Ревенко Артем и Исмаилов Дима

В этой проектно-исследовательской работе учащиеся изучили строение уха, природу звука и его основные характеристики, его влияние на неживые предметы и живые существа.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальный конкурс проектно-исследовательских работ

младших школьников «Я – исследователь»

Направление: физическое

Исследовательская работа

Тема: «Почему мы слышим звуки?»

(Исследование звуковых волн)

Ревенко Артём Александрович,

учащиеся 4 класса МБОУ ООШ № 5

г.Шатуры

Руководитель: Столчнева Мария Дмитриевна,

учитель начальных классов

2012 г.

Введение.

1.1.Из истории звука.

1.2.Что такое звук?

1.3.Звук и слух. Строение уха. Почему надо беречь уши? 1.4.Распространение звука.

1.5. Ультразвуки и инфразвуки. Эхолокация в природе.

Глава 2. Моё исследование.

2.1.Образование звука.

2.2.Исследование характеристик звука: высоты, тембра, громкости.

2.3.Звуковые явления. (Опыт. Влияние громкости на неживые предметы; на живые существа).

Заключение.

Список литературы.

Приложение 1.

Приложение 2.

Введение

Пытаются шептать клочки афиш,

Пытается кричать железо крыш,

И в трубах петь пытается вода

И так мычат бессильно провода.

Е. Евтушенко

Мы живем в удивительном мире звуков. Они окружают нас повсюду. Мы слышим шум ветра и шелест листьев, журчание ручья и грохот грома, звук музыкального инструмента, пение соловья и стрекотание кузнечика, скрип двери и шум моторов.

Что такое звук? Как он возникает? Чем один звук отличается от других?

Почему мы слышим звуки? Все эти вопросы заинтересовали меня. И я решил провести исследование.

В связи с этим я поставил перед собой цель: исследовать природу звуковых волн.

Объектом изучения стали звуковые волны, а п редметом моего исследования : их физические свойства.

Гипотеза: колебания звуковых волн влияют на неживые предметы и живые существа.

Задачи:

1. изучить литературу и подобрать материал о звуке;
2. определить методы, с помощью которых можно исследовать звуковые волны;
3. установить, как образуется и распространяется звук;
4. изучить строение уха;
5. изучить физические свойства звука: высоту, тембр, громкости;
6. выяснить, как громкость звука влияет на неживые предметы и живые существа;
7. подготовить необходимые материалы;
8. провести опыты и эксперименты, проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

Методы :

1. обзор и анализ литературы;

1. поведение экспериментов, опытов;
2. работа со словарем, литературой, интернет-ресурсами;
3. наблюдение в естественных условиях (сбор показаний), опрос;
4. анализ различных источников информации, их сравнение с полученными результатами, обобщение.

Свое исследование я проводил в своем классе и дома на протяжении 4 месяцев, с октября. Сначала я подобрал литературу, изучил ее. Затем подобрал доступное мне оборудование для исследования. После я приступил к исследованию.

Глава 1. Удивительный мир звуков

1.1.Из истории звука

В глубокой древности звук казался людям удивительным, таинственным порождением сверхъестественных сил. Они верили, что звуки могут укрощать диких животных, сдвигать скалы и горы, преграждать путь воде, вызывать дождь, творить другие чудеса. В Древнем Египте, заметив удивительное воздействие музыки на человека, ни один праздник не обходился без ритуальных песнопений. Древние индийцы раньше других овладели высокой музыкальной культурой. Они разработали и широко использовали нотную грамоту задолго до того, как она появилась в Европе. Понять и изучить звук люди стремились с незапамятных времен. Греческий ученый и философ Пифагор, доказал, что низкие тона в музыкальных инструментах присуще длинным струнам. При укорочении струны вдвое звук ее повысится на целую октаву. Открытие Пифагора положило начало науки об акустики. Первые звуковые приборы были созданы в театрах Древней Греции и Рима: актеры вставляли в свои маски маленькие рупоры для усиления звука. Известно также применение звуковых приборов в египетских храмах, где были «шепчущие» статуи богов.

1.2.Что такое звук?

