Suara dihasilkan oleh getaran yang terjadi tiap detiknya pada suatu benda yang merambat melalui udara dan dapat didengar oleh telinga manusia. Unsur-unsur yang terdapat didalam suara adalah Frekwensi, Amplitudo dan Timbre.

Frekwensi

Frekwensi adalah jumlah getaran yang terjadi tiap detik pada suatu benda. Jumlah getaran yang dapat didengar oleh manusia pada umumnya adalah 20-20.000 getaran perdetik. Dihitung dengan satuan Hertz (Hz), yang diambil dari nama Heinrich Hertz, penemu gelombang radio pada tahun 1886. Terkadang satuan Cycles per Second (cps) juga dipergunakan. Manusia secara psikologis menerima frekwensi sebagai pitch, tinggi dan rendah relatif dari suara. Pitch dari sebuah suara ditentukan oleh frekwensi-nya. Semakin banyak getaran tiap detik semakin tinggi pitch-nya.  Pitch memberikan persepsi karakter nada suara pada kita, apakah kita mendengar suara yang cerah (bright), lembut (mellow), serak (raspy), berdesis (hissy) dan sebagainya. Jangkauan dari frekwensi suara yang terdengar oleh telinga manusia dibagi menjadi beberapa bagian. Pembagian yang biasa dilakukan adalah oktaf. Satu oktaf adalah interval antara dua frekwensi dengan perbandingan 2 :1.  Jangkauan pendegaran manusia mencakup hampir 10 oktaf. Oktaf biasanya digolongkan menjadi Bass (low), Midrange dan Treble (high); atau lebih diperinci lagi menjadi:

  • Low Bass – Oktaf pertama (20 Hz-40 Hz) dan oktaf ke-dua (40 Hz-80 Hz).
  • Upper Bass – Oktaf ke-tiga (80 Hz-160 Hz) dan oktaf ke-empat (160 Hz-3206 Hz).
  • Midrange – Oktaf ke-lima (320 Hz-640 Hz), oktaf ke-enam (640Hz-1.280 Hz) dan oktaf ke-tujuh (1.280 Hz-2.560 Hz).
  • Upper Midrange – Oktaf ke-delapan (2.560 Hz-5.120 Hz).
  • Treble – Oktaf ke-sembilan (5.120 Hz-10.240 Hz) dan oktaf ke-sepuluh (10.240 Hz-20.480 Hz).

Amplitudo

Untuk bisa bergetar maka benda harus berubah dari posisi semula, artinya benda tersebut melakukan penyimpangan. Besar kecilnya penyimpangan ini disebut amplitudo. Amplitudo adalah tinggi-rendahnya getaran yang terjadi tiap detik pada suatu benda yang pada akhirnya menentukan keras lemahnya suara yang masuk ke dalam telinga kita. Semakin tinggi getaran suatu benda, semakin tinggi kekerasan suaranya, dan semakin rendah getaran suatu benda, semakin rendah pula kekerasan suaranya. Amplitudo menentukan besar kecilnya perapatan dan perenggangan udara yang pada akhirnya akan menentukan keras lemahnya suara  yang masuk ke teliga kita. Impresi obyektif kita terhadap suara disebut “kekerasan” (Loudness). Loudness dihitung dengan satuan Decibel (dB), yang merupakan satuan ukuran untuk intensitas relatif dari tekanan akustik, tenaga listrik dan voltase. Tekanan akustik diukur dalam dB Sound Pressure Level (dB-SPL) Manusia mempunyai potensi untuk mendengar suara mulai dari 0 dB-SPL, ambang pendengaran (treshold of hearing), hingga 140 dB-SPL (treshold of pain). Jangkauan dari 0 dB hingga 140 dB ini disebut jangkauan dinamika atau bidang dinamika (dynamic range).

Persepsi terhadap loudness

Persepsi suara terhadap loudness ini adalah sesuatu yang sangat subyektif, tergantung pada kondisi lingkungan. Suara-suara yang wajar di kota, bagi orang dari suku dipedalaman yang baru masuk kota akan dianggap keras. Adalah tidak mungkin merekam suara dan memproduksikan suara yang bisa menyamai bidang dinamika yang ada dalam kenyataan sehari-hari, hal ini disebabkan terbatasnya kemampuan mikrofon dan alat perekam. Suara yang sangat keras akan membuat hasil rekaman distorsi, sedangkan suara yang terlalu lembut akan dikalahkan oleh suara atmosfer lingkungan dan noise dari peralatan. Adapun daftar kekrasan suara menurut ukuran Sound presure level dengan desibel adalah :

