Czym jest dźwięk, jak powstaje i jego cechy.

Najprostszym unaocznieniem zjawiska jest przykład struny. Jeśli strunę osadzimy w punktach A i B i naprężymy, możemy ją wprawić w drgania.

I jeślibyśmy te drgania nagrali w zwolnionym tempie,  ujrzelibyśmy że struna się wychyla.

Podstawowym drganiem będzie wychylenie się struny w jednym kierunku, potem w drugim, aż do wygaśnięcia drgania.

Jeżeli ruch drgający jednego z punktów ciała przedstawimy w postaci wykresu w ten sposób, że na prostej oznaczymy czas potrzebny do wychylenia się punktu w obie strony i do powrotu do punktu wyjściowego, otrzymamy linię krzywą, tzw. sinusoidę.

Każdy punkt tej sinusoidy określa chwilowe położenie drgającego punktu.

Największe wychylenie drgającego punktu, oznaczone symbolem a, nazywamy amplitudą drgania: wychylenie w jednym kierunku jest połową amplitudy, natomiast wychylenie w obu kierunkach tworzy jedno pełne drganie. Czas potrzebny do wykonania jednego pełnego drgania nazywamy okresem.

Drgania przedstawione na zdjęciach powyżej udzielają się w powietrzu i wytwarzają w nim fale, polegające na rytmicznym zagęszczaniu i rozrzedzaniu cząstek powietrza.

Fale te dochodzą do błony bębenkowej ucha, która pobudzona do takich samych drgań, jakie miało źródło dźwięku, przekazuje ja za pomocą systemu kosteczek i innych urządzeń aparatu słuchowego ucha do ośrodka słuchowego w mózgu.

Szybkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzu w temperaturze 0 stopni Celsjusza wynosi około 330 m/s.

W temperaturze 18 stopni Celsjusza szybkość wzrasta do 340 m/s. Fale głosowe w spokojnym powietrzu i w wolnej przestrzeni rozchodzą się jednakowo we wszystkich kierunkach jednostajnie: tworzą wiec warstwy kuliste.

Czym jest dźwięk, jak powstaje i jego cechy. Sale prob. Sale prob Wroclaw. Sala prób Wrocław. Salka muzyczna Wrocław.

Na powyższych zdjęciach zapoznaliśmy się z najprostszym przykładem drgań, które w praktyce występują bardzo rzadko.

Drgania takie charakteryzuje podstawowe zjawisko dźwiękowe, zwane tonem podstawowym.

Czystym tonem jest również dźwięk widełek strojowych w końcowym okresie wybrzmiewania.

Najczęściej mamy do czynienia w przyrodzie z drganiami złożonymi, które powstają, gdy ciało wykonuje równocześnie kilka ruchów drgających.

Bazując na strunie, przedstawimy możliwe jej drgania.

Nie jdnak nie stoi na przeszkodzie, aby struna wytrącona z równowagi drgała jednocześnie dzieląc się na dwie, trzy lub cztery części.

Każde z tych drgań wykonywane jest przez strunę jednocześnie i niezależnie, ale każde posiada inną częstotliwość.

Ponieważ częstotliwość drgań struny jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali, jaka się na niej tworzy, łatwo się przekonać, że opisane drgania będą wykonywane z częstotliwościami coraz większymi, w stosunku 1 do 2 do 3 do 4.

Taki szereg częstotliwości nosi nazwę szeregu harmonicznego.  

Na przykład jeśli jest to struna a, to jej najniższa częstotliwość drgań (pierwsza rycina po lewej, powyżej) wynosi 440 drgań na sekundę.

Następna z kolei częstotliwość będzie wynosić 440 x 2= 880, trzecia 440 x 3=1320, czwarta 400 x 4=1760.

Te drgania składowe określają częstotliwość tonów, z których składa się dźwięk.

Tony składowe o częstotliwościach tak uporządkowanych noszą nazwy alikwotów, z wyjątkiem pierwszego, który zwany jest tonem podstawowym a jego częstotliwość określa wysokość dźwięku.