С первого класса я уже знал, что «звуки издают предметы и живые существа. Звуки мы можем передать голосом. Он бежит невидимой волной. У нас есть чудесные приборы, которые улавливают эту волну. Эти приборы уши. Внутри наше ухо очень сложное. Оно боится шума, резких, громких звуков. Уши надо беречь.

Иногда звук добегает до какого-нибудь препятствия (например, до горы, леса) и, обратно. Тогда мы слышим эхо» .

Что же такое звук?

Проведу два простых опыта.

Опыт 1 . Приложу ладонь к своей гортани, произнесу какой – либо гласный звук. Гортань начинает дрожать, колебаться. Эти колебания хорошо ощущаются ладонью. Я их не вижу, но слышу.

Опыт 2. Зажму в тисках длинную стальную линейку. Если над тисками будет выступать большая часть линейки, то, вызвав ее колебания, мы не услышим порождаемые ею волны. Но если укоротить выступающую часть линейки и тем самым увеличить частоту ее колебаний, то мы обнаружим, что линейка начнет звучать.

Исходя из опытов, я сделал вывод , что звук получается в результате колебаний. Эти волны, распространяясь в воздухе, а также внутри жидкостей и твердых тел, невидимы. Однако при определенных условиях их можно услышать.

Упругие волны, способные вызвать у человека слуховые ощущения, называются звуковыми волнами или просто звуком.

В толковом словаре Ожегова говорится, что « звук – это то, что слышится, воспринимается слухом: физическое явление, вызываемое колебательными движениями частиц воздуха или другой среды».

Рассмотрю примеры, поясняющие физическую сущность звука. Струна музыкального инструмента передает свои колебания окружающим частицам воздуха. Эти колебания будут распространяться все дальше и дальше, а достигнув уха, вызовут колебания барабанной перепонки. Я услышу звук. В каждой среде в результате взаимодействия между частицами колебания передаются все новым и новым частицам, т.е. в среде распространяются звуковые волны.

Наука, изучающая звуковые волны, называется акустикой. Акустика имеет несколько разновидностей. Так физическая акустика занимается изучением самих звуковых колебаний. Электроакустика, или техническая акустика, занимается получением, передачи, приемом и записью звуков при помощи электрических приборов. Архитектурная акустика изучает распространение звука в помещениях. Музыкальная акустика исследует природу музыкальных звуков, а также музыкальные настрой и системы. Гидроакустика (морская акустика) занимается изучением явлений, происходящих в водной среде, связанных с излучением, приемом и распространением акустических волн. Атмосферная акустика изучает звуковые процессы в атмосфере, в частности распространение звуковых волн, условие сверхдальнего распространения звука. Физиологическая акустика исследует возможности органов слуха, их устройство и действие. Она изучает образование звуков органами речи и восприятие звуков органами слуха, а также вопросы анализа и синтеза речи. Биологическая акустика рассматривает вопросы звукового и ультразвукового общения животных.

Обратившись к литературе, я узнал, что, как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот . Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16-20 Гц до 15-20 кГц. 20 Гц – это, пожалуй, раскаты грома, а 18 000 Гц – тончайший комариный писк.

Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком ; выше: до 1 ГГц, - ультразвуком , от 1 ГГц - гиперзвуком . Среди слышимых звуков следует также особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых состоит устная речь ) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка ).

Вывод: звук – это упругие волны, распространяющиеся в упругой среде. Человек слышит звук в диапазоне от 16-20 Гц до 15-20 кГц. Есть ультразвуки – до 1 ГГц, гиперзвуки от 1 ГГц, инфразвуки – до 16-20 Гц. Акустика изучает звуковые колебания.

1.3.Звук и слух. Строение уха. Почему надо беречь уши?

Передо мной стали вопросы: из чего состоит ухо? Почему в ушах образуется сера? Почему надо беречь уши?

