Skaņas un to uztvere

Skaņas informē par apkārtējo vidi. Ikdienā dzirdam dažādas skaņas: garām braucošu automašīnu, telefona zvanu, cilvēku balsis, lietus līšanu u. tml. Skaņas var izplatīties gaisā, šķidrumos un cietos ķermeņos. Pieaudzis cilvēks saklausa skaņas no aptuveni 20 līdz 18 000 herciem (Hz), savukārt bērni dzird vēl augstākas skaņas – virs 20 000 Hz.

Skaņas izplatās viļņu veidā. Skaņa rodas no svārstībām, ķermenim kustoties uz priekšu un atpakaļ. Ķermenis iesvārsta gaisu, izveidojot slāņus ar dažādu spiedienu. Mazās gaisa spiediena izmaiņas iesvārsta bungplēvīti skaņas svārstību ritmā. Cilvēkam runājot gaiss no plaušām iesvārsta balss saites. Radio vai televizoru skaņa tiek izvadīta no skaļruņa, kura membrānu iesvārsta elektriskie signāli. Stīgu mūzikas instrumentu skaņas rada stīgu svārstības.

Ķermenim ātri svārstoties iespējams radīt augstāku skaņu, lēnākas svārstības rada zemāku skaņu. Svārstību skaitu vienā sekundē sauc par skaņas frekvenci, ko mēra hercos (Hz). Piemēram, kukainis lidojot vēcina spārnus 200 reizes sekundē, tad cilvēks uztver skaņu 200 Hz frekvencē. Ja spārni tiktu vēcināti vēl ātrāk, tad dzirdētu vēl augstāku skaņu. Skaņas viļņiem apliecoties ap šķērsli notiek difrakcija – var saklausīt, kas notiek aiz stūra. Zemas skaņas ap šķērsli apliecas vairāk, tāpēc no attāluma labāk var saklausīt mūzikas zemās skaņas.

Skaņas viļņi var izplatīties gaisā ar ātrumu 340 metri/ 1 sekundē. Karstā gaisā skaņa izplatās ātrāk nekā aukstā gaisā. Skaņas viļņi var izplatīties cietos ķermeņos, piem., tēraudā skaņa tiek vadīta 15 reizes ātrāk nekā gaisā. Skaņas viļņi šķidrumā izplatās labāk nekā gāzēs. Ūdenī skaņa tiek izplatīta aptuveni 4 reizes ātrāk nekā gaisā.

Skaņu izplatīšanos telpā nosaka telpas uzbūve un priekšmeti tajā. Gludas, cietas virsmas labi atstaro skaņu viļņus, savukārt mīkstas, gropētas virsmas absorbē skaņu. Diviem skaņu viļņiem satiekoties, tie var pastiprināt vai pavājināt skaņu. Šādu parādību sauc par interferenci. Telpas akustika raksturo dzirdamo skaņu kvalitāti, koncertzālēs tiek novērsta interfernces un atbalss rašanās.

Atbalsi saklausām, ja skaņu viļņi atstarojušies no tāla priekšmeta. Mazā  telpā sienas ir pārāk tuvu, lai radītu atbalsi. Skaņas var uztvert atsevišķi, ja tās atdala ar vismaz 1/ 10 sekundes intervālu. Labs piemērs skaņas atstarošanai ir Londonas Sv. Paula katedrāles Čukstu galerija: esot vienā malā var saklausīt, ko čukst cilvēki pie pretējās sienas aptuveni 36 m attālumā.

Visus apkārtējos enerģijas veidus var pārvērst citos enerģijas veidos. Skaņa ir enerģijas veids. Lielākai daļai skaņu ir maza enerģija. Piemēram, 200 klavieru radītā skaņas enerģija ir ekvivalenta vienas kvēlspuldzes elektriskai enerģijai. Elektroniskajiem modinātājpulksteņiem bateriju ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta elektriskajā enerģijā. Telefonā skaņas enerģija tiek pārveidota elektriskajā enerģijā un pēc tam no elektriskās enerģijas atpakaļ skaņas enerģijā. Televizoros elektriskā enerģija tiek pārvērst gaismas un skaņas enerģijā. Salūta laikā izšauto petaržu ķīmiskā enerģija pārvēršas gaismas, skaņas un siltuma enerģijā.

Skaņas avotam tuvāk esošā auss dzird skaņu skaļāk un ātrāk nekā otra auss. Skaņas skaļuma jeb intensitātes mērvienība ir decibels (dB), kas nosaukts zinātnieka A. Bella vārdā. Klusas skaņas rada mazas gaisa spiediena svārstības, cilvēks tās saklausa, ja nav dzirdes izmaiņu. Ļoti skaļas skaņas var izraisīt dzirdes traucējumus, tāpēc trokšņainā vidē jārūpējas par dzirdes profilaksi un aizsardzību.

Daži skaņu piemēri skaļuma skalā: lapu krišanu rudeni (0-10 dB), čuksti (20-30 dB), pulksteņa tikšķēšana 1 m attālumā (30 dB), normāla sarunvaloda (40-60 dB), kliedziens (70 dB), vilciens (80 dB), pērkons (100 dB), reaktīvās lidmašīnas pacelšanās (120 dB), skaņu sāpju slieksnis (130), raķetes palaišana (140 – 190 dB). Pasaulē skaļākais dzīvnieks ir zilais valis, kas var radīt skaņas līdz 188 dB, ko var saklausīt 850 km attālumā.

Atrodoties tālāk no skaņas avota tiek saklausīta klusāka skaņa. Pēc skaņu uztveres dažkārt mēdz noteikt skaņas avota attālumu. Piemēram, pērkona skaņa izplatās lēnāk nekā zibens gaisma. Saskaitot sekundes kopš zibens parādīšanās līdz pērkona grāvienam, izdalot summu ar trīs tiek uzzināts skaitlis par negaisa attālumu kilometros (km).

Visumā var izplatīties gaismas viļņi, savukārt skaņas viļņi nevar, jo Visumā nav gaisa. Interesanti, ka gaisma gaisā izplatās aptuveni 880 000 reižu straujāk nekā skaņa. Virsskaņas lidmašīnas lido ātrāk par skaņu, ātrumu raksturo Maha skaitlis – parāda, cik reizes lidmašīnas ātrums pārsniedz skaņas ātrumu.