Diapasão - Tuning fork

Diapasão de John Walker carimbado com nota (E) e frequência em hertz (659)

Um diapasão é um ressonador acústico na forma de um garfo de duas pontas com os dentes ( dentes ) formados por uma barra em forma de U de metal elástico (geralmente aço ). Ele ressoa em um tom constante específico quando definido para vibrar batendo contra uma superfície ou com um objeto, e emite um tom musical puro assim que os sobretons agudos desaparecem. O tom de um diapasão depende do comprimento e da massa dos dois dentes. Eles são fontes tradicionais de afinação padrão para afinar instrumentos musicais.

O diapasão foi inventado em 1711 pelo músico britânico John Shore , sargento trompetista e lutenista da corte.

Descrição

Movimento de um diapasão A-440 (muito exagerado) vibrando em seu modo principal

Um diapasão é um ressonador acústico em forma de garfo usado em muitas aplicações para produzir um tom fixo. A principal razão para usar a forma de garfo é que, ao contrário de muitos outros tipos de ressonadores, ela produz um tom muito puro , com a maior parte da energia vibracional na frequência fundamental . A razão para isso é que a frequência do primeiro som harmônico é sobre5 2/2 2 = 25/4= 6+14 vezes o fundamental (cerca de 2+12 oitavas acima). Em comparação, o primeiro som harmônico de uma corda vibrante ou barra de metal é uma oitava acima (duas vezes) do fundamental, portanto, quando a corda é dedilhada ou a barra é tocada, suas vibrações tendem a misturar as frequências fundamental e harmônica. Quando o diapasão é tocado, pouca energia vai para os modos harmônicos; eles também morrem correspondentemente mais rápido, deixando uma onda senoidal pura na frequência fundamental. É mais fácil afinar outros instrumentos com este tom puro.

Outra razão para usar o formato de garfo é que ele pode ser segurado na base sem amortecer a oscilação. Isso porque seu principal modo de vibração é simétrico, com as duas pontas sempre se movendo em direções opostas, de modo que na base onde as duas pontas se encontram existe um (ponto sem movimento vibratório) que pode, portanto, ser manuseado sem a remoção de energia da oscilação (amortecimento). No entanto, ainda há um pequeno movimento induzido no cabo em sua direção longitudinal (portanto, perpendicular à oscilação dos pinos) que pode ser ouvido em qualquer tipo de placa de ressonância . Assim, ao pressionar a base do diapasão contra uma placa de som, como uma caixa de madeira, tampo de mesa ou ponte de um instrumento musical, este pequeno movimento, mas que está em uma alta pressão acústica (portanto, uma impedância acústica muito alta ), é parcialmente convertido em som audível no ar que envolve um movimento muito maior ( velocidade da partícula ) a uma pressão relativamente baixa (portanto, baixa impedância acústica). O tom de um diapasão também pode ser ouvido diretamente através da condução óssea , pressionando-se o diapasão contra o osso logo atrás da orelha, ou mesmo segurando a haste do diapasão entre os dentes, convenientemente deixando ambas as mãos livres. A condução óssea por meio de um diapasão é usada especificamente nos testes de Weber e Rinne para audição para contornar o ouvido médio . Se segurado ao ar livre, o som de um diapasão é muito fraco devido à incompatibilidade de impedância acústica entre o aço e o ar. Além disso, como as fracas ondas sonoras que emanam de cada ponta estão 180 ° defasadas , essas duas ondas opostas interferem , cancelando-se amplamente uma à outra. Assim, quando uma folha sólida é deslizada entre as pontas de um garfo vibratório, o volume aparente realmente aumenta , pois esse cancelamento é reduzido, assim como um alto-falante precisa de um defletor para irradiar com eficiência.

Os diapasões comerciais são afinados com a afinação correta na fábrica, e a afinação e a frequência em hertz estão estampadas neles. Eles podem ser reajustados com o material de lixa das pontas. Lixar as pontas dos dentes aumenta o arremesso, ao passo que lixar o interior da base dos dentes diminui.

Atualmente, o diapasão mais comum soa como A = 440 Hz , o tom de concerto padrão que muitas orquestras usam. Esse A é a altura da segunda corda do violino, a primeira corda da viola e uma oitava acima da primeira corda do violoncelo. As orquestras entre 1750 e 1820 usavam principalmente A = 423,5 Hz, embora houvesse muitos bifurcações e muitos tons ligeiramente diferentes. Estão disponíveis diapasões padrão que vibram em todas as afinações dentro da oitava central do piano e também em outras afinações.

O passo do diapasão varia ligeiramente com a temperatura, principalmente devido a uma ligeira diminuição no módulo de elasticidade do aço com o aumento da temperatura. Uma mudança na frequência de 48 partes por milhão por ° F (86 ppm por ° C) é típica para um diapasão de aço. A frequência diminui (torna-se plana ) com o aumento da temperatura. Os diapasões são fabricados para ter o passo correto em uma temperatura padrão. A temperatura padrão agora é 20 ° C (68 ° F), mas 15 ° C (59 ° F) é um padrão mais antigo. O tom de outros instrumentos também está sujeito a variações com a mudança de temperatura.

