SOUND

Zvok je longitudinalno valovanje, ki za razširjanje potrebuje sredstvo. Zvok povzroči v sredstvu mesta z nekoliko večjo gostoto, ki jim sledijo mesta z nekoliko manjšo gostoto. Zgoščine in razredčine potujejo po snovi z zvočno hitrostjo.

Amplituda

Amplituda valovanja je največji odmik delcev snovi, po kateri se zvok širi, iz ravnovesne lege. Pri zvoku kot longitudinalnem valovanju je pomemben podatek tudi razlika v tlaku med zgoščino in razredčino, saj je od nje odvisna energija zvoka.

Za hitrost, frekvenco in valovno dolžino valovanja velja enostavna enačba

 

Valovne lastnosti zvoka

Odboj, uklon in interferenca so lastnosti zvoka, ki potrjujejo njegovo valovno naravo.

 

Odboj

Odboj se pojavi, če zvok naleti na oviro in se od nje odbije; na primer odmev v gorah.

 

Uklon

Uklon valovanja je širjenje v geometrijsko senco za oviro. Zvok slišimo, tudi če izvora zvoka neposredno ne vidimo.

 

Interferenca

Interferenca se pojavi, če imamo dva ali več izvorov zvoka. Zaradi valovne dolžine in narave zvoka ni nujno, da se jakost zvoka povsod poveča. Če se srečata zgoščina iz enega vira in razredčina iz drugega, zvok na tem mestu dejansko oslabi.

 

Kakšen je zvok?

Zvok slišimo, ko zvočno valovanje v zraku prispe v uho. Tu se pretvori v električne impulze, ki jih možgani predelajo v čutni signal. Številne lastnosti zvoka, kot ga slišimo, so neposredno odvisne od lastnosti vpadnega zvočnega valovanja.

 

Lastnosti zvoka

 

Jakost zvoka

Jakost zvoka je določena kot količina zvočne energije, ki v časovni enoti pade na neko ploskev. Je neposredno povezana s tlačno razliko med zgoščinami in razredčinami. Večja kot je tlačna razlika, več energije vsebuje zvočno valovanje.

 

Višina zvoka

Višina zvoka je sorazmerna frekvenci valovanja. Višja kot je frekvenca, višji zvok slišimo. V glasbi je osnovno merilo za višino oktava. Za eno oktavo višji ton pomeni dvakrat višjo frekvenco.

 

Barva zvoka

Različna glasbila pri enaki višini oddajajo povsem drugačen zvok, ki je lasten posameznemu instrumentu. To lastnost imenujemo barva zvoka. Poleg osnovnega tona so v zvoku glasbila prisotni tudi alikvotni toni. Barva zvoka je odvisna od tega, kateri alikvotni toni so vsebovani v zvoku in kakšna je njihova jakost.

 

Trajanje

Zvoki v naravi lahko trajajo zgolj trenutek ali pa zelo dolgo. Večina zvokov se s časom spreminja, nekateri pa se s časom ponovijo (periodičnost). Trajanje zvokov je zelo pomembno v glasbi, saj dolžina tonov določa ritem.

 

Oblike zvoka

Ogromno množico vseh zvokov je skoraj nemogoče razvrstiti v razrede, ob upoštevanju zgornjih lastnosti pa lahko ločimo nekaj osnovnih oblik: ton, zven, šum, pok in ropot.

Ton je najbolj enostavna in osnovna oblika zvoka.

Zven vsebuje višja harmonska nihanja oz. alikvotne tone.

Šum nima določene višine.

Pok ima podobne lastnosti kot šum.

Ropot je kombinacija šuma in pokov.

 

Analiza zvoka

Časovni potek zvočnega valovanja je mogoče tudi upodobiti. Narišemo lahko recimo odmik posameznih delcev v zraku, nihanje bobniča v ušesu, ko nanj pade zvok, ali vibracije membrane zvočnika, ki oddaja glasbo. Časovni potek sicer pove nekaj o zvoku, vendar pa človeško oko iz njega ne more izluščiti bistvenih informacij.

Veliko več podatkov dobimo, če časovni signal obdelamo, tako da prikazuje vsebnost posameznih frekvenc. V pomoč nam je teorem, poimenovan po francoskem matematiku Fourieru, ki pravi, da lahko vsak časovno omejeni signal pretvorimo v vsoto ponavljajočih se signalov točno določene frekvence. Po frekvenčni analizi dobimo tako imenovani spekter zvoka, ki pokaže, katere frekvence in v kakšni meri so zastopane v zvoku.

