tento jev trochu komplikuje. Uzavřená místnost je 3-dimenzionální a proto tyto módy vznikají mezi přední a zadní stěnou, pravou a levou stěnou a nakonec mezi podlahou a stropem.

Tak další kousek teorie je za námi a já doufám že vás nenudím, ale já zastávám názor že trocha základních znalostí nikdy není naškodu. Příště se krátce podíváme na standing waves pro ucelení.