Cálculo de frequência

A frequência de um diapasão depende de suas dimensões e do que ele é feito:

Onde:

A proporção eu/UMA na equação acima pode ser reescrito como r 2/4se as pontas são cilíndricas com raio r , ea 2/12se os pinos tiverem seção transversal retangular de largura a ao longo da direção do movimento.

Usos

Os diapasões têm sido tradicionalmente usados ​​para afinar instrumentos musicais , embora os afinadores eletrônicos os tenham substituído em grande parte. Garfos pode ser accionado electricamente, colocando oscilador electrónico -Driven electromagnetos perto das pontas.

Em instrumentos musicais

Vários instrumentos musicais de teclado usam princípios semelhantes aos diapasões. O mais popular deles é o piano Rhodes , no qual martelos atingem dentes de metal que vibram no campo magnético de um captador , criando um sinal que impulsiona a amplificação elétrica. O dulcítono anterior, não amplificado , que usava diapasões diretamente, sofria de baixo volume.

Em relógios e relógios

Ressonador de cristal de quartzo de um moderno relógio de quartzo , em forma de diapasão. Vibra a 32.768 Hz, na faixa do ultrassom .
Um relógio Bulova Accutron da década de 1960, que usa um diapasão de aço (visível no centro) vibrando a 360 Hz.

O cristal de quartzo que serve como elemento de cronometragem nos modernos relógios de quartzo e relógios é na forma de um minúsculo diapasão. Geralmente vibra a uma frequência de 32.768 Hz na faixa ultrassônica (acima da faixa da audição humana). É feito para vibrar por pequenas tensões oscilantes aplicadas a eletrodos de metal chapeados na superfície do cristal por um circuito oscilador eletrônico . O quartzo é piezoelétrico , então a voltagem faz com que os dentes se dobrem rapidamente para a frente e para trás.

O Accutron , um relógio eletromecânico desenvolvido por Max Hetzel e fabricado pela Bulova no início de 1960, usava um diapasão de aço de 360 hertz como cronômetro, alimentado por eletroímãs acoplados a um circuito oscilador de transistor alimentado por bateria. O garfo forneceu maior precisão do que relógios convencionais de roda de balanço. O zumbido do diapasão era audível quando o relógio era colocado no ouvido.

Usos médicos e científicos

Oscilador de tubo de vácuo diapasão de 1 kHz usado pelo US National Bureau of Standards (agora NIST ) em 1927 como um padrão de frequência.

Alternativas para o padrão comum A = 440 incluem pitch filosófico ou científico com pitch padrão de C = 512. De acordo com Rayleigh , físicos e fabricantes de instrumentos acústicos usaram esse tom. O diapasão que John Shore deu a George Frideric Handel produz C = 512.

Diapasões, geralmente C512, são usados ​​por médicos para avaliar a audição de um paciente. Isso é mais comumente feito com dois exames chamados de teste de Weber e teste de Rinne , respectivamente. Os de frequência mais baixa, geralmente em C128, também são usados ​​para verificar a sensação de vibração como parte do exame do sistema nervoso periférico.

Os cirurgiões ortopédicos têm explorado o uso de um diapasão (frequência mais baixa C = 128) para avaliar lesões onde há suspeita de fratura óssea. Eles seguram a extremidade do garfo vibratório na pele acima da fratura suspeita, progressivamente mais perto da fratura suspeita. Se houver uma fratura, o periósteo do osso vibra e dispara nociceptores (receptores de dor), causando uma dor aguda local. Isso pode indicar uma fratura, que o médico encaminha para um raio-X médico. A dor aguda de uma entorse local pode dar um falso positivo. A prática estabelecida, no entanto, requer um raio-X de qualquer maneira, porque é melhor do que perder uma fratura real enquanto se pergunta se uma resposta significa uma entorse. Uma revisão sistemática publicada em 2014 no BMJ Open sugere que essa técnica não é confiável ou precisa o suficiente para uso clínico.

Os diapasões também desempenham um papel em várias práticas terapêuticas alternativas , como a sonopuntura e a terapia da polaridade .

Calibração de arma de radar

Uma arma de radar que mede a velocidade de carros ou uma bola em esportes geralmente é calibrada com um diapasão. Em vez da frequência, esses garfos são identificados com a velocidade de calibração e a banda do radar (por exemplo, banda X ou banda K) para a qual foram calibrados.

Em giroscópios

Diapasões duplos e tipo H são usados ​​para giroscópios de estrutura vibratória de nível tático e vários tipos de sistemas microeletromecânicos .

Sensores de Nível

O diapasão forma a parte sensora dos Sensores de nível de ponto vibratório Sensores de nível de ponto . O diapasão é mantido vibrando em sua frequência ressonante por um dispositivo piezoelétrico. Ao entrar em contato com sólidos, a amplitude de oscilação diminui, a mesma é utilizada como parâmetro de comutação para detecção de nível de ponto para sólidos. Para líquidos, a frequência ressonante do diapasão muda ao entrar em contato com os líquidos, a mudança na frequência é usada para detectar o nível.

Veja também

Referências

links externos