Камертоны на резонаторном ящике

Камертон, представляет собой изогнутый в форме буквы «U» стальной стержень прямоугольного сечения на ножке.
После возбуждения колебаний ударом резинового молоточка, смычком или просто рукой ветви камертона совершают простые поперечные колебания, частота которых зависит от качества стали, размеров стержня и формы его сечения.
Благодаря простому характеру колебаний и независимости частоты производимого звука от времени, камертон является удобным прибором для проведения опытов по акустике В коллекции физического кабинета СПб АППО представлены:
- для настройки музыкальных инструментов;
- камертон демонстрационный;
- на резонаторах, настроенные в унисон;
- с грузиком для изменения частоты колебаний;
- с зеркалом для оптической записи колебаний;
- с острием для механической записи колебаний;
- разной высоты тона для опытов с резонаторами Гельмгольца.

Для демонстраций и практических работ применяют массивные (100 - 300 г) камертоны. Обычно они монтируются на резонаторных ящиках. Резонаторные ящики для камертонов высоких тонов открыты с двух сторон; для камертонов низких тонов ящики открыты с одной стороны. Длина внутренней полости ящика для низких тонов приблизительно равна четверти длины звуковой волны в воздухе для данного камертона.¹
Передача колебаний от камертона к резонатору осуществляется с помощью ножки камертона. При колебаниях камертона, его ветви то удаляются (рисунок А), то сближаются (рисунок Б). При этом ножка камертона поднимается или опускается, из-за чего верхняя крышка резонаторного ящика начинает вибрировать. Чтобы избежать передачи колебаний поверхности, на которую помещены резонаторные ящики, они снабжаются войлочными или резиновыми подставками.
Камертоны на резонаторах предназначены для проведения ряда демонстрационных опытов при изучении явлений акустики: звукового резонанса, интерференции звуковых волн, основного тона и обертонов, биений. Для наблюдения биений к камертонам прилагаются грузики, которые при помощи винта могут быть закреплены на любой высоте на одной из ветвей камертона.

В физическом кабинете СПб АППО имеются два комплекта камертонов на резонаторных ящиках, настроенных в унисон. Комплекты были изготовлены в разное время.
Под №1 на фото изображен камертон, из комплекта, изготовленного в первой четверти 20-го века; камертон из комплекта под №2 – скорее всего в начале 21 века. (Длина линейки 15 см).
На резонаторном деревянном ящике камертона под №1 найдены: надпись А435 и схематичный рисунок колокола с заглавной буквой К в центре.
Надпись А435 указывает на частоту 435 Гц (тон «ля» первой октавы), которая была установлена на Международном конгрессе в Вене в 1885 году. Согласно стандарта ОСТ 7710, который был принят в нашей стране в 1936 году, ноте la первой октавы (a¹) соответствует частота колебаний 440 Гц.
Изображение на рисунке привело к мысли, что прибор мог быть изготовлен артелью при колокольном заводе. Но в январе 1930 года был закрыт последний русский колокололитейный завод, а всесоюзное объединение по производству учебного и школьного оборудования было создано после 1932 года.
Таким образом: комплект приборов №1 был изготовлен русскими мастерами предположительно в первой четверти ХХ века.

На основании камертона из комплекта №2 выбит логотип завода-производителя, а ниже число 92 (при серийном выпуске на каждой паре камертонов ставят одинаковый порядковый номер). На противоположной стороне основания есть надпись «440 ЛЯ».
Проведение опытов с комплектом камертонов №2 явно указывает на низкое качество изделия: при ударе молоточком прибор «едет» по столу, звук тихий и быстро затухает. Для демонстрации в большом кабинете комплект не подходит.

Органайзер исследователя
1. Высота резонатора из комплекта №1 явно больше, чем у резонатора из комплекта №2. Будут ли настроены камертоны комплекта №1 в унисон, если уменьшить высоту одного из резонаторов. Ответ обоснуйте.
2. Посмотрите видео-опыт с камертонами настроенными в унисон. Рекомендуется использовать наушники, чтобы отчетливо слышать звучание камертонов. При просмотре определите назначение элементов опытной установки: возбудитель, источник, приемник колебаний, и канал связи. Объясните, механизм возникновения звуковых колебаний в откликающемся камертоне. Как вы думаете, почему откликающийся камертон звучит тише. Найдите определение понятия «звуковой захват».
3. Наличие камертонов, настроенных в унисон позволяет убедиться, что высота тона камертона зависит от температуры. Для этого один из камертонов, не снимая с резонатора, опускают на несколько минут в горячую воду (70–800). Вынимают и быстро вытирают. Немедленно возбуждают оба камертона. Слышны биения,частота которых по мере охлаждения камертона убывает. Как вы думаете частота колебаний камертона увеличивается или уменьшается при нагревании? Обоснуйте свой выбор.

¹) Описание.