Zvuk

Zvuk
Jako energie
Zvuk je formou energie, která pochází z kmitání, například kytarových strun, lidských hlasivek nebo plátku v náústku saxofonu. Kmity vytvářejí v molekulách vzduchu vlny střídavě vysokého tlaku (zhuštění) a nízkého tlaku (zředění). Akustické vlny se šíří od zdroje všemi směry, a to v suchém vzduchu rychlostí 334 m/s. Šíří se i v jiných prostředích, např. ve vodě a v pevných látkách, a čím je prostředí hustší, tím se šíří rychleji. Pokud neexistuje medium, které by je mohlo přenášet, zvukové vlny se šířit nemohou. Vakuem se zvuk nepřenáší.
Stejně jako ostatní formy vlnového pohybu, má i zvuk vlnovou délku – vzdálenost mezi vrcholy následujících vln. Počet vln vzniklých za sekundu představuje frekvenci zvuku, která má hodnotu mezi 20 a 20 000 hertz (cyklů za sekundu), což je rozsah slyšitelný pro lidi. Frekvence čistého tónu udává jeho výšku. Amplituda zvukové vlny označuje odchylku od střední polohy a udává intenzitu zvuku.
Intenzita není totéž co hlasitost, protože ta závisí také na frekvenci zvuku. Hlasitost udává množství akustické energie, která prochází danou oblastí za 1 sekundu. Měří se v decibelech.

Vznik zvuku
Zvuk vzniká vibracemi - od hluku motoru a automobilu až pohvízdání průvanu skrze okno. Hudební nástroje tuto skutečnost využívají. V bicích nástrojích, jako je buben nebo činel, kmitá plastická kůže nebo tenká vrstva kovu a při úderu tak vzniká zvuk. V houslích a podobných strunných nástrojích zvuk vzniká udržováním kmitů strun smyčcem. Tělo houslí nebo kytary působí jako rezonátor, chvěje se se stejnou frekvencí, jako je základní tón vytvořený strunou, a tak jej zesiluje. Tvar těla zajišťuje, že nástroj rezonuje na většině frekvencí ve svém rozsahu.
Výška (frekvence) zvuku kmitající struny závisí na třech jejích vlastnostech – tloušťce, délce a mechanickém napětí. Struna, která je silná, dlouhá nebo povolená, vytváří nižší zvuk než struna, která je silná, tenká či napjatá. Vysoké tóny na kytaře nebo houslích se hrají na tenčích strunách. K dosažení ještě vyšších tónů stlačuje kytarista nebo houslista struny na hmatníku, a tak je zkracuje. Změna tónu s napětím je jasně patrná, když hráč strunný nástroj ladí tak, že zvyšuje nebo snižuje napětí strun.
Zvuk z flétny, trubky či jiného dechového nástroje pochází od kmitajícího sloupce vzduchu. Ve vzduchu vzniká „stojatá vlna“ se střídavými uzly (kde se vzduch nehýbe) a kmitnami (body největší výchylky). Vyšší tóny vznikají silnějším fouknutím, čímž vznikají stojaté vlny s větším počtem uzlů. Stejně tak může hráč odkrýt otvory nebo stlačit klapky, čímž vibrující vzduchový sloupec zkracuje.
Když zvukové vlny narazí na přepážku, odrazí se. Ve velmi velké místnosti či sále, např. v katedrále, se zvuk odráží od stěn a stropu. Důsledkem toho je dozvuk, kdy posluchač slyší tentýž zvuk v několika lehce oddělených okamžicích v závislosti na tom, jak daleko se zvuk při odrazech šířil. Koncertní sály jsou stavěné speciálně s použitím povrchů, které zvuk absorbují, aby tak dozvuk minimalizovaly a každý z posluchačů slyšel zvuk v témže okamžiku.
Pokud je odrážející povrch velký a vzdálenější než zhruba 30 m od zdroje zvuku, odraz je vnímán jako ozvěna. U malé překážky nebo na okraji budovy se akustické vlny pouze ohnou a tento proces se nazývá difrakce. Tento jev vysvětluje, jak se zvuk může šířit i za rohy. Směr šíření akustických vln se také mění, když přechází z jednoho prostředí do jiného s rozdílnou hustotou. Tento jev je známý jako refrakce nebo lom.