Apparato per la composizione e la comparazione delle vibrazioni col metodo delle fiamme manometriche di König


R. König, Parigi; 1864-1872 ca.; 28x17x76 cm la camera di distribuzione con le canne UT3 montate; 50x34x56 cm lo specchio ruotante; ghisa, ottone, acciaio, legno, vetro specchiato

Due canne d'organo che suonino la medesima nota, una accanto all'altra e in opposizione di fase, rendono un suono molto debole. Ciò si spiega col fatto che le loro vibrazioni, interferendo, neutralizzano quasi totalmente la nota fondamentale emessa da ciascuna. Fuori dall'unisono, il sistema dà luogo a battimenti. Per la prima visualizzazione di questi fenomeni di interferenza R. Koenig riunì in un solo apparato diverse invenzioni.

L'una consiste nello specchio ruotante: nel caso di fenomeni luminosi rapidamente variabili, basta osservarli riflessi in uno specchio oscillante o ruotante con asse e velocità opportuni, per poterli vedere suddividersi nelle varie fasi che li compongono ed eventualmente, se periodici, osservarne la frequenza.

C. Wheatstone (1802-1875), che realizzò per primo l'apparato, in un articolo del 1834 ne suggerì l'utilizzazione anche in campo acustico per l'osservazione della cosiddetta fiamma cantante. Una perturbazione nella fiamma di un gas che brucia dentro un tubo, come una microesplosione dovuta ad una combustione non perfetta, provoca un'onda di pressione nell'aria contenuta nel tubo, producendo un suono. Il suono diviene continuo quando l'energia ceduta all'onda sonora, la quale proviene dalla fiamma modulata in pressione dalle variazioni di pressione esterne dovute al suono nel tubo, è in un rapporto di fase tale da compensare quella persa.

R. Koenig invertì il processo, pensando di modulare la fiamma modulando direttamente il flusso di gas con la capsula manometrica, da lui realizzata e presentata nel 1862 all'Esposizione Universale di Londra. Essa è essenzialmente costituita da una cavità chiusa a metà da una membrana: quando l'aria vibra a causa di un suono, la membrana si sposta avanti e indietro modulando il flusso del gas combustibile in essa affluente e convogliato ad un becco. Sotto condizioni opportune, la membrana entra in vibrazione forzata.

La fiammella prodotta in questo modo subisce delle variazioni di lunghezza e luminosità le quali, quando vengano osservate riflesse in uno specchio ruotante su se stesso rispetto ad un asse parallelo alla fiamma, originano una traccia variamente seghettata. La traccia risulta inclinata in verso opposto alla rotazione dello specchio, a causa del moto verticale dell'estremità libera della fiamma che si compone con quello orizzontale provocato dalla rotazione dello specchio. La capsula, quindi, occupa il ruolo di trasduttore acustico-ottico. Allo specchio singolo utilizzato da Wheatstone, Koenig ne sostituì uno multiplo, con quattro specchi posti sulle facce di un parallelepipedo a base quadrata, per ottenere una continuità maggiore dell'immagine.

L'apparato per la visualizzazione del fenomeno dell'interferenza presente nel Museo, presentato nel 1864, si componeva originariamentedi 5 canne d'organo in legno, con una capsula manometrica posta nella zona di formazione del ventre della frequenza fondamentale, da innestare in coppia su una cassetta in legno, fissata su una base in ghisa, per la distribuzione dell'aria e del gas infiammabile provenienti da una soffieria e da una riserva di gas; due pomelli comandano le valvole di immissione dell'aria nelle canne. Comprende uno specchio ruotante e uno stativo con becchi per bruciare il gas. Bisogna notare che, per ottenere dalle due canne due suoni in opposizione di fase, l'aria che le alimenta deve provenire dalla medesima cassetta di distribuzione di modo che, quando la colonna d'aria nella prima canna si trovi ad avere un massimo di compressione nella zona dell'imboccatura, la corrente d'aria tenda ad entrare nel secondo tubo: questo fenomeno, alternandosi fra le due canne, genera l'opposizione di fase.

E' possibile inviare la risposta delle due capsule manometriche, appartenenti a canne d'organo in diversi rapporti di frequenza, sia a due distinte fiamme manometriche, sia alla stessa e osservare le tracce generate nello specchio ruotante: queste visualizzeranno le singole frequenze e la loro composizione, in modo analogo a quello col quale un oscilloscopio mostra i segnali inviati a due suoi canali visti singolarmente o sommati.

All'apparato conservato nel Museo rimangono lo specchio ruotante, 4 canne e la cassetta di distribuzione. Due tubi rendono la nota UT3=256 Hz e superiormente portano una finestrella a chiusura scorrevole che, variando la lunghezza della colonna d'aria, ne permette l'accordatura nei limiti di un semitono; gli altri due rendono la nota MI3=320 Hz e UT4=512 Hz e se ne può gradualmente chiudere la sommità, variando così la lunghezza d'onda, tramite una lamina di zinco (mancante). Portafiammelle e becchi sono mancanti, come anche una canna che dava la nota SOL3=384 Hz. La parte in legno della cassetta di distribuzione fu pazialmente ricostruita riutilizzando alcune parti originali.

(Daniele Rebuzzi)


Apparato di König	Specchio ruotante	Apparato di Wheatstone per l'osservazione della fiamma cantante


Traccia	Tracce generate dallo specchio ruotante	Visualizzazione delle frequenze