Dzwon jest również instrumentem muzycznym. Najważniejsze w nim jest uzyskanie właściwego zgrania tonacyjnego. Dla osiągnięcia tego efektu niezbędne jest przeprowadzenie procesu odlewniczego z zachowaniem zasad kunsztu sztuki ludwisarskiej, takich jak: użycie właściwego materiału odlewniczego, uzyskanie prawidłowej temperatury odlewu czy nadanie dzwonowi odpowiedniego profilu. Dzwon charakteryzuje się głębokim i donośnym dźwiękiem, obejmuje obok głównego tony boczne, pochodne. Należy do instrumentów perkusyjnych (łac. percussio – uderzanie), w których dźwięk powstaje przez drgania całego instrumentu pobudzanego uderzeniami serca lub bijaka. Należy do grupy instrumentów określanych mianem idiofonów naczyniowych (instrumentów samobrzmiących naczyniowych). Wykonywane są z materiału o naturalnej sprężystości. Dzwony nie są przestrajalne, tak jak inne instrumenty muzyczne przez zmianę naciągu struny, napięcia membrany czy modyfikację długości kanału powietrznego. Raz wykonany dzwon nie zmienia swych właściwości akustycznych.

Dźwięk jest formą energii wytwarzaną przez wibrujące ciało. Charakteryzuje się częstotliwością, czyli wysokością, natężeniem, barwą, czasem trwania. Im większa amplituda fali – tym bardziej intensywny dźwięk. W muzyce rozróżnia się cztery rodzaje dźwięków:

Ton prosty, którego wykresem jest sinusoida, a widmo składa się z pionowej kreski o odciętej odpowiadającej częstotliwości, a rzędnej równej poziomowi natężenia dźwięku.

Współton, złożony z szeregu tonów harmonicznych, zwanych alikwotami. Częstotliwość tonów składowych jest wielokrotnością częstotliwości pierwszego najniższego tonu składowego. Ilość alikwot w dźwięku decyduje o jego barwie. Dźwięki o małej zawartości tonów harmonicznych brzmią miękko i mało wyraziście, natomiast te o dużej zawartości tonów, a zwłaszcza o przewadze wysokich, brzmią ostro i chrapliwie.

Wieloton jest dźwiękiem złożonym z ograniczonej ilości tonów prostych, których częstotliwości nie pozostają w żadnych określonych stosunkach między sobą.

Szum jest dźwiękiem złożonym z wielu tonów składowych o zbliżonej częstotliwości, których nie można odróżnić od siebie.

Bardzo ważnym parametrem akustyki dzwonu jest zależność częstotliwości drgań płaszcza dzwonu od jego właściwości materiałowych i geometrycznych wymiarów. Ważnym czynnikiem wpływającym na częstotliwość drgań dzwonu jest moduł sprężystości stopu odlewniczego, określany modułem Younga. Dla brązu zależnie od proporcji i domieszek moduł Younga wynosi od 104–124 gigapaskali. Dzwon pęknięty traci swoje właściwości muzyczne i akustyczne.

Pierwsze ustalenie związków liczbowych między dźwiękami przypisuje się greckiemu filozofowi Pitagorasowi żyjącemu w VI wieku p.n.e., który wprowadził system kwintowy drgań struny grającej. W 1706 roku niemiecki muzyk Johann Georg Neidhardt (1680–1739) stworzył system równomiernie temperowany. Posiada on w ramach oktawy 12 dźwięków odległych od siebie o jednakowy interwał – półton temperowany o współczynniku 1,06.

Zainteresowanie dzwonem jako źródłem fal akustycznych przejawiało na przełomie XIX i XX wieku wielu fizyków: Hermann von Helmholtz (1821–1894), Ernst Chladni (1756–1827), John Rayleigh (1842–1919). Prace tych fizyków tworzyły podstawy do rozwoju nowoczesnej akustyki. Brytyjski fizyk John Rayleigh, właściwie John William Strutt opisał w 1877 roku fizyczne zasady rozchodzenia się fal dźwiękowych. Rayleigh wyprowadził wzór opisujący zależność częstotliwości drgań płaszcza dzwonu od jego właściwości materiałowych i wymiarów geometrycznych. Uwzględnił takie czynniki wpływające na powstający dźwięk, jak moduł Younga, gęstość stopu, współczynnik Poissona oraz grubość i promień pierścienia odsercowego dzwonu.

Wskutek uderzenia serca powstaje siła, odkształcająca okrąg pierścienia dzwonu, który ulega rozciągnięciu w osi uderzenia. Pierścień dzwonu przekształca się z koła w elipsę. Odkształcona powierzchnia płaszcza dzwonu emituje falę akustyczną słyszaną jako dźwięk.

