Cilvēks ir dāsni apveltīts ar dabu, lai ērti eksistētu un uzzinātu par apkārtējo pasauli. Viņš spēj redzēt spilgtas krāsas, dzirdēt dažādas skaņas, uztvert smaržas un baudīt ēdiena garšu. Viens no sarežģītākajiem maņu orgāniem ir dzirdes orgāns, pateicoties kuram cilvēks sazinās un saņem lielāko daļu informācijas.
Cilvēks dzīvo pastāvīgā skaņu pasaulē, pateicoties kurai viņš saņem neaizstājamu informācijas avotu par pasauli, kas viņu ieskauj. Jūras sērfošanas šalkoņa un vēja šalkoņa, putnu čivināšana, cilvēku sarunas un dzīvnieku ņurdēšana, pērkona dārdi ir skaņas avoti dabā, kas palīdz cilvēkam pielāgoties videi.
Kā dzird?
Ja paskatās cilvēka ausī, jūs varat redzēt membrānu, ko sauc par bungādiņu. Tas stiepjas gar tuneli, kas ved auss iekšpusē. Gaisa vibrācijas no skaņas avota skar bungādiņu, izraisot arī tai vibrāciju. Aiz bungādiņas ir kaulaina telpa, kas piepildīta artrīs kustīgi kauli, ko sauc par malleus, laktu un kāpšļu, un tos nosauca to formas dēļ. Šie kauli uztver bungādiņas vibrācijas un sāk svārstīties.
Dziļāk ausī ir aptuveni 3 cm garš ar šķidrumu pildīts kanāls, ko sauc par gliemežnīcu. Vibrācijas no kauliem, kas kustas, rada viļņus šķidrumā, piemēram, viļņus okeānā. Tāpat kā aļģes zem ūdens, tūkstošiem matu šūnu viļņojas cauri šķidrumam. Šīs šūnas ir ļoti svarīgas dzirdei. Vibrācijas, kas iet caur tām, virza elektriskos impulsus, kas caur dzirdes nervu virzās uz smadzenēm. Savukārt smadzenes šos elektriskos signālus pārvērš mūzikā, balsīs vai putnu čivināšanā vai čivināšanā.
No kurienes nāk skaņa?
Kas ir skaņas avots? Jebkurš fiziskais ķermenis vai parādība, kas svārstās ar skaņas frekvenci, jo no tā izplūstošie viļņi rodas vidē. Cilvēki rada skaņas, izmantojot savas balss saites. Ja sarunas laikā pieliekat rokas pie rīkles, varat sajust vibrāciju. Gandrīz vienmēr ir iespējams noteikt skaņas avotus. Skaņas viļņi ir kā viļņi kviešu laukā vējainā dienā. Gaisa molekulas saduras viena ar otru un attālinās, un vilnis, kas iet caur gaisu, ir tikai gaisa molekulu plūsmas ritmiska saraušanās un paplašināšanās - sava veida vibrācija. Bet arī citi materiāli nes skaņas viļņus, piemēram, koks, kas ir arī skaņas avots. Ja kliedz no vienas puses slēgtskoka durvis, vispirms vibrēs kliedzošā cilvēka balss saites, kas savukārt izraisīs gaisa vibrāciju. Gaiss liek vibrēt durvju kokam, un tad vibrācija tiek pārnesta no durvīm gaisā un tālāk uz cilvēku, kas stāv durvju otrā pusē. Alā sienas neuzsūc un nepārraida skaņas tā, kā to dara durvis. Viņi tos rikošetē kā gaismas spoguli. Dažas ielejas Eiropā ir pazīstamas ar savām atbalsīm. Piemēram, vienu skaņu no medību taures var atkārtot 100 reizes, līdz tā beidzot apstājas.