Čisti ton se v spektru pokaže kot ozka črta pri določeni frekvenci, zven je sestavljen iz več takšnih črt pri določeni frekvencah, barva zvena pa je odvisna od relativne intenzitete posameznih frekvenc. Šum in pok vsebujeta vse možne frekvence (zvezni spekter) in spekter ne ponuja dodatnih podatkov o zvoku.

 

Frekvenčna analiza zvoka

Frekvenčna analiza bolj nazorno prikazuje zvok kot njegov časovni potek. V vsakem trenutku pokaže, iz katerih frekvenc je zvok sestavljen.

 

Od kod prihaja zvok

Zvok je povsod okrog nas. Vsako gibanje v naravi povzroči premikanje molekul zraka in je vir določenega zvoka. Množice vseh zvokov se pogosto sploh ne zavedamo in v popolni tišini (gluha soba) občutimo nelagodje.

 

Vrste zvoka

Čiste naravne zvoke je danes mogoče slišati le v neokrnjenih predelih, daleč od civilizacije. Vse drugo je posledica tehnološkega razvoja v zadnjih stoletjih. Večina naravnih zvokov je človeku prijazna, nekateri pa vzbujajo nelagodje in strah.

 

Zvoki narave

Večina zvokov v naravi, kot so zvok vetra, valov, tekoče vode, dežnih kapelj ni biološkega izvora.

 

Zvoki biološkega izvora

Večina živih bitij, vključno s človekom, se oglaša na tipičen način.

 

Zvoki tehnologije

V gosto poseljenem svetu je glavnina zvokov posledica naprav, ki jih je izdelal človek.

 

Glasba in glasbila

Že v davni preteklosti je človek ugotovil, da določeni zvoki ali njihovo zaporedje vzbudijo prijetne občutke in tako je nastala glasba. Prvotna glasbila so bila zelo primitivna, večinoma je šlo za udarjanje enega predmeta ob drugega.

 

Harmonije, akordi, lestvice

Razliko v višini dveh tonov ali zvenov imenujemo interval. Tri ali več tonov, ki zvenijo hkrati, imenujemo akord. Glasba je večinoma ustvarjena zato, da v človeku vzbudi prijetne občutke. Vendar izkušnje kažejo, da le določene kombinacije zvokov povzročijo ugodje, nekatere pa so lahko precej moteče. To vprašanje je postalo še posebej pomembno s pojavom večglasne in orkestralne glasbe.

Celotna analiza je precej zahtevna, saj je občutek, ki ga zazna človeško uho, močno pogojen z barvo zvoka in drugimi dejavniki, ko so akustične razmere, ozadje in podobno. Velja pa enostavno pravilo, ki ga je poznal že Pitagora v antični Grčiji.

Dva hkrati zveneča tona sta ušesu prijetna (v sozvočju ali harmoniji), če sta njuni osnovni frekvenci v razmerju, ki ga lahko zapišemo z dvema čim manjšima celima številoma.

Analiza nihanja strune ali stolpca zraka pokaže, da prvih šest alikvotnih tonov vsebuje tri najpomembnejša sozvočja.

 

Oktava

Človeško uho zaznava višino zvoka logaritmično. Občutek v spremembi višine zvoka je sorazmeren relativni spremembi frekvence. Povišanje frekvence zvoka od 1 do 2 kHz človeško uho torej zazna enako kot povišanje od 2 do 4 kHz.

Osnovno enoto za višino tona v glasbi predstavlja podvojitev frekvence in ta interval (razmik v višini tona) imenujemo oktava.

Dva tona ali zvoka, ki se razlikujeta za oktavo, sta v popolnem sozvočju. Kvinta je interval med tonoma, katerih frekvenci sta v razmerju 2:3. Tudi naslednja sozvočja imajo svoja imena, ki izhajajo iz sodobne glasbene lestvice (seksta, kvarta, terca…). Več hkrati zvenečih tonov imenujemo akord. Najpogostejši akord vsebuje poleg osnovnega tona še terco in kvinto.

 

Delitev oktave in lestvice

S pojavom glasbe je bilo treba poenotiti standarde glasbenih zapisov in višine tonov. Za standard v višini tona je pariška akademija leta 1858 določila frekvenco tona a1 v višini 440 Hz.

Številni instrumenti lahko proizvajajo le točno določene frekvence, kar pogojuje njihova zgradba (klavir, orgle, harfa, večina pihal ipd.). V praksi to pomeni potrebo po pravilu, kako razdeliti tone znotraj oktave, da bodo različni instrumenti zveneli ubrano.

Danes je v zahodnem svetu splošno uporabljena kromatska razdelitev oktave v dvanajst tonov. Med njimi so enaki intervali, imenovani poltoni. Dva poltona tvorita cel ton.