Daftar Kekerasan Suara Suara SPL (dB)
 Ambang pendengaran

0

 Pernafasan normal 10
 Bisikan 20
 Atmosfir di studio rekaman 25
 Gedung bioskop kosong 30
 Rumah pada umumnya
50
 Pasar swalayan 60
 Pembicaraan normal 60
 Pabrik
75
 Lalu-lintas ramai
100
 Pesawat jet tinggal landas
120
 Senapan mesin jarak dekat 130
 Batas kesakitan 140

 

Pitch dan Loudness

Pitch merupakan persepsi psikologis dari frekwensi, sementara loudness adalah impresi subyektif dari amplitudo. Jadi bisa saja kita katakan hubungan antara pitch dengan frekwensi mirip dengan hubungan antara loudness dengan amplitudo. Semakin tinggi frekwensi maka semakin tinggi pitch-nya, semakin tinggi amplitudo maka semakin tinggi loudness-nya. Tetapi sebenarnya asumsi ini tidaklah benar, karena frekwensi dan loudness tidaklah independent tetapi lebih bersifat interdependent. Perubahan frekwensi suara juga mempengaruhi persepsi loudness, begitu juga sebaliknya.  Jika kita mendengarkan 3 nada 50 Hz, 1.000 Hz dan 15.000 Hz pada level loudness yang tetap maka nada 1.000 Hz akan lebih keras dibandingkan dua nada yang lain. Hal ini menandakan bahwa telinga manusia tidaklah linear, kepekaannya tidak sama untuk setiap frekwensi. Pada kenyataannya telinga manusia secara relatif kurang peka pada frekwensi rendah pada level suara yang rendah.

Masking

Fenomena lain yang tergantung pada hubungan antara loudness dan frekwensi adalah masking. Masking adalah penutupan suara lemah oleh suara lain yang lebih keras apabila frekwensinya berbeda dan keduanya bergetar secara simultan. Jika kita mendengarkan nada 100 Hz dan 1.000 Hz bersamaan maka keduanya akan sama-sama terdengar, tetapi nada 1.000 Hz akan terkesan lebih keras. Jika nada 100 Hz kita naikan loudness-nya pelan-pelan, maka nada 1.000 Hz jadi semakin sulit untuk didengar.

Timbre

Timbre adalah warna dari suara, dimana getaran dari materi/benda yang berbeda akan menghasilkan suara yang berbeda. Timbre merupakan gabungan yang unik dari frekwensi dasar (fundamental frequency), overtones dan harmonic yang memberikan karakter dan warna dari masing-masing suara. Overtones adalah frekwensi yang lebih tinggi dari frekwensi dasar yang timbul apabila suatu benda bergetar. Frekwensi overtones tidak dapat ditentukan atau diduga. Harmonics adalah overtones yang merupakan perkalian dari frekwensi dasar. Misalnya kita membunyikan sebuah senar dengan nada C dengan frekwensi 265 Hz pada gitar, overtones-nya adalah 512 Hz, 768 Hz, 1.024 Hz dan seterusnya. Tidak ada satu sumber suara yang mempunyai susunan overtones yang sama dengan sumber suara lainnya, inilah yang menyebabkan adanya timbre atau warna suara.

Envelope

Faktor lain yang mempengaruhi timbre adalah envelope, yaitu perubahan loudness mengikuti waktu. Envelope ini mempunyai tiga tingkatan:

  1. Attack, dari pertama suara muncul (A) sampai pada kekerasan penuh (B).
  2. Sustain, berapa lama suara pada kekerasan penuh (B) dan menurun ke C.
  3. Decay, berapa lama suara dari C sampai berhenti total atau keheningan total (D).

Resonansi

Jika sebuah garpu tala dipukul dan digantung akan bergetar untuk beberapa saat. Jika kemudian kaki garpu tala ini diletakkan pada sebuah panel kayu, panel tersebut akan ikut bergetar. Jika ukuran fisik dari panel sedemikian rupa hingga sesuai dengan ukuran fisik garpu tala maka energi suara akan dipancarkan lebih cepat. Dengan kata lain jika frekwensi panel kayu tepat dengan frekwensi garpu tala maka suara akan menjadi lebih keras. Fenomena ini disebut resonansi. Alat-alat musik biasanya dibantu oleh resonator untuk mendaptkan suara yang lebih keras dan spesifik. Perbadaan bentuk dan bahan dari resonator membuat suara tiap alat musik berbeda satu dengan lainnya. Berarti bentuk dan bahan resonator tersebut mempengaruhi timbre.

