Il clarinetto e l'oboe hanno quasi la stessa lunghezza e sono entrambi suonati con un'ancia, eppure il clarinetto ha note molto più gravi e un timbro diverso. In questi esperimenti con TubeLabLight scopriamo perché: la differenza sta nella forma della canna, cilindrica nel clarinetto e conica nell'oboe. Conviene aver seguito prima il percorso sulle canne cilindriche. Ricorda che TubeLabLight non simula i fori: le risonanze che calcola corrispondono alla nota più grave dello strumento, con tutti i fori chiusi.

Il clarinetto: una canna cilindrica chiusa

1. Istruzioni
   • Apri TubeLabLight sul progetto Clarinetto (clarinetto in Si♭): una canna cilindrica lunga 575 mm e di raggio 7,5 mm, che si allarga solo negli ultimi 10 cm (la campana). L'Imboccatura è chiusa dall'ancia.
   • Leggi nella tabella dei modi le frequenze e la colonna ×f₁ (rapporto con la fondamentale).
   • Clicca sul pallino del primo modo e osserva la forma della pressione lungo il tubo. Poi ascolta con ▶ Ascolta.
2. Osservazioni
   • La fondamentale è di circa 161 Hz e i modi successivi stanno, almeno i primi, nei rapporti 3 e 5 con la fondamentale: la serie dei multipli dispari della canna chiusa a un'estremità. L'ancia, appoggiata al bocchino, chiude infatti la canna dal lato dell'imboccatura.
   • La pressione ha il suo massimo all'imboccatura, contro l'ancia, e si annulla vicino alla campana.
   • Il secondo modo è a circa tre volte la fondamentale: per questo, quando il clarinettista "passa al registro superiore", la nota sale di un'ottava più una quinta (una dodicesima), e non di un'ottava come negli altri fiati.
3. Argomenti collegati: vedi Intonazione e risonanze del clarinetto, Canna cilindrica, Modi normali di una canna cilindrica
4. Per saperne di più: vedi Timbro e registri del clarinetto, Acustica di strumenti a fiato modello

A che cosa serve la campana?

1. Istruzioni
   • Con il progetto Clarinetto caricato, annota le frequenze dei primi cinque modi.
   • Premi Togli la campana: il raggio degli ultimi quattro punti (quelli con x da 505 a 575 mm) diventa 7,5 mm, come nel resto della canna. La campana sparisce e resta un cilindro perfetto. Confronta le nuove frequenze con quelle annotate.
   • Rimetti la campana con Rimetti la campana (o ricaricando il progetto).
2. Osservazioni
   • Senza campana i modi sono quasi esattamente 1, 3, 5, 7, 9 volte la fondamentale (148 Hz). Con la campana i modi alti sono più bassi dei multipli dispari: il quarto modo, ad esempio, è a 6,86 volte la fondamentale invece che a 7.
   • Le onde di frequenza bassa si riflettono già all'inizio della campana: per loro il tubo è un po' più corto, e infatti con la campana la fondamentale è più alta (161 Hz invece di 148 Hz). Le onde di frequenza alta invece entrano più in profondità nella campana prima di riflettersi: per loro il tubo è più lungo e le loro risonanze scendono. In più si irraggiano meglio nell'ambiente. La campana rende il passaggio tra la canna e l'aria esterna più graduale (un adattamento di impedenza) e cambia sia l'intonazione dei modi alti, sia il timbro.
3. Argomenti collegati: vedi Canna mista, Adattamento di impedenza, Impedenza acustica
4. Per saperne di più: vedi Riflessione in un corno (percorso con l'app Onde 2D)

Lo stesso tubo, suonato come un flauto

1. Istruzioni
   • Ricarica il progetto Clarinetto e cambia l'Imboccatura in aperta (come nel flauto): ora l'imboccatura è aperta, come nel flauto. Il tubo non cambia.
2. Osservazioni
   • La fondamentale sale a circa 322 Hz, il doppio di prima, e i modi stanno ora nei rapporti 1, 2, 3, ... (fino a che la campana non si fa sentire): la serie armonica completa della canna aperta-aperta.
   • Ciò che decide le note di un tubo non è solo la sua forma, ma anche come è fatta l'imboccatura: l'ancia la chiude, il getto d'aria del flauto la lascia aperta.
3. Argomenti collegati: vedi Canna cilindrica, Flauto, Frequenze proprie delle canne

L'oboe: una canna conica

1. Istruzioni
   • Scegli dal menu Progetto il progetto Oboe: una canna conica lunga 580 mm, che si allarga regolarmente da un raggio di 1,8 mm all'imboccatura fino a 10 mm alla campana. L'Imboccatura è di nuovo chiusa.
   • Leggi le frequenze dei modi e la colonna ×f₁, guarda la forma dei modi e ascolta con ▶ Ascolta. Confronta con il clarinetto.
   • Cambia ora l'Imboccatura in aperta (come nel flauto) e guarda come cambia la fondamentale.
2. Osservazioni
   • La fondamentale è di circa 243 Hz (l'app indica Si₂, poco sopra il Si♭₂ che è la nota più grave dell'oboe vero). I modi successivi stanno nei rapporti 2,07, 3,21, 4,38, ...: sono vicini alla serie armonica completa 2, 3, 4, ..., anche se la canna è chiusa dall'ancia come quella del clarinetto. Per questo l'oboe passa al registro superiore salendo di un'ottava.
   • È il "paradosso" della canna conica: un cono completo, chiuso al vertice e aperto alla base, ha le stesse frequenze di una canna cilindrica aperta alle due estremità e lunga quanto il cono.
   • La fondamentale dell'oboe con l'imboccatura chiusa è però più bassa di quella che ha con l'imboccatura aperta (circa 293 Hz). Il motivo è che la nostra canna è un cono "tagliato": il vertice manca. Prolungando il cono fino al vertice si ottiene un cono completo lungo circa 707 mm, e c/2L = 348/(2 × 0,707) = 246 Hz, molto vicino ai 243 Hz calcolati. Nell'oboe vero il volume dell'ancia e del tubetto su cui è montata prende il posto della punta mancante.
   • Il clarinetto e l'oboe sono lunghi quasi uguali, ma il clarinetto, a canna cilindrica chiusa, suona una quinta più in basso (161 Hz contro 243 Hz).
3. Argomenti collegati: vedi Il paradosso della canna semichiusa, Modi normali di una canna conica, Oboe
4. Per saperne di più: vedi Canna conica, Frequenze proprie delle canne, Acustica di strumenti a fiato modello
5. Altri esperimenti
   • Trasforma l'oboe in un cilindro della stessa lunghezza: premi Rendi cilindrico (il raggio di tutti i punti diventa 5,9 mm). Con l'imboccatura chiusa la fondamentale scende a circa 146 Hz e ricompare la serie dei multipli dispari: hai costruito un "clarinetto".