Iz teh sestavljamo lestvice, ki vsebujejo sedem glavnih tonov, osmi pa je za oktavo višji prvi tin. Pet intervalov med sosednjimi toni lestvice je enakih celemu tonu, dva pa obsegata le polton. Z osmimi toni lestvice lahko vnaprej uglašenih glasbilih precej natančno odigramo vsa najpomembnejša sozvočja. Danes se v praksi uporabljata durov in molov način, ki se razlikujeta po razporeditvi intervalov med toni.

 

Nekaj malega o akustiki

Akustika je veda, ki se ukvarja z vsemi vrstami mehanskih valovanj. Pomemben del akustike preučuje načine potovanja zvoka od izvira do poslušalca. Učinek je odvisen od občutljivosti človeškega ušesa, jakosti in vrste zvoka ter okolja v katerem se proces dogaja.

 

Akustika praznih in odprtih prostorov

 

Gluha soba

Gluha soba je prostor, ki je zvočno izoliran od okolice in v njem vlada popolna tišina. Takšnih razmer v običajnem življenju nismo vajeni, zato je občutek odsotnosti zvoka precej nenavaden. V gluhi sobi tudi ni nobenega odmeva, zato se zvok, ki nastane v njej, razlikuje od zvoka, nastalega v naravnem okolju.

 

Povsem prazen prostor

V povsem praznem prostoru (seveda potrebujemo zrak, da zvok sploh lahko potuje) se zvok od izvira širi enakomerno v vse strani. Ker se energija zvoka razporedi na celo površino, jakost zvoka z oddaljenostjo poslušalca od izvira pada. Drugi pomembni učinek je absorpcija zvoka v zraku, ki je odvisna od frekvence zvoka in lastnosti zraka (vlažnost, temperatura in tlak).

 

Odprt prostor

V realnem prostoru naleti zvok na različne ovire, ki preprečujejo njegovo normalno širjenje in zmanjšajo jakost, zato se pojavljajo dodatni učinki, kot so odboj, uklon in absorpcija. Zvok se razširja tudi po trdnih snoveh in doseže poslušalca po več neposrednih in posrednih poteh kot v praznem prostoru. Če upoštevamo še frekvenčno občutljivost človeškega ušesa, je natančna analiza zelo zahtevna in se razlikuje od primera do primera.

 

Akustika zaprtih prostorov

Številni zaprti prostori so namenjeni poslušanju glasbe ali govora, zato morajo biti pravilno zgrajeni, da omogočajo kakovosten prenos zvoka do poslušalcev. Načrtovalci morajo biti pozorni na čistost zvoka (primerno količino odmeva), njegovo jakost in kakovost.

 

Odmev ali reverberacija

Prostori so omejeni s stenami, tlemi in stropom in zvok se na vseh mejnih ploskvah odbija. Ob vsakem odboju se del zvoka odbije, preostanek pa se absorbira. Razmerje med absorbiranim zvokom in odbitim zvokom je zelo odvisno od snovi in od frekvence zvoka. Koeficient absorpcije pove, kolikšen del vpadnega zvoka se ob odboju absorbira v steni ob katero zadane. Preostanek zvoka ostane v prostoru in lahko neposredno doseže poslušalca ali doživi naslednji odboj.

Zvok prihaja do poslušalca v prostoru neposredno (direktno) od izvira in posredno po enem ali več odbojih. Odbiti zvok imenujemo odmev, ki direktni zvok lahko ojača, če prispe do poslušalca prej kot v 30 oz. 50 milisekundah. Ob daljšem časovnem zamiku slišimo ponovitev zvoka zaradi odboja kot samostojni zvok, ki direktnega zamaskira in celo spremeni njegovo sporočilnost. Ta pojav imenujemo jek.

V prostoru z merami 30m lahko zvok po 100 odbojih prepotuje do tri kilometre. Odmev v taki sobi se razvleče na skoraj 10 sekund, zaradi česar je prostor povsem neprimeren za poslušanje glasbe ali govora.

Težavo rešujemo predvsem z uporabo materialov, ki bolje absorbirajo zvok, precej pa k absorpciji prispeva tudi občinstvo. Za kakovost zvoka v prostoru je enako kot dolžina odmeva pomembno, da njegova jakost pada eksponentno. Takega odmeva človeško uho ne zazna kot motnjo.

 

Odmevni čas

Odmevni čas – osrednji akustični parameter prostora – je določen kot čas po katerem jakost odmeva v prostoru po izklopu zvočnega vira pade na milijoninko prvotne vrednosti ali za 60dB.

 

Jakost zvoka (zvočni tlak)

Vir zvoka ustvari v prostoru določeno raven jakosti, ki je odvisna od vira ter velikosti in akustičnih lastnosti prostora. V ravnovesju doda vir toliko zvočne energije, kot se je izgubi zaradi absorpcije.

