Schallwellen: Resonanz

Resonanz ist ein Spezialfall von erzwungener Schwingung in einem System, bei dem die Antriebsfrequenz des ersten Objekts mit der Eigenfrequenz des zweiten Objekts übereinstimmt und das zweite Objekt dazu zwingt, mit der gleichen Frequenz und einer deutlich höheren Amplitude zu schwingen.

Stellen Sie sich eine Stimmgabel und ein hohles zylindrisches Rohr vor, das an einem Ende geschlossen ist. Wenn die Zinken der Stimmgabel mit ihrer Eigenfrequenz schwingen, wird eine Schallwelle erzeugt, die auf den Eingang des Rohres trifft und die Luft im Inneren des Rohres zwingt, mit der gleichen Frequenz zu schwingen. Wenn die Eigenfrequenz der Stimmgabel mit den normalen Moden der Luftsäule übereinstimmt, führt die Resonanz zu einem lauteren Klang.

Ähnliches passiert mit einem Rohr, das an beiden Enden offen ist. Die Luftsäulen in der Röhre haben maximale Luftverdrängungen an beiden Enden, und daher erzeugen die Reflexionen des Schalls an jedem Ende eine Welle mit großer Amplitude für bestimmte Frequenzen.

Die Resonanzfrequenzen für eine an beiden Enden offene Röhre folgen der gleichen Gleichung wie die einer stehenden Welle auf einer Saite, die an beiden Enden befestigt ist.