Zvuk

 Zvuk je longitudinalni talas koji se prostire kroz vazduh brzinom od 343 m/s, a čije se frekvencije protežu od 20 Hz do 20 kHz. 

Visina i boja tona

A kako nastaje zvuk? Telo koje vibrira deluje na molekule vazduha koji ga okružuje, pa se vibracije tela prenose na vazduh, kroz koji se dalje prostiru u vidu talasa. Međutim, ne čujemo baš svaki longitudinalni talas koji se prostire kroz vazduh.

Ukoliko je frekvencija talasa manja od 20 Hz nazivamo ga infrazvuk, a ukoliko je veća od 20 kHz – ultrazvuk. Infrazvuk ljudsko uho ne može da čuje, ali on još uvek može da deluje na ljudsko telo kao spoljašnja prinudna sila koja izaziva nelagodu. Urbane sredine obiluju izvorima infrazvuka (saobraćaj i strukturna buka u zgradama). Ultrazvuk mogu da čuju mnoge životinje (psi čuju ultrazvuk do 100 kHz). Neke životinje, kao na primer slepi miš, koriste ultrazvuk kao instrument ekolokacije. Emituju ultrazvuk u okolinu, a zatim hvataju njegov eho, na osnovu čega određuju položaj i kretanje objekata u okolini. Na bazi ovog principa radi i instrument za eholokaciju ljudske proizvodnje, koji se naziva sonar.

Svaki prirodni izvor zvuka proizvodi istovremeno mnoštvo talasa, koji se mešaju u jedan jedinstveni – složeni talas. Ukoliko su nastali talasi proizvoljnih frekvencija, princip superpozicije talasa će dovesti do njihovog uzajamnog poništavanja i to veoma brzo. Ovakav zvuk ne može se otpevati ili odsvirati, a naziva se šum. Ukoliko su sve čujne frekvencije ravnopravno zastupljene u zvuku, nazivamo ga beli šum.

U nekim telima, zbog njihovog oblika, konstrukcije i materijala od kojih su napravljeni, postoje uslovi za formiranje stojećih talasa. Ovi talasi traju mnogo duže i imaju neku uređenu strukturu. Takav zvuk nazivamo ton, a možemo ga odsvirati ili otpevati.  Strukturu tona čine osnovna frekvencija i njeni celobrojni umnošci, koji se nazivaju viši harmonici (alikvote). 

Osnovnu frekvenciju ljudsko uho doživljava kao visinu tona. Što je osnovna frekvecija tona veća čujemo viši ton (soprani), a što je osnovna frekvencija tona manja čujemo dublji ton (basovi). Ako čujemo dva tona, gde je frekvencija jednog dva puta veća od frekvencije drugog tona, muzički gledano čujemo isti ton, ali za oktavu viši.

Muzički interval oktava je razmak između dva tona, čije frekvencije se nalaze u odnosu 1:2. Sva muzička notacija bazira se na oktavama i  12 osnovnih tonova u okviru svake oktave, a svaki od tih tonova je definisan svojom osnovnom frekvencijom.

Boja tona je određena odnosom intenziteta viših harmonika. Tako na primer ton čija je osnovna frekvencija 100 Hz sadrži i frekvencije: 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz … Intenziteti ovih dodatnih frekvencija zavise od izvora tona, odnosno instrumenta. Svaki instrument ima karakterističan odnos viših harmonika, na osnovu čega i razlikujemo pojedine instrumente.