Наблюдая за своими родными и близкими, я понял, что мы все по-разному слышим одни и те же звуки, для кого-то они кажутся тихими, а для других наоборот - громкими. Оказывается, человеческое ухо наиболее чувствительно к звукам с частотой от 1000 до 3000 Гц. Наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 15-20 лет. С возрастом слух ухудшается. У человека до 40 лет наибольшая чувствительность находится в области 3000 Гц, от 40 до 60 лет - 2000 Гц, старше 60 лет - 1000 Гц. Звуки могут отличаться один от другого по тембру. Основной тон звука сопровождается, как правило, второстепенными тонами, которые всегда выше по частоте и предают основному звуку дополнительную окраску. Они называются обертонами. Чем больше обертонов налагается на основной тон, тем «богаче» звук в музыкальном отношении. Органы слуха благодаря своему замечательному устройству легко отличают одно колебание от другого, голос близкого или знакомого человека от голосов других людей. Потому, как говорит человек, мы судим о его настроении, состоянии, переживаниях.

Природа, наделяя живые существа слухом, проявила немалую изобретательность. Органы, воспринимающие звук, расположены у них на участках весьма различных, а подчас и неожиданных: у кузнечика и сверчка, к примеру, на голенях передних ножек, у саранчи - на брюшке, у комаров - на усиках-антеннах. У позвоночных органы слуха в процессе эволюции заняли почетное место по бокам головы, а у млекопитающих появилась и развитая ушная раковина. Низшие животные довольствуются защитными складками кожи, прикрывающими слуховой проход: крокодилу такие складки помогают во время погружения под воду; у птиц - аиста, утки, воробья - аналогичную защитную роль выполняет тонкая пленка. Ушная раковина - чаще ее называют попросту ухом - у многих животных весьма подвижна. Собака прислушивается, «играя ушами» - поднимая, опуская или отводя их в стороны. Лошадь и еж, олень и заяц шевелят ушами, определяя направление звука. У африканского носорога - воронкообразные уши, они могут действовать независимо друг от друга: стараясь распознать шорохи спереди и сзади.

Строение уха (смотри рис.1, приложение 1).

Я узнал, что анатомически ухо делится на три части: наружное, среднее и внутреннее ухо.
Наружное ухо.
Выступающая часть наружного уха называется ушной раковиной, ее основу составляет полужесткая опорная ткань - хрящ. Отверстие наружного слухового прохода расположено в передней части ушной раковины, а сам проход направлен внутрь и слегка вперед. Ушная раковина концентрирует звуковые колебания и направляет их в наружное слуховое отверстие.
Оказывается, что с окружающей среды попадают не только звуки в орган, но и различные инородные тела, микробы. Поэтому в слуховом проходе постоянно выделяется секрет - ушная сера .
Ушная сера - воскообразный секрет сальных и серных желез наружного слухового прохода. В ее функции входит защита кожи этого прохода от бактериальной инфекции и инородных частиц, например насекомых, которые могут попасть в ухо. У разных людей количество серы различно. Плотный комок ушной серы (серная пробка) может привести к нарушению проведения звука и тугоухости, поэтому уши необходимо чистить регулярно ватным тампоном.
Среднее ухо , это целый комплекс - включающий барабанную полость и слуховую (евстахиеву) трубу, относится к звукопроводящему аппарату. Тонкая плоская мембрана , называемая барабанной перепонкой, отделяет внутренний конец наружного слухового канала от барабанной полости - уплощенного, прямоугольной формы пространства, заполненного воздухом. В этой полости среднего уха находится цепочка из трех подвижно сочлененных миниатюрных косточек (слуховых косточек), которая передает колебания от барабанной перепонки во внутреннее ухо. В соответствии с формой, косточки называются молоточек, наковальня и стремя (смотри рис.2, приложение1).
Молоточек своей рукояткой прикреплен к центру барабанной перепонки при помощи связок, а его головка соединяется с наковальней, которая, в свою очередь, прикреплена к стремени. Основание стремени вставлено в овальное окно - отверстие в костной стенке внутреннего уха. Крошечные мышцы способствуют передаче звука, регулируя движение этих косточек.

Оптимальным условием для колебаний барабанной перепонки является одинаковое давление воздуха с обеих сторон.

Так и происходит благодаря тому, что барабанная полость сообщается с внешней средой через носоглотку и слуховую трубу, которая открывается в нижний передний угол полости. При глотании и зевании воздух проникает в трубу, а оттуда в барабанную полость, что позволяет поддерживать в ней давление, равное атмосферному.
Внутреннее ухо. Костная полость внутреннего уха, содержащая большое число камер и проходов между ними, называется лабиринтом. Он состоит из двух частей:

Костного лабиринта и

Перепончатого лабиринта.
Костный лабиринт - это ряд полостей, расположенных в плотной части височной кости; в нем различают три составляющие: полукружные каналы - один из источников нервных импульсов, отражающих положение тела в пространстве; преддверие; и улитку - орган слуха.

