Fisica del trombone
Il trombone fa parte della categoria degli strumenti
a fiato, in particolare degli “ottoni”.
Come può suonare tale strumento e comporre diverse
note? Come visto, il trombone è composta da una imboccatura, da un lungo tubo
curvo (circa 2 m) e da uno svaso finale a campana. Le labbra appoggiate al
“bocchino” svolgono il ruolo di ancia, cioè di modulatore del flusso di aria in
entrata nel tubo metallico.
Vediamo allora come si produce il suono in un tubo. Se utilizzassimo un tubo cilindrico di
diametro interno di 40 mm e lungo 1,25 m riusciremmo con le labbra a produrre 3
note, con frequenze prossime a 204, 340, 476 Hz, che corrispondono alla terza,
quinta e settima armonica di un modo fondamentale di 68 Hz, corrispondente a
quello di una canna chiusa da un lato:
f= v/4L= 68 Hz
tenuto conto che
λ= 4L
che rappresenta la lunghezza d’onda della
prima armonica a partire dalla lunghezza L di una corda vibrante e che vale
f= v/λ
che rappresenta la relazione tra
frequenza del suono emesso e lunghezza d’onda.
Posto che
la velocità di propagazione delle onde sonore dipende dalla pressione
quasi statica dell’aria P, dal rapporto ρ tra i calori specifici dell’aria a
pressione ed a volume costante e dalla densità ρ, sia ha che
v=
√((γ P)/ρ)
Se γ = 7/5 per i gas biatomici come
l’aria, la pressione è quella ambiente e la densità dell’aria vale ρ = 1,225
kg/m3, otteniamo una velocità di 343 m/s, che è all’incirca quella
del suono nell’aria.
Facendo il caso dell’armonica
fondamentale della lunghezza di una canna o di un tubo aperti solo su un lato,
si vede dunque che la lunghezza d’onda dipende esclusivamente dalla lunghezza
della canna, come recita la λ= 4L . Se soffiamo con
pressione aumentata anche la densità aumenta e quindi la velocità non cambia. Se
invece usiamo un gas leggero come l’elio la densità varia gi a pressione
costante e òa velocità sale rapidamente: quindi se invece di aria insufflassimo
elio (monoatomico) in una canna d’organo avremmo il “la” fondamentale invece che a 440 Hz a 1200 Hz (come capiterebbe
se soffiassimo in un trombone una boccata di elio anziché aria).
In un trombone della stessa lunghezza del
tubo di riferimento non mancherebbero quindi le armoniche pari e la qualità
timbrica sarebbe più brillante.
Va detto che anche bocchino e campana
hanno un ruolo importante nella formazione delle note.