Dabiski avoti
Bites vai mušas dūkoņa, odu čīkstēšana, cilvēku un dzīvnieku balss saites tiek uzskatītas par dabiskiem skaņas avotiem. Pieliekot pie auss lielu gliemežvāku, var dzirdēt tālu troksni, kas atgādina sērfa rūkoņu, ne velti, atgriežoties no jūras, daudzi atnes mājās gliemežvāku ar dzīvu jūras atmiņu. Lai arī cik pievilcīga šī ideja šķistu, dzirdamajam troksnim nav nekāda sakara ar jūru. Tā vietā auss dzird vairākas atbalsis no visām skaņām ārpus čaumalas. Dabiski skaņas avoti ir lapu šalkoņa un putnu dziedāšana, avota šalkoņa, pērkons pērkona negaisa laikā, sienāžu čivināšana un sniega čīkstēšana zem kājām – dabisko skaņas viļņu avotu uzskaitījums ir bezgalīgs.
Skaņas viļņu mehānisms
Atbalsis ir skaņas viļņi, kas atlec no gludas virsmas un sasniedz ausi. Piemēram, ja jūs kliedzat alā, varatsekundes daļu vēlāk, lai dzirdētu, ka jūsu balss atlec no alas sienām un atgrieztos. Šādi darbojas jūras gliemežvāks. Labākie skaņas avotu piemēri būtu tās izlietnes, kurām ir daudz tukšu kameru. Tās ir kā istabas tukšā mājā. Sienas pie izlietnes ir gludas, kas nozīmē, ka skaņas pie izlietnes, pat visklusākās, atkārtojas kamerās. Visa atbalss – no cilvēku runāšanas, mūzikas vai dabas skaņām – pārvēršas rūkoņā. Tam var pievienot arī sirdspukstus, ko paņem un sit nost ar izlietni. Daudzo atbalsu skaisto efektu sadzird sērfošanas skaņa.
Skaņas konvertēšana
Lai arī cik skaļi cilvēks kliegtu, pēc 100-200 metriem neviens viņu nedzirdēs, izņemot to, ka viņš kliedz pa telefonu. Vārds "telefons" ir tulkots no grieķu valodas kā "tāla skaņa". Telefona sarunas laikā skaņas viļņi tiek pārvērsti elektriskā strāvā. Uzņemšanas laikā notiek apgrieztais process. Šāda straume var pārvarēt jebkuru attālumu, izplatoties gaisā kā skaņas viļņi. Klausulē ir iebūvēts mikrofons, kas reaģē uz gaisa vibrācijām, kas rodas sarunas laikā. Mikrofons šīs vibrācijas pārvērš maiņstrāvā. Tas izplatās pa tālruņa līnijas vadiem un sasniedz abonentu otrā līnijas galā. Bet, tā kā cilvēks nejūt maiņstrāvas vibrācijas, tās ir jāpārvērš skaņas vibrācijās, kuras var dzirdēt. Šo funkciju veic neliels skaļrunis, kas iebūvēts klausulē. Elektriskie viļņi ietekmē magnētisko lauku,mainot savu spēku. Tas izraisa membrānas vibrāciju, radot skaņas viļņus, kas tiek identificēti kā zvanītāja balss.
Kādus viļņus dzird cilvēks?
Par skaņas viļņiem sauc tikai tos viļņus, kurus dzird cilvēki.
Skaņa ir noteikta diapazona mehāniski viļņi, kurus cilvēks var atšķirt. Pētījumi liecina, ka cilvēka dzirdes orgāni uztver viļņus diapazonā no 16 Hz līdz 20 000 Hz. Papildus tiem ir viļņi, kuru frekvence ir zem 16 Hz (infraskaņa) un virs 20 000 Hz (ultraskaņa). Bet tie neietilpst dzirdamības diapazonā un cilvēks tos nejūt.
Attēlā redzams cilvēka dzirdes diapazons.
Infraskaņas skaņas ultraskaņa
|_|_|_
0 16–20 20000 Hz
Citas frekvences var atšķirt pēc atsevišķiem dzīvniekiem vai kukaiņiem, tostarp zivīm, tauriņiem, suņiem un kaķiem, sikspārņiem, delfīniem.