К огда звуковая волна доходит до нашего уха, она улавливается им – «влетает» в ушную раковину, или наружное ухо. Звук доходит до барабанной перепонки. Барабанная перепонка натянута сравнительно туго, и звук заставляет ее колебаться, вибрировать. За барабанной перепонкой находится среднее ухо – небольшая полость, заполненная воздухом. Когда давление в наружном ухе увеличивается, барабанная перепонка прогибается внутрь. Перепады давления в среднем ухе повторяют перепады давления в звуковой волне и передаются дальше, во внутреннее ухо. Внутреннее ухо – это полость, свернутое улиткой и заполненное жидкостью. Ухо имеет два порога слышимости: нижний и верхний. Натренированное ухо может слышать в полной тишине в лесу звук падающей листвы. Если перейти верхний порог громкости звука, то в ушах возникнет сильная боль.

В действии органов слуха большую роль играет резонанс. Основная мембрана, натянутая вдоль улитки - внутреннего уха, состоит из множества эластичных волокон, общее число которых достигает 24 000, у основания улитки они короткие (0,04мм), тонкие и натянутые, а у вершины длинные (до 0, 5) мм, более толстые и менее натянутые. Попавшие в ухо звуковые волны вызывают вынужденные колебания жидкости, заполняющей внутреннее ухо. И вследствие явления резонанса – дрожание волоконец определенной длины. Чем выше звук, тем более короткие волоконца резонируют с ним; чем сильнее звук, тем больше размах колебаний волоконец. Именно этим и объясняется способность человека воспринимать звуки. У человека диапазон воспринимаемых частот лежит в полосе от 16 Гц до 20 кГц. В то время как у кошки диапазон гораздо шире: от 60 Гц до 60 кГц. Довольно широка полоса слышимости у птиц, черепахи, лягушки, кузнечика. Чрезвычайно «тонким слухом» обладают ночные хищники.

К сожалению, не все люди могут слышать.

Нарушение слуха - полное (глухота ) или частичное (тугоухость) снижение способности обнаруживать и понимать звуки . Нарушением слуха может страдать любой организм , способный воспринимать звук . Звуковые волны различаются по частоте и амплитуде . Потеря способности обнаруживать некоторые (или все) частоты или неспособность различать звуки с низкой амплитудой , называется нарушением слуха.

http://ru.wikipedia.org/wiki/

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Рисунок 4.

Приложение 2.

Таблица 1.

Источник шума, помещение	Уровень шума, дБ	Реакция организма на длительное акустическое воздействие
Листва, прибой, Средний шум в квартире, классе		Успокаивает Гигиеническая норма
Шум внутри здания на магистрали Телевизор Поезд (метро, на		Появляются чувство раздражения, утомляемость, головная боль

музыка

спокойно

слегка двигаются

подпрыгивают

Riana

движения нет

движения нет

двигаются медленно

Kristina Agilera Not muself tonigt

двигаются чуть-чуть

слегка подпрыгивают

активно прыгают

Ladi Gaga Telephon

движения нет

движения нет

Движение появляется только при звучании басов

Реп

Eminem

нет движения

двигаются медленно

двигаются активно

Детская песня

Мама

движения нет

ползают

слегка подпрыгивают

Классика

Рихард Вагнер Дорога в Вальхаллу

ползают

активно подпрыгивают

Вальс Штрауса

ползают

ползают, слегка подпрыгивают

активно ползают и подпрыгивают

Генриха Герца , который внёс важный вклад в развитие электродинамики . Название было учреждено Международной электротехнической комиссией в 1930 году . В 1960 году на генеральной конференции по мерам и весам это название было принято взамен ранее существовавшего термина (число циклов в секунду ).
Ультразвук в сельском хозяйстве
Ультразвук в пищевой промышленности
Ультразвук в биологии
Ультразвуковая диагностика заболеваний
Ультразвуковое лечение заболеваний
На суше и на море