Če ob nespremenjenem viru povečamo absorpcijo, se splošna raven jakosti zvoka zniža. Še posebej je to očitno, ko je prostor zaseden s poslušalci.

 

Kakovost zvoka

V večini primerov se višji toni bolj absorbirajo kot nižji. V običajnem prostoru po nekaj deset odbojih v odbitem zvoku ni več visokih frekvenc.

Pojav poslabša kakovost zvoka. Dolgi odmevni časi na primer kvarijo razumljivost govora. Samoglasniki vsebujejo veliko več energije, zato dlje časa vztrajajo v odmevu in zakrijejo soglasnike. Primer slabe akustike za govor je cerkev. Še bolj kritična je frekvenčno neenakomerna absorpcija v primeru glasbe. Bogat zven nekaterih glasbil predstavljajo predvsem višji alikvotni toni, ki so zato precej okrnjeni. Akustično neprimerna dvorana spremeni barvo zvoka glasbil in v njej lahko tudi najboljša Stradivarijeva violina zveni podobno kot violina slabše kakovosti.

Težavo rešujemo z uporabo materialov, ki čim bolj enakomerno absorbirajo nizke in visoke tone. Zelo primerne se pravilno izdelane lesene obloge, ki so prijazne do višjih frekvenc, zagotavljajo pa tudi nekaj absorpcije pri nizkih. H kakovosti zvoka pomembno prispeva tudi občinstvo, ki dobro absorbira vse frekvence.

 

Akustika glasbil

Akustika je zelo pomembna pri izdelavi in uporabi nekaterih glasbil. Struna je tanka in med nihanjem prenese v zrak malo energije. Številna glasbila s struno imajo zato še dodatni resonančni prostor. Ta je narejen tako, da zaniha skupaj s struno in poveča količino energije, ki se prenese v okolico.

To je še posebej očitno pri klavirju z velikim lesenim ohišjem. Zaradi njega ima klavir veliko močnejši zvok kot recimo harfa, pri kateri slišimo samo zvoke strune. Tudi godala in brenkala imajo resonator. Predvsem pri violini ima resonator še dodatno funkcijo, saj zvenu strune doda še več višjih alikvotnih tonov, ki prispevajo h kakovostnejšem zvoku. Nekatera trobila in pihala imajo trobljo, ki podobno kot pri starejših akustičnih gramofonih ojači zvok iz resonatorja.

 

Človek in zvok

Zvok je poleg svetlobe najpomembnejši medij za komunikacijo človeka z okoljem. V milijonih let evolucije so se razvili zelo zmogljivi organi za zaznavanje in ustvarjanje zvoka.

 

Zgradba ušesa

Človeško uho je sestavljeno iz treh delov – zunanjega, srednjega in notranjega ušesa. Srednje uho je povezano z zunanjim prek opne bobniča, notranje pa je od srednjega ločeno z ovalnim in okroglim okencem, ki sta prekrita z opno.

 

Mehanizem sluha

Mehanizem sluha je prenos informacije, ki poteka v več stopnjah. V vsaki od njih sodelujejo kot sredstvo za prenos informacije različne oblike energije. V zunanjem ušesu je to zvočno valovanje v zraku, ki se v srednjem ušesu pretvori v mehansko nihanje slušnih koščic. V notranjem ušesu nalogo prevzame tekočina v polžu, v kateri se pojavijo hidrostatične spremembe tlaka. Zadnja stopnja vključuje prenos električnega signala po živčnem sistemu do možganov, ki informacijo predelajo v čutni signal.

 

Občutljivost ušesa

Človek na splošno sliši frekvence med 1 Hz in 20 kHz. S starostjo se predvsem zgornja meja znižuje.

 

Meja slišnosti

Ko zvočno valovanje v zraku doseže uho, preda energijo bobniču, ki zaniha. Da se ta proces sproži je potrebna minimalna energija, ki jo imenujemo meja slišnosti. Zvoka pod spodnjo mejo jakosti uho sploh ne zazna. Občutljivost ušesa se močno spreminja s frekvenco zvoka. Najvišja je v območju med 2000 in 5000 Hz, kar sovpada z območjem, ki je najpomembnejše za razumevanje govora. V tem območju uho zazna tresljaje, katerih odmik je manjši od atomskega jedra in tlačne spremembe v velikosti ene bilijoninke atmosferskega tlaka.

 

Jakost zvoka

Nad pragom slišnosti uho logaritemsko zaznava tudi spremembe v jakosti zvoka, zato za merjenje v akustiki uporabljamo logaritemsko skalo z osnovno enoto decibel (dB). 1 dB pomeni približno 25% povečanje energije zvoka in je najmanjša sprememba v jakosti zvoka, ki jo uho lahko zazna. Zvokov enakih jakosti, vendar različnih frekvenc uho ne zaznava kot enako glasne. Glasnost zvoka je fiziološka količina in odraža frekvenčno občutljivost ušesa. Enota za glasnost je fon.