Między kolejnymi alikwotami istnieją różne interwały, wynikające ze stosunku częstotliwości ich drgań.

Czym jest dźwięk, jak powstaje i jego cechy. Sale prob. Sale prob Wroclaw. Sala prób Wrocław. Salka muzyczna Wrocław.

Liczba drgań wykonanych przez ciała drgające w ciągu sekundy zależy od rodzaju materiału, z jakiego są wykonane, i od ich wymiarów fizycznych.

Struna lub płytka krótka i cienka (struny w skrzypcach, górne struny fortepianu, dzwonki) wykonuje tysiące drgań na sekundę i wydaje dźwięk wysoki: natomiast struna lub płytka gruba i długa (struna kontrabasu, basowe struny fortepianu) wykazuje kilkadziesiąt drgań na sekundę, wydając dźwięk niski.

Wysokość dźwięku zależna jest od ilości drgań na sekundę: im większa częstotliwość drgań, tym wyższy dźwięk, i przeciwnie, im mniejsza częstotliwość drgań, tym dźwięk jest niższy. 

Dla przykładu podajemy ilość drgań na sekundę wszystkich dźwięków a na fortepianie, strojonych według obowiązującego obecnie stroju a razkreślne = 440 drgań na sekundę.

Czym jest dźwięk, jak powstaje i jego cechy. Sale prob. Sale prob Wroclaw. Sala prób Wrocław.

Na powyższym przykładzie widzimy, iż kolejne dźwięki posiadają częstotliwość pozostającą w stosunku 1 do 2. Taki stosunek częstotliwości drgań odpowiada różnicy wysokości, którą nazywamy oktawą. 

Różnica wysokości dwóch dźwięków ogólnie nazwana jest interwałem. Określony interwał odpowiada zawsze odpowiada zawsze określonemu stosunkowi częstotliwości, dla przykładu 2:1 - oktawa, 3:2 - kwinta.

Do niedawna obowiązywał tzw. strój paryski, w którym dźwięk a razkreślne nieco niższą częstotliwość drgań, a mianowicie a razkreślne = 435 drgań na sekundę. 

Na mocy międzynarodowego porozumienia z 1939 przyjęto powszechnie jako ogólnie obowiązujący strój 440 drgań na sekundę.

W muzyce głównie używa się dźwięków od C=16 drgań na sekundę do c pięćkreślne=4186 drgań na sekundę.

Głośność dźwięku zależy od amplitudy drgania.

Na głośność dźwięku wpływa również w znacznym stopniu wielkość powierzchni drgającego ciała, np. drgania struny skrzypiec słyszalne byłyby o wiele słabiej, gdyby do jej drgań nie dołączałyby się drgania pudła rezonansowego.

Czas trwania dźwięku zależy od czasu, w jakim drga ciało; z chwilą gdy ciało przestaje drgać, gdy drgania zanikają, zanika również i dźwięk.

Czas trwania dźwięku przedłuża się pozornie, gdy dźwięk zostanie zagrany w dużym pomieszczeniu o ścianach odbijających falę dźwiękową.

Fala pogłosowa odbija się wówczas wielokrotnie od ścian, tworząc tzw. zjawisko pogłosu.

Czym jest dźwięk, jak powstaje i jego cechy. Sale prob. Sale prob Wroclaw. Sala prób Wrocław. Salka muzyczna Wrocław.

Porównując dwa dźwięki wydobyte z różnych instrumentów, np. ze skrzypiec i klarnetu, stwierdzamy, że nawet jeśli mają tą samą wysokość i głośność, różnią się między sobą wyraźnie.

Cecha, która je różni, to właśnie barwa dźwięku.

Barwa dźwięku zależy od ilości i natężenia zawartych w niej tonów składowych (alikwotów, harmonicznych).

Czym jest dźwięk, jak powstaje i jego cechy. Sale prob. Sale prob Wroclaw. Sala prób Wrocław. Salka muzyczna Wrocław.