Совокупность слышимых и неслышимых звуков напоминает в принципе спектр солнечных лучей, в котором есть видимая область - от красного до фиолетового цвета и две невидимые - инфракрасная и ультрафиолетовая. Именно по аналогии с солнечным спектром получили название звуки, не воспринимаемые человеческим ухом: инфразвук, ультразвук и гиперзвук.
Восприятие звуков людьми очень индивидуально. Каждый слышит, так сказать, по-своему. Дети, например, слышат звуки более высоких частот, чем пожилые люди.
Как уже упоминалось, звук следует рассматривать с объективной и субъективной точек зрения. Звук как субъективное явление более сложен и менее изучен, чем его объективная физическая сущность.
Как мы воспринимаем звук?
Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового прохода, соединяющего ее с барабанной перепонкой. Основная функция наружного уха - определение направления на источник звука. Слуховой проход, представляющий сужающуюся внутрь трубку длиной два сантиметра, предохраняет внутренние части уха и играет роль резонатора. Слуховой проход заканчивается барабанной перепонкой - мембраной, которая колеблется под действием звуковых волн. Именно здесь, на внешней границе среднего уха, и происходит преобразование объективного звука в субъективный, то есть звуковой волны в субъективное ее ощущение.
Непосредственно за барабанной перепонкой расположены три маленькие соединенные между собой косточки: молоточек, наковальня и стремя, с помощью которых колебания передаются внутреннему уху. Там, в слуховом нерве, они преобразуются в биоэлектрические сигналы. Малая полость, где находятся молоточек, наковальня и стремя, наполнена воздухом и соединена с полостью рта евстахиевой трубой. Благодаря последней поддерживается одинаковое давление на внутреннюю и внешнюю стороны барабанной перепонки. Обычно евстахиева труба закрыта, а открывается лишь при внезапном изменении давления (при зевании или глотании) для выравнивания его. Если у человека евстахиева труба блокирована, например, из-за простудного заболевания, то давление не выравнивается, и человек ощущает боль в ушах.
При передаче колебаний от барабанной перепонки к овальному окну, которое является началом внутреннего уха, энергия первоначального звука как бы концентрируется в среднем ухе. Это осуществляется двумя способами, в основе которых лежат хорошо известные принципы механики. Во-первых, уменьшается амплитуда, но одновременно увеличивается мощность колебаний. Здесь можно провести аналогию-с рычагом, когда для поддержания равновесия к большому плечу прикладывается меньшая сила, а к меньшему - большая. С какой точностью осуществляется такое превращение в человеческом ухе, видно из того, что амплитуда колебаний барабанной перепонки равна диаметру атома водорода (10~8 сантиметра), а молоточек, наковальня и стремя уменьшают ее в три раза. Во-вторых, и это более существенно, концентрация звука обусловливается разностью диаметров барабанной перепонки и овального окна внутреннего уха.
Сила, действующая на барабанную перепонку, равна произведению давления на площадь барабанной перепонки. Эта сила через молоточек, наковальню и стремя воздействует на овальное окно, с противоположной стороны которого находится жидкость. Площадь овального окна в 15-30 раз меньше площади барабанной перепонки, поэтому и давление на него в 15-30 раз больше. Кроме того (как уже было сказано, молоточек, наковальня и стремя увеличивают мощность колебаний в три раза), благодаря среднему уху давление на овальное окно превышает почти в 90 раз первоначальное давление, действующее на барабанную перепонку. Это очень важно, поскольку дальше звуковые волны распространяются уже 8 жидкости. Не будь увеличения давления, звуковые волны вследствие эффекта отражения не смогли бы проникнуть в жидкость. Молоточек, наковальня и стремя имеют крошечные мышцы, которые обеспечивают защиту внутреннего уха от повреждений при воздействии сильных шумов. Внезапные очень интенсивные звуки могут разрушить этот защитный механизм и вызвать серьезные повреждения уха.
Слуховой аппарат человека - необычайно сложный механизм. Особенно в той части, которая начинается с так называемого овального окна - порога внутреннего уха. Звуковые волны здесь уже распространяются в жидкости (перилимфе), которой наполнена улитка. Этот орган внутреннего уха, действительно напоминающим улитку, имеет длину три сантиметра и по всей длине разделен перегородкой на две части. Звуковые волны, попавшие на овальное окно улитки, доходят до перегородки, огибают ее и далее распространяются почти к тому же самому месту, где они впервые коснулись перегородки, но уже с другой стороны.
