TubeLabLight è un laboratorio virtuale sui tubi sonori: per una canna, uno strumento a fiato o il tratto vocale calcola le risonanze, l'impedenza acustica e il suono che il tubo produce. Qui sotto trovi una breve guida all'uso dell'app e, in fondo alla pagina, l'elenco dei percorsi guidati: brevi esperimenti sui progetti già pronti (canne, strumenti a fiato, voce), ciascuno collegato alle pagine del sito che spiegano la fisica che si osserva. Puoi seguire i percorsi in qualunque ordine, ma ti consigliamo di cominciare dalle canne cilindriche.

Nelle guide i comandi dell'app sono riportati in grassetto, come compaiono sullo schermo.

Come si usa TubeLabLight

Lo schermo

Apri TubeLabLight (si apre in una nuova scheda). A sinistra ci sono i comandi, a destra i risultati:

• Esperimento: il menu Progetto, con i progetti già pronti divisi in canne, strumenti e voce;
• Forma del tubo: il disegno del profilo del tubo visto in sezione. L'imboccatura (dove soffia il musicista, o dove si trovano le corde vocali) è a sinistra, l'uscita (la campana, o le labbra) è a destra;
• Imboccatura: aperta o chiusa (per la voce, il cursore Altezza della voce);
• Aria e pareti: temperatura dell'aria e tipo di pareti;
• Risonanze del tubo: il grafico dell'impedenza, con i comandi per la griglia, il riferimento e l'ascolto;
• Modi di risonanza: la tabella dei modi;
• per la voce, Il triangolo vocalico.

Una riga di stato, in fondo, riassume il risultato dell'ultimo calcolo: la fondamentale con la nota corrispondente, la lunghezza del tubo e la velocità del suono.

Primo esperimento in cinque passi

1. Scegli un progetto. Dal menu Progetto scegli ad esempio Flauto. L'app disegna il profilo e calcola subito le risonanze: non c'è un pulsante "calcola", ogni modifica viene ricalcolata da sola dopo un istante.
2. Leggi il grafico. La curva verde è l'impedenza d'ingresso del tubo in funzione della frequenza: dice quanto il tubo "si oppone" a un flusso d'aria oscillante che entra dall'imboccatura. I pallini arancioni segnano i modi di risonanza: sono le frequenze alle quali il tubo vibra volentieri e che lo strumento può suonare. Sotto il grafico una riga dice se i modi formano una serie armonica (completa o di soli multipli dispari) e un'altra dà la fondamentale della canna ideale con la stessa lunghezza, calcolata con la formula semplice (c/2L o c/4L).
3. Leggi la tabella dei modi. Per ogni modo (M1, M2, ...) la tabella dà la frequenza in hertz, la nota più vicina, il rapporto con la fondamentale (×f₁) e il fattore di qualità Q: più Q è alto, più la risonanza è stretta e meno energia si perde per attrito sulle pareti e per irraggiamento. Le colonne vicino a e scarto dicono a quale multiplo della fondamentale è più vicino il modo e di quanti centesimi di semitono se ne discosta.
4. Guarda la forma del modo. Clicca su un pallino del grafico o su una riga della tabella: nel disegno del tubo compare in blu l'ampiezza della pressione sonora lungo il tubo per quel modo. Dove la curva va a zero c'è un nodo di pressione, dove è massima un ventre. Confrontala con le onde stazionarie di una corda. Clicca di nuovo sullo stesso modo per togliere la curva.
5. Ascolta. Premi ▶ Ascolta: l'app sintetizza il suono del tubo sulla fondamentale, con il timbro dato dalle sue risonanze. Il cursore Volume regola il volume; premi ■ Ferma per fermare il suono.

Modificare il tubo

• Trascina un punto del profilo con il mouse per cambiare il raggio in quel punto; i punti intermedi si possono spostare anche lungo il tubo. Passando con il mouse su un punto ne leggi la posizione x e il raggio r in millimetri.
• Con il tasto destro, nella metà superiore del disegno, aggiungi un punto (cliccando in una zona vuota) o lo togli (cliccando su un punto esistente).
• I pulsanti −5% e +5% accanto a Lunghezza accorciano o allungano tutto il tubo del 5%; quelli accanto a Larghezza lo restringono o lo allargano.
• Annulla e Ripristina annullano e ripristinano le modifiche; 1:1 mostra il tubo nelle sue vere proporzioni (di solito il disegno è molto "allargato" per vedere meglio il profilo).
• Per alcuni progetti, sopra il disegno, ci sono pulsanti che cambiano il profilo con un clic: Togli la campana, Rendi cilindrico, Stringi le labbra. Premendo di nuovo lo stesso pulsante si torna al profilo di prima.
• Il progetto Cono completo ha invece dei cursori per la lunghezza e per i raggi all'imboccatura e all'uscita.
• Per ripartire da capo basta scegliere di nuovo il progetto dal menu Progetto.

I comandi

• Imboccatura stabilisce come si comporta l'estremità sinistra del tubo:
  • aperta (come nel flauto): il getto d'aria colpisce uno spigolo e l'imboccatura resta aperta;
  • chiusa (ancia o labbra): l'imboccatura è chiusa dall'ancia (come nel clarinetto e nell'oboe) o dalle labbra (come nella tromba e nel didgeridoo);
  • per la voce il tubo è il tratto vocale, eccitato dalle corde vocali; il cursore Altezza della voce sceglie la frequenza della voce tra 90 e 250 Hz.
• Pareti cambia l'attrito sulle pareti: lisce (metallo), ruvide (legno) o ideali (senza attrito). Per la voce le pareti sono sempre quelle del tratto vocale.
• Temperatura: la velocità del suono nell'aria, e quindi tutte le frequenze, cresce con la temperatura. Il valore iniziale, 28 °C, è la temperatura tipica dell'aria dentro uno strumento suonato.
• Griglia disegna sul grafico delle linee verticali ai multipli della fondamentale (tutti o solo quelli dispari): se i pallini cadono sulle linee, i modi formano quella serie.
• Fissa come riferimento congela la curva, i modi e il profilo attuali: dopo una modifica il riferimento resta tratteggiato nel grafico e nel disegno, e la tabella mostra di quanto si è spostato ogni modo. Togli il riferimento lo cancella.

Due avvertenze

• I nomi delle note. L'app usa la stessa notazione di questo sito, in cui il La a 440 Hz è il La₃ e il Do a 262 Hz è il Do₃. I numeri come "+21¢" indicano di quanti centesimi di semitono la frequenza è sopra (+) o sotto (−) la nota indicata.
• Che cosa non c'è nel modello. TubeLabLight simula tubi lisci, senza fori laterali: per gli strumenti con i fori (flauto, clarinetto, oboe) il risultato corrisponde alla nota con tutti i fori chiusi. Inoltre non simula l'ancia, le labbra o il getto d'aria in sé: calcola le risonanze del tubo e ne ricava un suono plausibile.

Percorsi guidati

1. Canne cilindriche: canna aperta e chiusa, lunghezza, larghezza, temperatura e pareti.
2. Clarinetto e oboe: canna cilindrica e canna conica, a che cosa serve la campana.
3. Ottoni e didgeridoo: come l'allargamento del tubo sposta le risonanze.
4. La voce: le formanti delle vocali italiane, la lunghezza del tratto vocale e le labbra.