Kā noteikt skaņas avotu? Avoti ir visu veidu ķermeņi, kas rada vibrācijas ar skaņas frekvenci (no 16 līdz 20000 Hz)
Mākslīgie avoti
Visu, ko radījis cilvēks, nevis daba, var attiecināt uz mākslīgiem skaņas avotiem, piemēri: kamertonis, zvans, tramvajs, radio, dators. Varat eksperimentēt, kā tiek radīts skaņas vilnis. Eksperimentam ir nepieciešams metāla lineāls, kas iestiprināts skrūvspīlēs. Ja iedarbosies uz lineālu, vari pamanīt vibrācijas, bet skaņa nebūs dzirdama. Bet tajā pašā laikā lineāla tuvumā veidojas mehānisks vilnis. Lineāla vibrāciju diapazons ir zem audio frekvences, tāpēc cilvēks nedzird skaņu. Pamatojoties uz šo pieredzi, 19. gadsimta beigās tika izgudrota ierīce, ko sauc par kamertonu.
Skaņa rodas tikai tad, kad ķermenis vibrē ar skaņas frekvenci. Viļņi iet dažādos virzienos. Starp ausi un skaņas avotu ir jābūt videi. Tā var būt gāze, šķidrums, cieta virsma, bet tai noteikti jābūt daļiņām, kas pārraida viļņus. Skaņas vibrāciju pārraide tiek veikta tikai tur, kur ir šāda vide. Ja nav vielas, nebūs skaņas.
Nosacījumi, kas nepieciešami, lai iegūtu skaņu
Lai izveidotu skaņas vilni, jābūt:
- Avots.
- Trešdiena.
- Dzirdes aparāts.
- Frekvence 16–20000 Hz.
- Intensitāte.
Skaņas uztvere ir subjektīvs process, kas atkarīgs no dzirdes orgāna stāvokļa un cilvēka pašsajūtas. Mikrofoni darbojas pēc tāda paša principa kā ausis, tikai bungādiņa vietā mikrofonā ir neliela, plāna metāla plāksne, kas piestiprināta pie magnēta. Mainoties gaisa spiedienam uz plāksnītes, magnēts šūpojas un rodas elektriskās vibrācijas.
Akustiskie sasniegumi
Agrāk cilvēki skaņu saglabāja dažādos veidos: vinila platēs, fotofilmās vai kā magnētiskās daļiņas uz magnētiskās lentes. Dators kā skaņas avots glabā informāciju par pašreizējo līmeni, regulāri nolasa līmenispriegumu un saglabājiet katru vērtību kā skaitli. Mūsdienās gandrīz visos datoros ir skaņas karte, kas ļauj ierakstīt un atskaņot skaņas ziņojumus un mūziku no ārējām ierīcēm (mikrofons, magnetofons, kompaktdiski) vai apstrādāt digitālos audio datus, kas ierakstīti digitālā skaņas avotā, informācijas nesējos (cietajos diskos, DVD, CD, Blu-ray diski) un izvadiet tos skaļruņos.
Ciparu tehnoloģiju attīstība nestāv uz vietas. Tikai 100 gadu laikā skaņas progress ir virzījies no mehāniskās ierakstīšanas laikmeta, no mūzikas kastēm līdz digitālās ierakstīšanas laikmetam. Akustikas sasniegumi jau ir pārsteidzoši.
Zinātnieki ir atraduši veidu, kā pārsūtīt datus no datora uz datoru, izmantojot tikai skaņu. Ir izveidots akustiskais skalpelis, kas spēj atdalīt pat vienu šūnu, nanotehnologi jau izstrādā veidu, kā ar balss palīdzību uzlādēt mobilo telefonu. Nākotnē cilvēci gaida neticami atklājumi, kuros skaņa būs tieši iesaistīta.
