Tubos Sonoros

Assim como as cordas vibrantes, os tubos sonoros também podem sustentar padrões de ondas estacionárias e produzir uma rica série de harmônicos. A diferença fundamental está no meio em que a onda se propaga: enquanto nas cordas temos ondas transversais, nos tubos sonoros lidamos com ondas longitudinais de pressão no ar. Ainda assim, os conceitos de reflexão, nós, ventres e interferência permanecem, permitindo um paralelo direto entre os dois sistemas.

Em um tubo aberto nas duas pontas, o ar pode oscilar livremente em cada extremidade. Nessas regiões formam-se ventres de deslocamento (máxima variação do movimento do ar) e, em consequência, nós de pressão.

O modo fundamental corresponde a meio comprimento de onda ajustado dentro do tubo. O segundo harmônico corresponde a um comprimento de onda inteiro, o terceiro harmônico a um comprimento e meio, e assim sucessivamente. Esse comportamento é diretamente análogo ao de uma corda vibrante, pois ambos apresentam uma série harmônica completa, isto é, todos os múltiplos inteiros da frequência fundamental. Instrumentos como a flauta, o saxofone e o clarinete baixo funcionam de modo semelhante a tubos abertos e produzem sons ricos devido à presença de todos esses harmônicos.

Em um tubo fechado em uma das pontas, o ar não consegue oscilar nessa extremidade. Ali forma-se um nó de deslocamento (nenhuma variação do movimento do ar) e, consequentemente, um ventre de pressão. Já na extremidade aberta, acontece o inverso: temos um ventre de deslocamento e um nó de pressão.

O modo fundamental corresponde a um quarto de comprimento de onda ajustado dentro do tubo. O próximo harmônico possível é o terceiro harmônico, que corresponde a três quartos de comprimento de onda; em seguida, o quinto harmônico, com cinco quartos, e assim por diante. Dessa forma, os tubos fechados não apresentam todos os harmônicos, mas apenas os de ordem ímpar (1º, 3º, 5º, ...). Isso faz com que o som produzido tenha características diferentes dos tubos abertos. Instrumentos como a clarineta, a trompa alpina e certas flautas indígenas funcionam de modo semelhante a tubos fechados e produzem timbres marcantes devido à ausência dos harmônicos pares.