Teorie
Chvění je charakteristické pro zdroje zvuku jako např. struny, tenké tyče, vzduchové sloupce, ale i pro lidské hlasivky. Chvění samozřejmě nepozorujeme jen u jednorozměrných předmětů. Důležitou roli hraje studium chvění desek, blan a jiných podobných objektů pro konstrukci různých elektroakustických zařízení (membrány reproduktoru, sluchátka, mikrofony apod.), u nichž požadujeme vysokou kvalitu přenosu zvukových signálů.
Pokud je délka píšťaly násobkem poloviny vlnové délky zvukového vlnění z reproduktoru, tak na vodní hladině dochází k odrazu vlnění zpět. V ostatních případech je zvuková vlna pohlcená vodou a ke vzniku stojatého vlnění nedojde.
Odraz vlny na konci píšťaly.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Jestliže k vodní hladině dospěl nejdříve vrch vlny a po něm důl, pak po odrazu je situace opačná. Nejdříve postupuje důl odražené vlny a teprve pak její vrch. Nastává zajímavý a velmi důležitý případ, kdy interferují (skládají se) dvě stejná vlnění – přímé a odražené, která postupují stejnou rychlostí opačnými směry. Vznikne vlnění stojaté. Průběh vlnění vytváří dojem ustáleného stavu, jako by vlna na vlákně stála a nepohybovala se. Vznikly body, které kmitají s největší amplitudou – kmitny, a body, které jsou stále v klidu – uzly. Stojaté vlny mohou dlouho kmitat s velkou amplitudou, rozechvívají okolní vzduch a vzniká dobře slyšitelný tón. Mnoho dalších vlastností stojatých zvukových vln je podobných vlnám na struně: uzavřený konec trubice odpovídá upevněnému konci struny, ve kterém se nachází uzel. Otevřený konec trubice odpovídá volně pohyblivému konci struny.
Stojaté vlnění může být podélné i příčné. Typické příklady si můžeme ukázat u hudebních nástrojů. Podélné stojaté vlnění vzniká rozechvíváním vzduchových sloupců u dechových nástrojů (trubka, klarinet). Příčné stojaté vlnění můžeme pozorovat u napjaté struny nebo napjatého vlákna.
Frekvence chvění vzduchového sloupce a tím také frekvence znějícího tónu, který píšťala vydává, je určena počtem půlvln stojatého vlnění. Téměř vždy vznikají i vyšší harmonické tóny, o jejichž počtu a amplitudě rozhoduje způsob rozechvění příslušného útvaru. Výsledné chvění je pak složeno ze základní frekvence a vyšších harmonických frekvencí.
Vznik stojaté vlny na struně nebo vzduchovém sloupci.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Zdrojem vlnění exponátu je reproduktor. Ten střídavě zhušťuje a zřeďuje vzduch v píšťale, kde tak vznikne stojaté vlnění podélné. Každým stlačením vytvoří reproduktor zvukovou vlnu, která se píšťalou pohybuje a odráží se na jejích koncích.
Vzduchový sloupec v píšťale se uvádí do podélného chvění foukáním proti ostré hraně zvané ret nebo chvěním pružného jazýčku. Ret nebo jazýček mají funkci zdroje kmitů a vzduchový sloupec rezonátoru a zesilovače zvuku. Retné píšťaly jsou např. flétny, pikoly nebo na varhanách. Barvitost zvuku závisí na materiálu stěn; dřevěné píšťaly dvají tón měkčí (dřevo tlumí vyšší harmonické), cínové tvrdší (pronikavější) tón. Ostatní dechové nástroje jsou píšťaly jazýčkové. Nástroje ze dřeva (hoboj, anglický roh, fagot) mají vrtání kuželové a dvojitý jazýček, klarinet a basový klarinet mají vrtání válcové a jednoduchý jazýček. Plechové dechové nástroje jsou také jazýčkové, ale jazýček je nahrazen sevřenými rty u nátrubku (roh, trubky, pozouny).