Перегородка улитки, по сути дела, состоит из основной мембраны, очень тонкой и тугой вблизи овального окна, но становящейся толстой и вялой ближе к <хвосту> улитки. Звуковые колебания создают на поверхности основной мембраны волнообразную рябь, при этом гребни для каждой данной частоты лежат в совершенно определенных участках мембраны. Высокочастотные звуки создают максимум колебаний на том участке основной мембраны, где она наиболее натянута, то есть вблизи овального окна, низкочастотные же звуки - на хвостовую часть улитки, где основная мембрана толстая и вялая. Этот механизм позволяет объяснить, как человек выделяет тоны различной частоты.
Механические колебания преобразуются в электрические в специальном органе (органе Корти), размещенном над верхней частью основной мембраны и представляющем собой набор из 23,5 тысячи <мясистых> ячеек, расположенных вдоль длины органа четырьмя рядами. Над органом Корти находится похожая на заслонку текто-риальная мембрана. Оба эти органа погружены в эндо-лимфу и отделены от остальной части улитки мембраной Рейснера. Волоски, растущие из ячеек органа Корти, почти пронизывают поверхность текториальной мембраны. Основная мембрана, на которой находится орган Корти вместе со своими волосистыми ячейками, как бы шарнирно подвешена на текториальной мембране. При деформации основной мембраны между ними возникают касательные напряжения, которые изгибают волоски, соединяющие две мембраны. Благодаря такому изгибу и происходит окончательное преобразование звука - теперь он уже закодирован в виде электрических сигналов. Изгибы волосков играют в некотором роде роль пусковых механизмов для электрохимических реакций в ячейках. Они и являются источниками электрических сигналов.
Что происходит далее со звуком и какую форму он приобретает, пока еще остается до конца неразгаданной тайной. Известно только, что теперь звук закодирован всплесками электрической активности, так как каждая волосистая ячейка выделяет электрический импульс. Природа этого кода тоже пока неизвестна. Расшифровка его усложняется тем, что волосистые ячейки излучают электрические импульсы даже тогда, когда никакого звука нет. Только разгадав этот код, можно будет попять истинную природу субъективного звука, понять, как мы слышим то, что слышим.
Основные физические характеристики любого колебательного движения - период и амплитуда колебания, а применительно к звуку - частота и интенсивность колебаний.
Периодом колебания называется время, в течение которого совершается одно полное колебание, когда, например, качающийся маятник из крайнего левого положения переместится в крайнее правое и вернется в исходное положение.
Частота колебаний - это число полных колебаний (периодов) за одну секунду. Эту величину в Международной системе единиц называют герц (Гц). Частота - одна из основных характеристик, по которой мы различаем звуки. Чем больше частота колебаний, тем более высокий звук мы слышим, то есть звук имеет более высокий тон.
Нам, людям, доступны звуки, ограниченные следующими частотными пределами: не ниже 15-20 герц и не выше 16-20 тысяч герц. Ниже этого предела находится инфразвук (меньше 15 герц), а выше - ультразвук и гиперзвук, то есть 1,5-10 4 - 10 9 герц и 10 9 -10 13 герц соответственно.
Ухо человека наиболее чувствительно к звукам с частотой от 2000 до 5000 герц. Наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 15-20 лет. Затем слух ухудшается. У человека до 40 лет наибольшая чувствительность находится в области 3000 герц, от 40 до 60 лет - 2000 герц, а старше 60 лет- 1000 герц. В пределах до 500 герц человек различает повышение или понижение частоты всего лишь на один герц. На более высоких частотах люди менее восприимчивы к такому незначительному изменению частоты. Так, например, при частоте более 2000 герц человеческое ухо способно отличить один звук от другого только тогда, когда разница в частоте будет не меньше 5 герц. При меньшей разнице звуки будут восприниматься как одинаковые. Однако правил без исключений не бывает. Есть люди, обладающие необычайно тонким слухом. Например, одаренный музыкант может отреагировать на изменение даже на какую-то долю одного колебания.