Z naraščanjem jakosti postaja zvok vse manj prijeten. Pri 120 do 130 decibelih se pojavi bolečina in tudi nevarnost občasnih ali trajnih poškodb ušesa. Energija zvoka pri tej jakosti je desetbilijonkrat večja kot na pragu slišnosti.

 

Energija zvoka, potrebna za dosego praga slišnosti

Zaradi različne občutljivosti ušesa potrebujemo za ustvarjanje slišnih nizkih tonov veliko več energije kot za višje tone. Zaradi tega so basovski zvočniki veliko večji in močnejši kot visokotonski. To pojasni tudi pogost pojav, da nizke tone zaznamo tudi preko drugih čutil kot tresljaj, ki se prenašajo preko tal ali sten.

Primeri jakosti zvoka nekaterih dejavnosti okolij:

Fiziološke osnove govora

Človeški glas nastaja v glasilkah, dveh majhnih opnah v zgornjem delu grla (žrela). Glasilki zanihata pod vplivom zraka, ki izhaja iz pljuč. Višino glasu je mogoče določati s spremembo napetosti v glasilkah, pri čemer je mogoč izjemno velik razpon glasu. Kot pri glasbilih je za ojačenje tako proizvedenega zvoka potreben resonator. Nalogo resonatorja opravljajo ustna in nosna votlina, do neke mere tudi lobanjske kosti. Moške glasilke so nekoliko večje od ženskih, zato je moški glas nižji. Govor in petje se artikulirata v ustni votlini s prilagajanjem jezika, ustnic in sten ustne votline.

 

Ultrazvok

Fizikalno gledano je ultrazvok povsem navaden zvok, le njegova frekvenca je tako visoka, da ga ljudje ne zaznavamo. Razmejitev med slišnim zvokom in ultrazvokom je zgornja meja občutljivosti človeškega ušesa, ki je pri frekvenci okrog 20 kHz.

Merjenje razdalj in zaznavanje z ultrazvokom

Ne glede na to ali ultrazvok uporabljajo živali ali človek, je princip delovanja enak. Kratek ultrazvočni signal oddamo v določeni smeri. Če naleti na oviro, se majhen del vrne kot odmev in senzor to zazna. Iz časa, ki preteče med oddajo signala in povratkom odmeva, lahko izračunamo oddaljenost. Metoda se najpogosteje uporablja pri podvodnih meritvah razdalj in zaznavanju objektov.

 

Ultrazvok v tehniki in tehnologiji

Ultrazvok se v industriji rutinsko uporablja za iskanje napak v različnih materialih, npr. kovinah, plastiki, lesu, betonu in kompozitih. Z ultrazvokom je mogoče zaznati razpoke v snovi, njeno debelino in nepravilnosti na spojih. Z ultrazvočnimi čistilci čistimo številne proizvode in naprav z dovolj močnim izvirom pa lahko dosežemo razgradnjo bioloških celic in tkiv. Ultrazvok je koristen pri predelavi tekočin in gošč, saj izboljša mešanje ter pospešuje nekatere reakcije. Ultrazvočni vlažilci ustvarjajo meglico iz zelo drobnih kapljic pri nizki temperaturi. Ultrazvok tudi omogoča varjenje nekaterih plastik.

 

Zvok in živali

Zvok je za živali pogosto še pomembnejši kot za človeka. Uporabljajo ga za medsebojno sporazumevanje, iskanje plena, izogibajo plenilcem in orientacijo.

 

Zaznavanje zvoka

Splošno pravilo pri živalih je, da so najbolj občutljive na tiste zvoke, ki so ključni za njihovo preživetje in razmnoževanje. Zaznavanje zvoka poteka pri sesalcih in ptičih podobno kot pri človeku, frekvenčni obseg in občutljivost pa se od vrste do vrste močno razlikujeta. Nekatere živali slišijo zvoke precej višjih frekvenc kot človek, druge (sloni) pa so občutljivejše na nižje frekvence.

Ribe in vodni sesalci imajo slušni organ prilagojen delovanju v vodi. Številni vodni sesalci uporabljajo ultrazvok za navigacijo in iskanje plena. Podobno velja za netopirje.

 

Oddajanje zvoka

Živali proizvajajo zvočne signale na veliko različnih načinov. Podobno kot človek proizvaja zvoke večina sesalcev, tudi ptičje petje je v osnovi podobnega izvora, nekatere vrste pa proizvajajo zvoke s krili. Kiti, delfini in netopirji so najbolj znani po raznoliki uporabi ultrazvoka, ki nastaja v nosni in ustni votlini. Plazilci uporabljajo različne načine, večina kač sika, klopotače pa tudi udarjajo z repom.

Najbolj raznovrstne načine za proizvajanje zvoka najdemo pri žuželkah. Osnovni mehanizem oglašanja škržatov (tudi metuljev in še koga) najlažje primerjamo s plastičnimi lončki ali steklenicami, ki se ob pritisku z glasnim pokom deformirajo, ko se zaradi elastičnosti zravnajo pa spet pride do poka. Pri škržatih sta na prvem zadkovem obroču na vsaki strani izbočeni membrani z elastičnimi rebrci. Močni mišici membrani upogneta in ob tem se rebrca sunkovito deformirajo, kar spremlja pok. Ko mišica popusti, se timbal spet zravna, ob čemer običajno znova nastane pok. V večini primerov delujeta desni in levi timbal metahrono, torej eden za drugim, zato je frekvenca pokov dvakrat višja kot pri sinhronem delovanju. Pod timbalom so veliki »trahealni« prostori, mehurji, ki služijo kot resonatorji.

Pri žuželkah so pogost vir zvoka stridulacijski organi, kjer se oster hitinski rob drgne ob vrsto zobcev na drugem delu telesa. Ti organi so lahko na krilih (muren), na nogah in robu kril (kobilice), na zadkovih obročkih in robu pokrovk (hrošči) in še marsikje. Tudi v teh primerih za ojačenje zvoka poskrbijo resonančni prostori, mehurji ali membrane.

Nekatere gosenice škrtajo s čeljustmi, druge iztiskajo zrak iz vzdušnic skozi dihalnice in pri tem piskajo, smrtoglavci se oglašajo tako, da iztiskajo zrak iz prebavil skozi rilček mimo nekakšnega jezička, ki se pri tem zatrese. Komarje zaznamo po zvoku njihovih kril in ta zvok ni le stranski produkt udarjanja s krili, ampak je pomemben tudi pri iskanju spolnih partnerjev.

Nekatere ribe se oglašajo tako, da sunkovito premikajo plavuti, druge s posebnimi mišicami drgnejo ob vzdušni mehur.

 

Akustična tehnika

Zapis zvoka v vidni obliki je zelo zahtevna naloga, saj zvok zaznamo z drugim čutilom. Za zapis govora so se že kmalu razvile pisave, za glasbo pa so iz roda v rod še dolgo ohranjali predvsem z ustnim izročilom.

 

Zvočni zapisi

Prvi zapisi glasbe segajo v 2. tisočletje pred našim štetjem. Stari Grki so glasbo zapisovali s posebnimi znaki in črkami abecede. Temelje sedanjega sistema z notnim črtovjem je v 11. stoletju postavil Gudio iz Arezza, ki je za zapis višine uporabil štiri črte. V srednjem veku so se v Evropi pojavile neume, ki so nakazovale predvsem potek melodije (razmik med sosednjima tonoma), ne pa ritma. Danes je v uporabi notni zapis s petimi notnimi črtami in različnimi znaki za trajanje posameznih tonov.

 

Glasbene skrinje

Glasbene skrinje so naprave za samodejno izvajanje glasbe. Poganjamo jih ročno ali preko vzmeti, ki jo je treba naviti. Vrtenje se prenaša na valj ali ploščo z majhnimi iglicami, ki sprožijo uglašene kovinske jezičke. Z menjavami plošč ali valjem lahko naprava odigra različne skladbe. Največje glasbene skrinje so bile velike kot kosi pohištva, najmanjše pa kot žepne ure.

 

Mehanski zapis zvoka

Mehanski zapis zvoka nastane tako, da se nihanje zraka prek opne pretvori v mehansko vibracijo, ki jo lahko prek igle zapišemo v primerno snov. Prvi tak primer je bil fonoavtograf, ki je vibracije zapisal na papir. Naprava ni omogočala reprodukcije, z digitalizacijo in računalniško obdelavo pa je zgodovinarjem to uspelo leta 2008.

 

Fonograf

Edisonov fonograf iz leta 1877 je prek igle, povezane z opno zapisal vibracije na valj, prevlečen s tanko kositrno folijo. Ob zapisu in reprodukciji se je igla gibala v smeri navzgor-navzdol. Z naslednjimi izboljšavami je ne preveč učinkovito folijo nadomestil valj z voščeno prevleko, zapis pa se je iz vertikalnega spremenil v horizontalni. Pri reprodukciji je igla drsela po zapisu na valju in tresljaje prenesla na opno, ki je ustvarila šibko zvočno valovanje, to pa se je s trobljo ojačalo do slišne jakosti.

 

Gramofon

Emile Berliner je leta 1887 patentiral napravo, imenovano gramofon, v kateri je valj nadomestila diskasta plošča z navpično osjo vrtenja. Zapis je potekal v spiralah od roba plošče proti njeni sredini, zaradi česar se je hitrost potovanja igle po sledi manjšala. To je bila slabost v primerjavi s fonografom, prednost pa je predstavljal enostavnejši postopek množične izdelave plošč in njihovo lažje shranjevanje. V začetku prejšnjega stoletja sta oba sistema obstajala vzporedno, leta 1929 pa je Edison proizvodnjo fonografov opustil. Gramofon je povsem prevladal in v tridesetih letih so se pojavile vinilne plošče, najprej namenjene studijski uporabi, široko dostopne pa so postale po koncu 2. svetovne vojne.

 

Elektrika in radio

Odkritju elektromagnetnega valovanja Hendricka Hertza je sledil hiter razvoj radijske tehnike. Prvi uspešen prikaz zmogljivosti brezžičnega prenosa informacij z elektromagnetnim valovanjem je delo Nikole Tesle, sistem telegrafije in radia pa je nadgradil Guglielmo Marconi.

 

Radijski prenos

V dvajsetih letih prejšnjega stoletja je bil radijski prenos že rutinska zadeva. Radijska tehnika je ponudila nov način pretvorbe zvoka in hranjenja zapisov. Poenostavljeno povedano deluje radio tako, da se zvočni signal pretvori v električni. Ta signal se v oddajniku primerno obdela in nato potuje v obliki radijskih valov, ki so vrsta elektromagnetnega valovanja, od oddajne do sprejemne antene. Prejeti signal se v radijskem sprejemniku znova pretvori v zvok. V začetnem obdobju so prenosi govora in glasbe pretežno potekali v živo.

 

Magnetni zapis

Gramofon še uporablja mehanski zapis zvoka, naslednji korak pa je bil neposredni zapis električnega signala v magnetni obliki.

Osnova je sredstvo, ki ga je mogoče namagnetiti. V prvih poskusih je bila to žica, kasneje pa je prevladal magnetni trak. Trak potuje s stalno hitrostjo mimo snemalne glave, v katero privedemo električni signal. Magnetni zapis je omogočil večjo gostoto zapisov, lažje kopiranje, višjo kvaliteto ponavljanja in montažo različnih zvokov. S pojavom magnetofona je snemanje zvoka postalo dostopno širšemu krogu uporabnikov.

 

Magnetofon

Prvo napravo za snemanje zvoka z žicami je ob koncu 19. stoletja izdelal danski inženir Valdemar Poulsen. Resnični razvoj magnetofonov, kot jih poznamo danes se je začel v Nemčiji. Fritz Pfleumer je leta 1928 izumil papirnat trak, prekrit s prahom železovega oksida in polakiran. Iz tega je tovarna BASF izdelala prvi magnetni trak in v sodelovanju s podjetjem AEG je leta 1935 nastal prvi uporabni magnetofon K1.

Zaradi vojne je novost ostala v mejah Nemčije, ki jo je uspešno uporabila tudi v vojaške namene. Zavezniki so slutili, da imajo Nemci napravo, ki snema in predvaja zvok bistveno višje kakovosti kot tedanji gramofoni. Napravo so našli proti koncu vojne in magnetofon se je hitro razširil po svetu.

Zaradi izjemne kakovosti zvoka, ko ga kmalu ni bilo mogoče ločiti od živega in številnih drugih prednosti, ki jih je nudil ustvarjalcem, je magnetofon kmalu postal standardna snemalna naprava v radijski produkciji ter glasbeni in filmski industriji. V široki porabi so še vedno prevladovale vinilne gramofonske plošče, čeprav so kolutni magnetofoni že omogočali snemanje.

 

Kasetnik

Phillips je že leta 1963 razvil standardne kasete (Compact Casssette). Po letu 1970 so se kasetofoni, ki so širšemu korgu uporabnikov poleg reprodukcije omogočali tudi snemanje, močno razširili in v začetku devetdesetih let je bila avdiokaseta prevladujoči format na glasbenem tržišču. Na voljo so bili kot samostojne naprave, v kombinaciji z radijskim sprejemnikom, kot komponente v glasbenih stolpih, kjer je bil dodan še gramofon in prirejeni za vgradnjo v avtomobile. Posebno popularnost je doživel prvi Sonyjev prenosni predvajalnik, imenovan Walkman. Večje prenosne naprave so vsebovale radijski sprejemnik in kasetnik.

 

Analogni in digitalni zapis

Vsi doslej predstavljeni načini zapisa zvoka so analogni, kar pomeni, da se shrani časovni potek določenega signala iz katerega je nato mogoče reproducirati originalni zvok. V vseh primernih je to mehansko nihanje opne v mikrofonu. Z razvojem računalništva se je pojavil nov način zapisa, ki je tudi v glasbeno industrijo prinesel pravo revolucijo. Analogni signal se v posebnem procesu pretvori v zaporedje številk, ki odražajo višino prvotnega signala (npr. električna napetost ob izhodu iz mikrofona).

Na medij se shrani zaporedje številk in ne več celoten potek signala. V računalniški tehnologiji se številke zapisujejo binarno, kar pomeni, da za zapis signala potrebujemo le dve vrednosti in ne več zvezne porazdelitve kot pri analognem zapisu. Digitalni zapis se je začel uporabljati že na magnetnih trakovih, uveljavil pa se je predvsem na trdih diskih v računalnikih in na računalniških disketah. V avdiotehnologijo je vstopil s pojavom zgoščenk.

 

Optični zapis in zgoščenke

Optični zapis je postal mogoč po odkritju majhnih in cenovno dostopnih diodnih laserjev. Tanek laserski žarek pade na odbojno plast zgoščenke, na kateri je digitalni zapis v obliki drobcenih vdolbin. Odbiti žarek prenese vzorec na površini v fotodiodo, ki signal zazna, nato pa se pretvori v analogno obliko, primerno za reprodukcijo.

Digitalni zapis omogoča veliko bolj kakovosten zapis in predvajanje glasbe, optični zapis je trajnejši in manj občutljiv na poškodbe, digitalna tehnologija pa prinese številne prednosti pri razmnoževanju zapisov, obdelavi signalov in odstranjevanju nepravilnosti. Veliko višja gostota podatkov zagotavlja, da je na 12 cm veliko zgoščenko mogoče posneti več glasbe kot na klasični LP. Za razliko od tega zapis na zgoščenki poteka od znotraj navzven, hitrost vrtenja pa se prilagaja radialnem položaju bralne glave, tako da je hitrost odčitavanja podatkov konstantna.

 

Računalniki in digitalni predvajalniki

Že kmalu po začetku množične uporabe je računalnik postal tudi predvajalnik glasbe iz zgoščenk. Te so namreč po prelomu tisočletja kot prenosljiv spominski medij povsem nadomestile magnetne diskete. Zadnja velika sprememba je posledica novih elektronskih medijev za hranjenje podatkov, ki jih je razvila računalniška industrija. Poleg kratkoročnega delovnega spomina potrebujejo računalniki tudi dolgoročni spomin, v katerem se podatki ohranijo tudi brez električnega napajanja.

V prvih računalnikih je to nalogo upravljal ROM (read only memory), ki ga ni bilo mogoče spreminjati. Naslednji korak v razvoju je bil PROM (programabilni ROM), ki ga je bilo mogoče pred uporabo ustrezno sprogramirati. EPROM (erasable PROM) pa je omogočil tudi brisanje in ponovno programiranje. Brisanje celotne vsebine je potekalo pod vplivom ultravijolične svetlobe, zato je bilo treba spomin fizično odstraniti iz računalnika in proces ponoviti v posebni napravi. Naslednja izboljšava je EPROM, ki ga je mogoče brisati in programirati z električnim postopkom v računalniku. Postopek zapisovanja je počasen, število možnih ponovnih zapisov pa omejeno.

Vse te pomanjkljivosti je odpravil tako imenovani flash spomin, ki so ga razvili na Japonskem v začetku osemdesetih let. Sestavlja ga mreža spominskih celic, sestavljenih iz tranzistorjev. Nova tehnologija se je uveljavila v priročnih spominskih enotah in majhnih predvajalnikih glasbe kot so iPod, MP3, mobilni telefoni ipd. Za delovanje teh naprav je bil razvit standard MPEG, ki je omogočil kodiranje in stiskanje digitalnih zvočnih zapisov. Datoteke v formatu MPEG so manjše kot pri klasičnem zapisu na kompaktno ploščo in omogočajo hranjenje večje količine podatkov.

Danes je vse bolj priljubljen pametni telefon, ki se je razvil iz prenosnih komunikacijskih naprav, opravlja pa množico drugih funkcij, npr. računalnika, internetnega brskalnika, igralne konzole, navigacijske naprave in predvajalnika glasbe. Širok dostop do svetovnega spleta in hitre povezave so močno posegle tudi v distribucijo glasbe. Danes je vse dosegljivo na internetu, neposredni prenos medijskih vsebin (live streaming) pa je odpravil celo potrebo po hranjenju glasbenih datotek na lokalnih napravah.