Fue desarrollado por el científico alemán Heinrich Rubens en 1905, y sirve para visualizar ondas estacionarias de sonidos. Consiste en un tubo con pequeñas perforaciones en la parte superior, en uno de sus extremos hay un ingreso de gas combustible, y el otro extremo está cerrado. En forma normal, el gas encendido producirá una hilera de llamas de igual altura. Ahora bien, cuando se realiza el cerramiento del tubo mediante una membrana elástica y se coloca un parlante que emite un sonido, la onda de sonido hace vibrar a la membrana y esta vibración se transmite hacia dentro del tubo, produciendo una onda estacionaria de presión en el gas a lo largo de todo el tubo. Esta onda estacionaria surge por la superposición de la onda de frecuencia fija emitida por el parlante y transmitida por la membrana, con la onda reflejada en el otro extremo del tubo, que tiene igual frecuencia y fase. Este fenómeno provoca que el gas salga por los orificios en mayor o menor cantidad de acuerdo a la presión particular que tenga en cada punto. Observaremos que las llamas reproducen la forma y longitud de la onda estacionaría de presión que se ha creado en el interior del tubo.
Veamos una descripción más detallada del fenómeno.
En el caso de que la perturbación de sonido emitida por el parlante sea de frecuencia constante, esta onda es reproducida por la membrana, atraviesa el interior del tubo y en el extremo cerrado opuesto comprime la capa de gas sobre la pared del tubo, por lo tanto, la presión puede aquí variar con su máxima amplitud. Este extremo cerrado es un antinodo de presión y un antinodo de desplazamiento, ya que las partículas de gas se encuentran imposibilitadas de moverse aquí. La onda de presión se refleja aquí sin cambiar de fase y tiene la superposición, o suma, de dos ondas: la que va desde la membrana y la que vuelve reflejada.
La onda estacionaria dentro del tubo creará puntos donde las oscilaciones de presión serán máximas (antinodos) y puntos donde serán nulas (nodos). En las regiones donde haya oscilaciones de presión debido a la onda estacionaria, más gas se escapará de los orificios en el tubo, y las llamas serán más altas en esos puntos. En los nodos las llamas serán menores.
Esto se traduce en un patrón de llamas de diferentes alturas que describen el contorno de la onda estacionaria dentro del tubo. En realidad, deberían ocurrir variaciones de la altura de las llamas en el tiempo, pero no son perceptibles debido a que a las frecuencias de sonidos audibles, la rapidez de cambio es tan grande que el gas no alcanza a mostrarlo.
Ahora bien, todo objeto hecho de un material elástico vibra cuando es perturbado y lo hace con sus frecuencias naturales propias, que en conjunto producen un sonido especial. Dicha frecuencia depende de factores tales como la elasticidad y la forma del objeto. Una perturbación externa, como la de la membrana, puede hacer vibrar al objeto en cualquier frecuencia, no necesariamente a la frecuencia natural, a esas se las llama vibraciones forzadas. Este es el caso del gas que vibra dentro del tubo por efecto de la vibración de la membrana. La respuesta del sistema a la vibración de la membrana dependerá de la relación entre la frecuencia externa aplicada y la natural del sistema. Si la frecuencia de la membrana coincide con una de las frecuencias naturales propias del tubo, las amplitudes de la onda estacionaria resultante serán mayores, ya que el tubo entra en lo que se denomina “resonancia”, y por ende las llamas serán más altas que para otras frecuencias a la misma intensidad del sonido, en este caso el patrón de ondas estacionarias se amplificará.
La frecuencia propia del tubo (Fn) está dada por la siguiente ecuación matemática:
Fn = v (2n+1)/4L con n = 0, 1, 2, 3, …. donde v la velocidad de la onda del sonido en el gas y L es la longitud del tubo.
Lo que observaremos es que a cualquier frecuencia tenemos el patrón de onda estacionaria en las llamas, pero a las frecuencias naturales propias del gas en el interior del tubo, tendremos un patrón amplificado.
