Ton, boja i visna tona. Izvori zvuka

Uho razlikuje tonove prema  osobinama. Postoje dvije vrste zvuka: prosti zvuk ili ton i složeni zvuk.

Čiste sinusne oscilacije osjećamo kao ton ili prost zvuk. Prost zvuk se ne može razložiti.

Grafički prikaz prostog zvuka

Složen zvuk je kombinacija više prostih zvukova pa se matematički može prikazati kao zbir više sinusnih vremenskih funkcija različitih amplituda i frekvencija

Grafički prikaz složenog zvuka

Kada se složen zvuk razloži na više prostih zvukova, tada se zvuk najniže frekvencije naziva osnovni ton ili osnovni (fundamentalni) harmonik, a ostali prosti zvukovi su viši harmonici. Na slici ispod razložili smo složeni ton.

Razlaganje složenog zvuka na proste

Frekventna karakteristika jednog  složenog zvuka bi izgledala ovako:

Osjećaj u našem uhu , koji zavisi od broja oscilacija u jedinici vremena koje proizvodi neki izvor zvuka, zove se VISINA TONA.Visina tona zavisi od frekvencije tj. od broja treptaja zvučnog izvora u sekundi. Ukoliko je frekvencija zvučnog izvora veća, ton je viši.

Pored visine tona, čulom sluha razlikujemo i boju tona. 

Razlika među tonovima jednake visine i jačine, koju uho primjećuje kada su oni proizvedeni različitim zvučnim izvorima ili na različite načine na istom zvučnom izvoru daju boju tonu.

Muzički tonovi su složeni tonovi. Osnovni ton prate viši harmonici. Od broja viših harmonika i njihove relativne jačine zavisi boja muzičkog tona.

Izvori zvuka

Izvor zvuka može biti svako tijelo koje osciluje frekvencijom u intervalu čujnosti čovječijeg uha. U praksi se, ipak koriste samo takvi izvori koji zadovoljavaju određene uslove. To su najčešće zategnuta žica, štapovi vazdušni stubovi, ploče (membrane), itd. 

Skoro svi muzički instrumenti mogu se svesti na jedan od gore navedenih tipova.

Osnovana karakteristika zvučnog izvora je sopstvena frekvencija i snaga koju može da emituje u okolni prostor. Da bi se povećala snaga zvučnog izvora koristi se efekt rezonancije. Izvor zvuka pri oscilovanju proizvodi stojeće mehaničke talase.

Opisat ćemo oscilovanje žice, šipke i vazdušnog stuba u cijevi .  Vidjećemo uslove nastajanja osnovnih i viših harmonika.

Relacije za dužinu i frekvenciju harmonika za žicu fiksiranu na oba kraja i za vazdušni stub zatvoren na oba kraja, n se uzima od 1,2,3.... za n=1 dobijemo frekvenciju osnovnog harmonika, za n=2 dobijemo frekvenciju prvog harmonika...

Relacije za dužinu i frekvenciju harmonikaza  žicu fiksiranu na jednom kraju i vazdušnog stuba zatvorenog na jednom kraju, n se uzima od 0,1,2,3,... Za n=0 dobijemo frekvenciju osnovnog harmonika, za n=1 dobijemo frekvenciju prvog harmonika....

Vizualizacija oscilovanja žice fiksirane na oba kraja.

 

Oscilovanje vazdušnog stuba

  Oscilovanje šipke