Zvuk a tón

Zvuk a tón
Zvukom označujeme v bežnej reči aj vo fyzike vlnenie hmotného prostredia, ak sa o jeho existencii môžeme presvedčiť sluchom. Hmotné prostredie v ktorom sa zvuk šíri je vodič. Vodičom môže byť vzduch, voda, drevo, kovy alebo akýkoľvek iný materiál. Faktom je, že jediné prostredie, ktorým sa zvuk nemôže šíriť, je vákuum. Zdroj zvukového vlnenia sa stručne nazýva zdroj zvuku. Zdrojom zvuku môže byť akékoľvek kmitajúce teleso (napr. struna, napnutá membrána, hlasivky)

Najdôležitejšou charakteristikou zvuku z hľadiska jeho šírenia je jeho rýchlosť, ktorá nie je konštantná ale je ovplyvnená druhom a teplotou hmotného prostredia. Rýchlosť zvuku vo vzduchu závisí od zloženia vzduchu, podielu nečistôt, vlhkosti ale najmä od jeho teploty. Rýchlosť zvuku vo vzduchu je možné vypočítať podľa vzťahu: v = 331,82 + 0,61t, kde t je teplota vzduchu. Rýchlosť zvuku nie je ovplyvnená tlakom vzduchu a je rovnaká pre všetky frekvencie.

Zvuky rozdeľujeme na hudobné, teda tóny a nehudobné. Nehudobným zvukom je každé nepravidelné vlnenie vodiča zvuku, bežne označované ako hluk. Naopak,  hudobné zvuky sú podmienené pravidelným, v čase periodicky prebiehajúcim pohybom hmotného prostredia. Pri ich počúvaní vzniká v uchu stály, a preto príjemný vnem, ktorý sa využíva v hudbe. Zdrojom hudobných zvukov môžu byť ľudské hlasivky, hudobné nástroje, prípadne reproduktory zvuku. Každý zvuk sa vyznačuje svojou intenzitou, hudobné zvuky aj výškou a zafarbením.
  
Výška tónu sa udáva absolútne alebo relatívne. Absolútna výška tónu, ako fyzikálna veličina je daná jeho frekvenciou. Absolútna výška komorného a je dohodnutá hodnota  440 Hz. Relatívna výška vyjadruje pomer medzi dvoma tónmi a je daná podielom ich frekvencií.

Farba tónu je tá vlastnosť tónu, podľa ktorej je možné rozoznať dva rovnako vysoké a silné tóny hrané na rôznych hudobných nástrojoch. Príčinou tejto rozdielnosti je prítomnosť vyšších harmonických, čiže alikvotných tónov. Tieto sú vydávané každým hudobným nástrojom,  vznikajú súčasne so základným tónom a zafarbujú ho. Nie je možné ich počuť samostatne, lebo nie sú dostatočne silné. Dôvodom ich vzniku je zložité a viacnásobné kmitanie zdroja zvuku. Čistý, jednoduchý tón bez harmonických tónov je možné vyprodukovať jedine elektronicky. Frekvencie vyšších harmonických tónov sú zo zásady celými násobkami základnej frekvencie.

Napríklad ak je hrané a1 (tj. komorné a) na 440 Hz, frekvencie vyšších harmonických tónov budú 880 Hz, 1320 Hz, 1760 Hz atď. Alikvotné tóny sú očíslované v poradí nárastu frekvencie. To znamená, že prvý harmonický tón je ten základný, druhý je dvojnásobkom, tretí trojnásobkom základne frekvencie. Čím je poradie alikvoty vyššie, tým sú harmonické tóny slabšie. Najvyššie alikvotné tóny dosahujú až hranicu počuteľnosti tj. 20 000 Hz. Množstvo harmonických tónov závisí od typu, tvaru, vypracovania ale predovšetkým od materiálu hudobného nástoja. Hudobné zvuky, v ktorých je mnoho harmonických tónov, vnímame ako plné. Tieto zvuky je možné vytvoriť napríklad zahraním nerozloženého akordu na hudobnom nástroji. Keď sú z alikvotných tónov silné len niektoré, zvuk sa stáva prenikavejším. Dutým sa javí zvuk, v ktorom sú zastúpené len harmonické tóny nižších frekvencií.
 
2.3 VZNIK TÓNOV V RÔZNYCH HUDOBNÝCH NÁSTROJOCH
Hudobné nástroje vo všeobecnosti rozdeľujeme podľa spôsobu tvorby tónu na strunozvučné, vzduchozvučné, blanozvučné, samozvučné a elektrické.

Strunozvučné hudobné nástroje, ako husle, kontrabas, gitara, harfa, cimbal alebo klavír, tvoria tón rozkmitaním jednej alebo viacerých strún.  Struny hudobného nástroja musia byť spojené s hudobnou skrinkou alebo doskou. Je to preto, lebo kmitajúca struna vyvoláva vo svojom okolí len vírivé, do seba uzavreté prúdenie vzduchu s malým kolísaním tlaku, ktoré nestačí na vyvolanie zvuku. Hudobná skrinka sa chveje pod vplyvom struny, pričom zvýrazňuje, zafarbuje a zosilňuje zvuk vydaný strunou. Výška tónu je určená dĺžkou struny, napätím v strune a jej hmotnosťou. Ak je struna kratšia, vlnenie ňou prechádza za kratší čas a výsledný zvuk je vyššej frekvencie. Výška tónu stúpa s rastúcim napätím struny. Body upevnenia strún sa nazývajú kmitne a farba tónu závisí od vzdialenosti miesta úderu od kmitne.

Blanozvučné hudobné nástroje (bubny, tympany, tamburína) vydávajú tóny na podobnom princípe ako strunozvučné nástroje, s tým rozdielom, že kmitá napnutá membrána a na jej rozozvučanie sa používajú paličky či kladivká. Tón sa zosilňuje v samotnej dutine nástroja, ktorá preberá funkciu rezonančnej skrine. U  väčšiny blanozvučných  nástrojov nie je možné regulovať frekvenciu vydaného tónu, avšak farba tónu je do určitej miery ovplyvniteľná.
 
Vznik tónu v elektrických hudobných nástrojoch je podmienený pôsobením elektrického prúdu. Ak kmitá celé teleso nástroja, zaraďujeme ho medzi samozvučné hudobné nástroje (gong, zvonkohra, triangel). Vzduchozvučné hudobné nástroje (klarinet, saxofón, flauta, akordeón, varhany, organ) umožňujú tvorbu tónu rozochvetím vzduchového stĺpca v nástroji. Vzduch v nástroji sa rozkmitá pomocou nátrubku, nárazovej hrany alebo tenkého kovového či plastového plátku. V stene nástroja bývajú vyvŕtané otvory, ktorých zakrývaním a odkrývaním sa mení výška tónov. Pri dychových nástrojoch sa často využívajú alikvotné tóny. Takzvaným "prefukovaním" je možné dosiahnuť, že alikvotný tón sa stane silnejším ako základný. Využitie alikvotných tónov zväčšuje rozsah dychových nástrojov až o 2-3 oktávy.