Номер 13, страница 110 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава III. Механические колебания и волны. Параграф 22. Звуковые волны - номер 13, страница 110.

Условие.

13*. Используя Интернет, подготовьте сообщение или презентацию по одной из тем: «Инфразвук», «Ультразвук в природе», «Роль резонатора в музыкальных инструментах», «Почему поют бокалы?».

Решение.

Роль резонатора в музыкальных инструментах

Резонатор — это одна из важнейших частей большинства музыкальных инструментов, играющая ключевую роль в формировании их звучания. Основная задача резонатора — усилить звук, создаваемый первоначальным источником колебаний (например, струной, губами музыканта или язычком), и обогатить его тембр, то есть придать ему характерную окраску. Без резонатора звук большинства инструментов был бы очень тихим и невыразительным.

Принцип работы резонатора

В основе работы резонатора лежит физическое явление резонанса. Резонанс — это резкое возрастание амплитуды колебаний системы, которое происходит, когда частота внешнего воздействия совпадает с одной из собственных (резонансных) частот этой системы. В музыкальном инструменте процесс выглядит следующим образом. Сначала источник звука, например, струна гитары, создает слабые колебания с определенным набором частот (основной тон и обертоны). Затем эти колебания передаются резонатору, то есть корпусу гитары. После этого резонатор, имея свои собственные резонансные частоты, начинает интенсивно колебаться на тех частотах, которые совпадают с частотами источника. Наконец, благодаря своей большой площади поверхности резонатор вовлекает в колебательное движение значительно больший объем воздуха, чем первоначальный источник, что приводит к многократному увеличению громкости звука.

Кроме того, резонатор не просто усиливает звук, он делает это избирательно. Разные частоты из спектра исходного колебания усиливаются по-разному, в зависимости от формы, размера и материала резонатора. Именно это избирательное усиление обертонов и формирует уникальный тембр каждого инструмента, его узнаваемый «голос».

Резонаторы в различных типах инструментов

Струнные инструменты (гитара, скрипка, виолончель): В струнных инструментах резонатором является полый деревянный корпус. Колебания от струн через подставку передаются на верхнюю деку корпуса. Дека и весь корпус начинают вибрировать, заставляя колебаться и воздух внутри него. Форма корпуса, толщина древесины, расположение в нем специальных реек (пружин) и резонаторных отверстий (эф) тщательно рассчитываются мастерами для достижения богатого, сбалансированного звучания.

Духовые инструменты (флейта, труба, кларнет): В духовых инструментах роль резонатора выполняет столб воздуха, заключенный внутри корпуса инструмента. Источником колебаний служат губы музыканта (в медных духовых) или трость (в деревянных духовых). Эти колебания возбуждают в столбе воздуха стоячие волны. Длина этого столба воздуха определяет основную частоту звука (высоту ноты). Изменяя эффективную длину столба воздуха (с помощью клапанов, вентилей или кулисы), музыкант изменяет высоту звука. Для трубы, условно открытой с одного конца и закрытой с другого (например, кларнет), условие образования стоячих волн: $L = n \frac{\lambda}{4}$, где $\text{L}$ — длина трубы, $\lambda$ — длина волны, а $\text{n}$ — нечетное целое число (1, 3, 5...). Для трубы, открытой с обоих концов (например, флейта), условие таково: $L = n \frac{\lambda}{2}$, где $\text{n}$ — любое целое число (1, 2, 3...). Форма воздушного канала (цилиндрическая или коническая) и наличие раструба на конце также сильно влияют на тембр инструмента.

Ударные инструменты (барабан, ксилофон): У барабанов резонатором служит полый корпус (кадло). Когда музыкант ударяет по натянутой мембране, она начинает колебаться, и эти колебания передаются корпусу и воздуху внутри него, что делает звук громким, гулким и продолжительным. У таких инструментов, как ксилофон или маримба, под каждой деревянной пластиной находится резонатор в виде трубки. Длина каждой трубки точно настроена на основную частоту соответствующей ей пластины. Когда по пластине ударяют, столб воздуха в трубке начинает резонировать, усиливая основной тон и делая звучание ноты чистым и долгим.

Таким образом, резонатор является не просто усилителем, а "душой" инструмента, определяя его громкость, уникальный голос и характер звучания.

Ответ: Резонатор в музыкальном инструменте выполняет две основные функции: 1) усиливает звук, создаваемый первичным источником колебаний (например, струной), делая его достаточно громким для слушателя за счет явления резонанса; 2) формирует уникальный тембр (окраску звука) инструмента, избирательно усиливая определенные частоты (обертоны) из общего звукового спектра.