Kecepatan Suara

Walaupun frekwensi dan amplitudo merupakan komponen fisik paling penting dari gelombang suara, kecepatan (velocity) juga patut kita perhatikan, meskipun pengaruhnya kecil terhadap pitch dan loudness. Kecepatan suara merambat di udara terbuka adalah 1.130 feet per detik (340 m/detik) pada permukaan laut dan temperatur 70 derajat Fahrenheit. Sementara kecepatannya di air 4.800 feet per detik, tergantung pada struktur kepekatan molekul air. Kecepatan suara dipengaruhi oleh temperatur. Udara yang lebih panas menyebabkan kecepatan suara naik dan sebaliknya. Setiap perubahan 1 derajat Fahrenheit kecepatan udara berubah 1,1 feet.

Pendengaran binaural dan persepsi spasial

Kedua telinga manusia secara anatomis dan fungsional mempunyai karakter yang sama.  Masing-masing memberikan informasi yang sama untuk persepsi pitch, loudness dan timbre.  Pendengaran dengan satu telinga saja akan merusak persepsi dari dua element kenikmatan mendengar yaitu lokasi dan dimensi.

Ganguan pada suara

Selama ini kita membicarakan penyebaran dan penerimaan suara pada kondisi yang ideal.  Pada berbagai jenis komunikasi antara manusia : pembicara, tertulis, lukisan, diproyeksikan atau disiarkan, sering terjadi gangguan.  Gangguan external disebabkan oleh sesuatu diluar pemancaran media, seperti misalnya suara penonton yang makan popcorn selama pertunjukan film, batuk selama konser musik, pekikan selama pembicaraan atau rekaman. Yang tergores dan lain-lainnya.  Gangguan internal disebabkan oleh penyimpangan teknis pada pemancaran media, seperti instumen musik yang kurang di-tune, layar televisi yang bersemut, sound sistem yang noise. Gangguan suara ada 2 yaitu distorsi dan noise. Distorsi adalah perubahan yang tidak dikehendaki pada sinyal suara, yang menghasilkan perubahan frekwensi  pada output yang tidak kita dapatkan pada input. Sedangkan Noise  adalah gangguan yang ditimbulkan oleh sistem listik ataupun elektromagnetik.  Ada tiga jenis noise :

  • Equipment noise – ditimbulkan oleh komponen dalam perangkat audio atau oleh lampu neon, kabel listrik, dan AC.
  • Tape noise ditimbulkan oleh tape akibat system perekaman dari perangkat perekam suara.
  • Sistem noise merupakan gabungan antara equipment noise dengan tape noise.

Ruang Akuistik suara

Lingkungan dimana suara terdengar juga akan mempengaruhi suara.  Perilaku lingkungan terhadap suara disebut akustik. Kita bisa merasakan bahwa suara akan semakin lemah apabila jarak antara sumber suara akan semakin lemah apabila jarak antara sumber suara dengan telinga semakin menjauh.  Dengan kata lain energi suara yang sampai ke telinga kita akan semakin lemah karena adanya absorbsi oleh udara. Energi suara akan dipantulkan kembali apabila mengenal sebuah obyek yang keras.  Energi suara yang mengenai sebuah permukaan keras yang datar akan dipantulkan kembali dimana sudut pantul akan sama dengan sudut datangnya energi suara. Semua suara akan dipantulkan oleh sebuah permukaan benda.  Tetapi sebetulnya hal ini tidak sepenuhnya benar, tidak seluruh suara yang mengenai permukaan tersebut dipantulkan. Difraksi sebetulmya mirip dengan refraksi, kedua-keduanya membuat arah rambatan suara berubah.  Tetapi secara fisik keduanya mempunyai perbedaan.  Refaksi adalah perubahan arah rambatan suara dengan melalui perbedaan kecepatan suara pada dua macam media.  Difraksi mengubah arah rambatan suara yang diakibatkan oleh adanya hambatan, tetapi difraksi ini hanya muncul apabila panjang gelombang suara lebih besar dari ukuran tembok bata. Adapun penyerapan (Absorption) suara artinya bahwa setiap benda mempunyai sikap yang berbeda terhadap suara.  Ada yang memantul dan yang menyerap .  benda - benda yang permukaannya keras dan licin biasanya lebih banyak memantulkan suara, seperti misalnya tembok rumah, pelat besi.  Sedangkan benda yang permukaannya berserat atau berbutir-butir, seperti softboard dan glasswoll biasanya lebih banyak menyerap suara.