Uderzając w poszczególne warstwy dzwonu, uzyskujemy różne tony. Pryma wzbudza się nad wieńcem dzwonu, oktawa w pobliżu krawędzi, dolna oktawa wzbudza się na całej wysokości dzwonu, ale najdonośniej brzmi przy krawędzi. Tercja powstaje w dolnej części płaszcza dzwonu, powyżej wieńca sercowego, gdzie grubość ściany dzwonu zaczyna się zwężać. Natomiast kwinta pojawia się w połowie płaszcza dzwonu i sięga po jego hełm, który nie uczestniczy w procesie wytwarzania drgań. Ściana dzwonu jest tutaj cieńsza i rezonans jest dużo mniejszy niż w przypadku dolnej części dzwonu.

W pierwszej chwili po uderzeniu serca słychać krótki, metaliczny uderzeniowy ton zasadniczy. Kolejno pojawia się wielokrotność tego dźwięku, tworząc współbrzmiące tony parcjalne, wielką tercję lub małą tercję. Ponadto wytwarzane są współbrzmienia dźwięków w postaci innych interwałów, takich jak kwinta, oktawa, decyma, oraz nieharmoniczne tony składowe. Ton główny dzwonu, o oktawę niższy od tonu uderzeniowego, wibruje najdłużej, jest dobrze słyszalny w stadium nabrzmiewania. Dzwon ma osobliwe brzmienie, ponieważ jego tony składowe są słyszalne osobno jako akord durowy lub molowy. Powstałe dźwięki tworzą szereg tonów harmonicznych i brzmią długo, nadając dzwonowi szlachetne brzmienie. Zaletą dobrego dzwonu jest długie wybrzmiewanie po uderzeniu trwające do 200 sekund.

W zależności od tego, czy dzwon intonuje tercję małą czy tercję wielką, odbierane wrażenia słuchowe mają charakter smutny lub radosny. Tercja mała wskazuje na dzwon molowy – smutno brzmiący, a tercja wielka na dzwon durowy – radośnie wybrzmiewający. W czasie tworzenia zespołu dzwonów istotne zatem staje się odpowiednie dobranie wysokości ich brzmienia, by mogły utworzyć określony motyw melodyczny.

Niektórzy ludwisarze świadomie dodawali niewielką ilość ołowiu do stopu, co miało na celu częściowe wytłumienie górnych alikwotów. Natomiast ich wzmocnienie uzyskiwano przez domieszkę cynku.

Piękny i donośny głos dzwonu zależy od materiału, z którego został wykonany odlew, ponadto od wagi, wymiaru, kształtu, a także formy i konstrukcji serca. Grubszy, masywny dzwon, o większej wadze i profilu, charakteryzuje się pełnym i bardzo silnym dźwiękiem. Na dźwięk dzwonu wpływa również grubość górnej i dolnej ściany strefy dzwonu. Około 1/3 masy drgającej dzwonu znajduje się w jego dolnej części i skupiona jest przy pierścieniu odsercowym. Im większy dzwon, tym niższy dźwięk.

Parametry zależności tonu dzwonu od jego masy i średnicy podane zostały w podręczniku Heinricha Otte Glockenkunde, wydanym w Lipsku w 1884 roku. Zaznaczyć należy, że przed tym rokiem nie było jednego powszechnie obowiązującego kamertonu. Początkowo stosowany był kamerton o częstotliwości 435 herców dla dźwięku a1. Od 1953 roku obowiązuje kamerton o częstotliwości 440 herców. Stąd niektóre różnice pomiędzy tabelami w odniesieniu do dzwonów współczesnych. Niektórzy kampanolodzy, szczególnie z Niemiec nadal używają kamertonu firmy Berthelmes o częstotliwości 435 Hz dla dźwięku a1. Uzasadniają to pochodzeniem większości badanych dzwonów z dawnych czasów, gdy system ten obowiązywał. W ubiegłych wiekach uzyskanie precyzyjnej wysokości dźwięku nie było na ogół wymagane, a dla wielu odlewni leżało poza zasięgiem możliwości. Umiejętnością odpowiedniego szlifowania wewnętrznej strony płaszcza dzwonu mogli poszczycić się tylko najlepsi ludwisarze.

Zależność tonu dzwonu od jego masy i średnicy opracowana w 1884 roku

Zależność tonu dzwonu od jego masy i średnicy dla dzwonów współczesnych

Dźwięki wydawane przez dzwony tuż po odlewie zazwyczaj nie są idealne, dlatego wymagają dostrojenia. Strojenie jest skomplikowaną czynnością, wymagającą odpowiednich kwalifikacji i dośwaiadczenia. Wykonuje się je poprzez szlifowanie określonych miejsc w wewnętrznej części dzwonu, aż do uzyskania odpowiednich parametrów muzycznych.

Obszary szlifowane podczas strojenia dzwonu

Szlifowanie w punkcie A obniża ton podstawowy i oktawę dolną; w punkcie B obniża kwintę, w punkcie C obniża tercję i oktawę górną, w punkcie D obniża ton podstawowy, w punkcie E podwyższa prymę w punkcie G podwyższa oktawę górną.

Źródło: Stefan Gierlotka, DZWONY historia technika ich wykonywania i napędy