10 мин
27 августа 2018 г.

Дискотека в однушке с помощью резонанса

Увеличиваем громкость колонки с помощью стола и бьем бокалы
Автор: Вадим Куликов

Задумывались когда-нибудь, зачем акустическим музыкальным инструментам нужен корпус, и почему сабвуфер всегда находится в большом ящике? Все дело в резонансе!

Он помогает инструментам и домашней акустике звучать громче, но при определенных условиях может быть разрушительным. В этой главе мы расскажем, как визуализировать звук, увеличить громкость динамиков и разбить посуду на расстоянии.

Фигуры Хладни — один из способов увидеть резонанс в твердом теле. Для этого нужно поместить рассыпчатый материал, песок, сахар, соль или крупу, на упругую пластину и заставить ее совершать колебания, например, положив на аудиоколонку. На пластине появляется стоячая волна, которая, в отличие от бегущей колеблется на одном месте и образует в материале рисунок распределения амплитуд. На участках, где прямая и отраженная волна складываются и усиливаются, образуются линии пучности, там частицы всегда скачут, а на участках, где волны гасят друг друга, образуются узлы разряжения, в них песок лежит неподвижно. При этом сам рисунок зависит от частоты колебаний: чем выше частота, тем ближе друг к другу будут находиться линии рисунка.

Этот эффект используется в конструировании музыкальных инструментов, таких как гитара или скрипка. Специальная деталь, дека, служит в них резонатором, усиливая звук. Форму и размер деки специально подбирают так, чтобы на ее поверхности помещалось определенное число фигур Хладни.

Вибродинамик, который мы демонстрировали в опыте, тоже использует резонанс.

Когда он находится в воздухе, музыки почти не слышно. Но стоит поместить его на какую-нибудь поверхность, как громкость многократно усиливается. При этом звучит не только сам динамик, но вся поверхность.

Большой ящик сабвуфера — тоже играет роль резонатора. Низкочастотные динамики создают большое давление в корпусе сабвуфера и заставляют его вибрировать, усиливая звук.

У каждого предмета есть своя резонансная частота, на которой он колеблется сильнее всего. Она зависит от материала, формы и размера. В опыте мы измерили резонансную частоту бокала, затем мы воспроизвели звук на этой частоте через динамик. Стекло перешло к резонансным колебаниям, стенки завибрировали, амплитуда колебаний стала возрастать до тех пор, пока бокал не лопнул.

С эффектом резонанса и фигурами Хладни связана одна интересная история. На одной из арок Рослинского собора в Шотландии находятся 213 каменных кубов, с вырезанными на них геометрическими рисунками. Отставной генерал ВВС Томас Митчел, со своим сыном пианистом Стюартом Митчелом сопоставили их с фигурами Хладни, и пришли к выводу что на кубах записаны частоты-ноты. Собрав ноты воедино, они составили произведение «Рослинский Мотет».

Автор и ведущий курса «Физика дома» - Алексей Иванченко, штатный физик-экспериментатор Laba.Media, заведующий лабораторией физики Политехнического музея, соведущий и автор большинства экспериментов в программе «Галилео» на СТС, автор лучшего в России научного шоу.

Если вы хотите увидеть другие неожиданные (и иногда взрывоопасные) эксперименты с самыми обыкновенными бытовыми приборами, - смотрите весь видеокурс: