A hang egy test vibrációs mozgásának következménye, amely rezgés közben nyomásváltozásokat generál. A nyomásváltozások rugalmas közegben, például levegőben terjednek. Azt viszont világossá kell tenni, hogy a hangképzés során anyagmozgás nélküli energiaszállítás történik. Fülünkben a hanghullámok kis alkatrészeket, úgynevezett ossicle-eket mozgatnak meg, amelyek a dobhártya mozgását a belső fülbe továbbítják. Ezután a belső fül felelős a jelek továbbításáért az agyba az idegrendszeren keresztül.A hangokat fülünk érzékeli, érzékeli a nyomásváltozásokat, de nem mindegyiket (ez a rezgés frekvenciájától függ). Például: az emberi lény nem képes felfogni a 20 Hz-nél kisebb és 20 000 Hz-nél nagyobb frekvenciájú rezgéseket, a két határ közötti értékeket érzékeli. Míg a hang nagyon jól átjut a levegőn, a szilárd anyagokon és a folyadékokon, vákuumban, a rezgőhullámokat terjeszteni képes anyag hiánya miatt nem továbbítható.
Azt mindannyian tudjuk, hogy hogyan ismerjük fel, hiszen zenebarátok vagyunk, és emberi mivoltunknak köszönhetően hangokkal, beszéddel kommunikálunk. Ez egy nagyon érdekes téma, annyi magyarázattal, hogy még a fizikának is van egy ága, amely a hang megértésére szakosodott: az akusztika. A hangzással való foglalkozás egy lépéssel közelebb visz bennünket az összes audio-berendezés működésének megértéséhez. A hang meghatározása a fizika szerint.: …”A hang egy hosszanti mechanikai hullám, amely rugalmas közegben terjed. A fülünk képes érzékelni a hangot, agyunk pedig feldolgozza, hogy halljuk”… Az emberileg hallható hang akusztikus hullámokból áll, amelyek akkor keletkeznek, amikor a légnyomás oszcillációi az emberi fülben mechanikai hullámokká alakulnak. A hangterjedés hasonló a folyadékokban, ahol a hang nyomásingadozás formájában jelentkezik. Szilárd anyagokban a hangterjedés a közeg feszültségi állapotának változásával jár.
Hogyan keletkezik a hang? Mondjunk egy példát: képzeljük el, hogy egy koncert népes hallgatóságának része vagyunk (az a tipikus helyzet, ahol meg sem lehet mozdulni, mert olyan zsúfolt) Valaki a tömegben elkezd mozogni és erőteljesen lökdösi az összes embert maga körül. A legvalószínűbb az, hogy a körülötte lévő emberek lökést kapnak, és anélkül, hogy ezt elkerülhetnék, másokat lökdösnek, átadva a kezdeti mozgást. A lökés a forrásától kifelé körkörösen terjed. A hang ugyanilyen módon jön létre. A lökdösődő ember egy vibráló test, a levegő molekulái a körülötte állók. Bármely tárgy rezgés közben a levegő molekuláit löki maga körül. Ezek pedig lökdösik a szomszédos molekulákat, és így tovább, amíg el nem éri a fülünket. A hang minden irányban, egyenesen terjed. Ellentétben az óceán hullámaival, amelyek emelkednek és süllyednek, a hanghullámok ugyanabba az irányba oszcillálnak, amelyben mozognak. Az elektromágneses hullámokkal ellentétben a hanghullámoknak a terjedéshez közegre van szükségük, ezért mechanikai hullámoknak nevezik őket. A közeg lehet folyadék, például levegő vagy víz, vagy akár szilárd anyag is. De, mindig szükségünk lesz anyagra, hogy a hang továbbterjedhessen. Ha vákuumban rezegtetünk valamit, mivel nincsenek jelen anyagmolekulák, hang nem keletkezik és nem terjed. A hangsebesség az a sebesség, amellyel a hanghullámok terjednek bizonyos nyomás és hőmérséklet mellett egy adott közegben. Minél szilárdabb a közeg, amelyen a hanghullám áthalad, és minél magasabb a hőmérséklete, annál nagyobb a hangsebesség. Levegőben, ha a környezet 50%-os páratartalmát, 20 ºC-os hőmérsékletet és tengerszint feletti magasságot vesszük figyelembe, a hangsebesség 1 235 km/h vagy 343 m/s. Ugyanilyen körülmények között, de vízben, a hangsebesség 1482 m/s, körülbelül 4,3-szor nagyobb.
A hallásunk jó, de vannak korlátai. A hallható frekvencia tartományunk 20 Hz-től 20 000 Hz-ig terjed. Ez azt jelenti, hogy ahhoz, hogy valamit hangként halljunk, a tárgynak legalább másodpercenként 20-szoros sebességgel kell rezegnie. A hang nem terjed azonos sebességgel. A hang általában gyorsabban terjed szilárd anyagokban, mint folyadékokban, és gyorsabban halad folyadékokban, mint gázokban. Nagyon érdekes, hogy a levegő, az a közeg, amelyen keresztül megszoktuk a hallást, olyan anyag, amelyen keresztül másokhoz képest meglehetősen lassan terjed. A hangsebesség levegőben 343,2 m/s, azaz 1 235,5 km/h. Gondoljunk csak bele, a szilárd anyagok molekulái merevebb kötésekkel rendelkeznek, és sokkal közelebb vannak egymáshoz, így könnyebben terjesztik a rezgést! Például a hangsebesség vízben 1 593 m/s vagy 5 734,8 km/h. Acélban, szilárd anyagban ez 6 100 m/s, azaz bő 2 1960 km/h.
A régi vadnyugaton a banditák, akik tudni akarták, hogy érkezik-e a vonat, fülüket a sínre szegték. Így sokkal hamarabb hallották a vonatot nagy távolságról, mivel a hang sokkal gyorsabban terjed a fémen, mint a levegőben. Pontosabban, a hang 18-szor rövidebb idő alatt halad át az acélon, mint a levegőben.
A hang tulajdonságai és jellemzői. Mint minden hullámnak a fizikában a hangnak is három alapvető tulajdonsága van. Minden hullámnak van amplitúdója, frekvenciája és harmonikus tartalma, így a hangnak is. Ezeket a nagyságrendeket intenzitásnak és hangszínnek nevezzük. A hang egy hullám, amely energiát terjeszt. Ezt az energiát a rezgés közben a hangot előállító forrás generálja, és a közeg részecskéinek kinetikai és potenciális energiájává alakul át, amelyen keresztül a hullám áthalad.
Intenzitás az az erő, amellyel a hangot érzékeljük, és az oszcilláló mozgás amplitúdójától függ. Fizikailag az intenzitás az az energiamennyiség, amelyet a hanghullám időegységenként és területegységenként terjed, vagyis egy hullám egységnyi területre eső ereje. Szubjektíven azt mondjuk, hogy egy hang hangos vagy gyenge. Amikor feltekerjük a hangerőt, akkor növeljük a hang intenzitását. Az intenzitást decibelben mérik. A zörej körülbelül 25 decibelnél található; a robbanás 140 decibel intenzitású lehet, és károsíthatja a hallást. Az intenzitás a hanghullám amplitúdójára utal. Ez a legegyszerűbben megérthető jellemző: a hangerővel kapcsolatos, amelyen a hangot halljuk. Minél erősebben rezegnek a közeg molekulái, annál intenzívebb a hang. A hangintenzitás mértékegységével (decibel [dB]) hivatkozunk rá. Az idő, ameddig a rezgés tart, lehet hosszú, mint egy tűzjelző sziréna hangja, vagy rövid, mint egy ujjpattintás.
A hangmagasság a hanghullám rezgésének frekvenciája. A hangmagasság a másodpercenkénti oszcillációk száma, mértékegysége a Hertz [Hz]. A hangmagasságtól függően a hang lehet alacsony vagy magas. Minél magasabb a frekvencia, annál magasabb a hang, minél alacsonyabb a frekvencia, annál súlyosabb/testesebb.Azt már láttuk, hogy fülünk csak 20 Hz és 20 000Hz közötti hangokat képes hallani, bár például sok állat a határaink felett is hall, amit ultrahangnak nevezünk. A zenében minden hang egy meghatározott frekvenciának felel meg, például A 440 Hz Minél magasabb a hang frekvenciája vagy magassága, annál magasabb hangmagasságot hallunk.
A hangminőség szempontjából a hangszín a legérdekesebb, megérteni egyben a legösszetettebb. Ez az, ami lehetővé teszi számunkra, hogy megkülönböztessük a hangot kibocsátó forrást. A hangszínnek köszönhetően azonos intenzitású és magasságú hangokat tudunk megkülönböztetni. Például egy hang hangszíne alapján képesek vagyunk megkülönböztetni egymástól az emberi hangokat vagy a különböző hangszerek hangját. A hang általában nem egyetlen hullám egy meghatározott frekvencián, hanem több különböző frekvenciájú hullámból áll, amelyek összeadva nagyon sajátos jellegzetességekkel rendelkeznek. A fő hullámot alaphullámnak, a többi csatolt hullámot harmonikusnak nevezzük. A hangszín felelős azért, hogy egy személyt a hangja alapján különböztessünk meg. Mindenkinek egyedi hangszíne van, függetlenül attól, hogy milyen hangon énekel. Például egy normál „A”-hangot játszó gitár teljesen másképpen szól, mint egy pontosan ugyanazon a frekvencián játszó fuvola. Ennek az az oka, hogy minden hangszernek más-más harmonikusai (felharmonikusok) vannak, ami jellegzetes színt és árnyalatokat ad a hangnak.
Visszhang. Ez a hang visszaverődése, és akkor következik be, amikor a rezgő hullám az útjára merőleges felületekkel találkozik. Az emberi fül képes megkülönböztetni két egymás utáni hangot, amennyiben azokat legalább 0,1 másodperces különbséggel indulnak. A közegben a hangterjedés sebességétől függően a visszhang észleléséhez, a hangkibocsátó forrás és a visszaverő felület között, bizonyos távolságra van szükség.
Hang és zaj közötti különbség. A fő különbség a hang és a zaj között mindegyik harmonikusában rejlik. Azt már láttuk, hogy a harmonikusok más frekvenciájú hullámok, amelyek hozzáadódnak az alaphanghoz és árnyalatokat adnak az alaphangnak. Egy hangban a harmonikusok tetszetős mintát követnek, általában az alapnál alacsonyabb intenzitáseloszlással. Ha a harmonikusok eloszlása kaotikus és rendezetlen, és nehéz megkülönböztetni az alapvetőt a többi frekvenciától, ez a zaj, ami számunkra kellemetlen. A hangok azok, amelyek kellemes érzetet keltenek, mert zeneiek vagy harmonikusak, ami szorosan összefügg a hanghullámban található frekvenciák típusával. A zajokból hiányzik a periodicitás, mert nagyon magas frekvenciájú hullámok keltik őket (a hangokat produkálókhoz képest), és éppen ez a sajátosság az, ami kellemetlen vagy idegesítő agyi érzékszervi érzethez vezet.
A zenei hangzás. A történelem során minden emberi civilizáció használta a hangot művészi megnyilvánulásaiban pl.: a zenében. Attól függően, hogy a világ mely részét, és a történelem mely időszakát vizsgáljuk a világ minden részén készültek olyan hangszerek, amelyek képesek bizonyos jellemzőkkel rendelkező hangok előállítására. Általánosságban elmondható, hogy a zenei hang az a hang, amely megfelel bizonyos szabványoknak, figyelembe véve az azt alkotó társadalom kultúráját. A hang hangjegyekbe épül fel, amelyek mindegyike egy adott hallható hangfrekvenciának felel meg.
Ma már láttuk, hogy a hang egyszerű jelenség, de élvezetéhez és megértéséhez számos árnyalatot és részletet figyelembe kell venni. Minden hangsugárzónak, minden audio-rendszernek van átviteli funkciója. Ez azt jelenti, hogy saját felharmonikusait építi be az általa kibocsátott hangba: ezért egyes készülékek szebben szólnak, míg mások rosszabbul. Továbbá fontos, hogy a teljes hallható frekvencia tartományban működjenek. Sok hangsugárzóból hiányoznak az alacsony frekvenciák, mások torzítják a magasabb hangokat. A hangsugárzó átviteli funkciójának a lehető leglaposabbnak kell lennie, hogy biztosítsa a magas hangzásminőséget.
