Стоячие волны различной природы (упругие, электромагнитные) проявляются во многих физических явлениях (например, колебания струн музыкальных инструментов, камертонов, колебания электрического тока в вибраторах антенн, голография).
Пусть плоская звуковая волна распространяется вдоль оси цилиндра, при этом один из краев цилиндра открыт, а другой закрыт поршнем. В столбе воздуха, ограниченном его стенками и поршнем в результате сложения падающей и отраженной от поршня волн образуется стоячая волна. Вследствие разности акустических сопротивлений поршня и воздуха на границе с поршнем всегда будет находиться узел стоячей волны. На открытом же конце цилиндра будет находиться пучность.
В этом случае в цилиндре буду устойчивыми лишь такие колебания, для которых на длине столба L укладывается нечетное число четвертей длин волн, т.е. выполняется условие:
(29)
где n - любое целое число, большее нуля.
Из этого условия можно выразить длину волны
, (30)
или частоту колебаний
υ . (31)
Возникающие колебания частотами, удовлетворяющими условию (31), называются собственными колебаниями системы. Колебания с наименьшей частотой υ0 называют основным тоном, а остальные, с частотами 3 , 5 , 7 , … - обертонами.
Если частота фиксирована, то устойчивых колебаний можно добиться, изменяя L путем перемещения поршня и добиваясь, таким образом, выполнения условия (29). Расстояние между двумя соседними положениями поршня, при которых возникают устойчивые колебания, равно . На эту величину отличаются и соответствующие длины столбов воздуха в трубе.