С периодом и частотой связано понятие о длине волны. Длиной звуковой волны называется расстояние между двумя последовательными сгущениями или разрежениями среды. На примере волн, распространяющихся на поверхности воды,- это расстояние между двумя гребнями (или впадинами).
Звуки могут отличаться один от другого и по тембру?. Это значит, что одинаковые звуки по высоте тона могут звучать по-разному, потому что основной тон звука сопровождается, как правило, второстепенными тонами, которые всегда выше по частоте. Они придают основному звуку дополнительную окраску и называются обертонами. Иными словами, тембр - качественная характеристика звука. Чем больше обертонов накладывается на основной тон, тем <сочнее> звук в музыкальном отношении. Если основной звук сопровождается близкими ему по высоте обертонами, то сам звук будет мягким, <бархатным>. Когда же обертоны значительно выше основного тона, появляется <металличность> в звуке или голосе.
Органы слуха благодаря своему замечательному устройству легко отличают особенности одного колебания от другого, голос близкого или знакомого человека от голосов других людей. По тому, как говорит человек, мы судим о его настроении, состоянии, переживаниях. Радость, боль, гнев, испуг, страх перед опасностью - все это можно услышать, даже не видя того, кому принадлежит голос.
Вторая основная характеристика - амплитуда колебаний. Это наибольшее отклонение от положений равновесия при гармонических колебаниях. На примере с маятником амплитуда - максимальное отклонение его от положения равновесия в крайнее правое или левое положение. Амплитуда колебаний, так же как и частота, определяет интенсивность (силу) звука. При распространении звуковых волн отдельные частицы упругой среды последовательно смещаются. Это смещение передается от частицы к частице с некоторым запозданием, величина которого зависит от инерционных свойств среды. Передача смещений от частицы к частице сопровождается изменением расстояния между этими частицами, в результате чего происходит изменение давления в каждой точке среды.
Акустическая волна несет в направлении своего движения определенную энергию. Благодаря этому мы слышим звук, создаваемый источником, находящимся на определенном расстоянии от нас. Чем больше акустической энергии достигает уха человека, тем громче слышится звук. Сила звука, или ее интенсивность, определяется количеством акустической энергии, протекающей за одну секунду через площадку в один квадратный.сантиметр. Следовательно, интенсивность акустических волн зависит от величины акустического давления, создаваемого источником звука в среде, которое, в свою очередь, определяется величиной смещения частиц среды, вызываемого источником. В воде, например, даже очень небольшие смещения создают большую интенсивность/ звуковых волн.
Интенсивность обычных, воспринимаемых человеческим ухом звуков очень мала. Громкому разговору, к примеру, соответствует интенсивность звука, равная приблизительно одной миллиардной доле ватта на квадратный сантиметр. Но так как площадь двух слуховых каналов ушей человека приблизительно равна одному квадратному сантиметру, то мощность в одну миллиардную долю ватта человек воспринимает как достаточно громкий звук. Если бы мы захотели вскипятить чайник с водой, используя энергию звуковой речи, превращенную в тепло без всяких потерь, то для этого потребовалась бы энергия непрерывного громкого разговора всех жителей Москвы в течение суток, в то время как на газовой плите такой чайник закипает в течение 10 минут. А мощность, которая получилась бы при одновременном крике всех людей земного шара, была бы в два раза меньше мощности двигателя автомобиля <Жигули>.
С интенсивностью звука связана громкость. Чем больше интенсивность звука, тем он громче. Однако понятия о громкости и интенсивности не равнозначны. Громкость звука - это мера силы слухового ощущения, вызываемого звуком. Звук одинаковой интенсивности может создавать у различных людей неодинаковые по своей громкости слуховые восприятия. Так, например, звуки, одинаковые по интенсивности, но различающиеся по высоте, воспринимаются ухом с разной громкостью в зависимости от особенностей слуховых восприятий. Мы не воспринимаем как очень слабые, так и очень громкие звуки. Каждый человек обладает так называемым порогом слышимости, который определяется наименьшей интенсивностью звука, необходимой для того, чтобы звук был услышан.
Наиболее хорошо воспринимаемые звуки по частоте лучше различаются и по громкости. При частоте 32 герца по громкости различаются три звука, при частоте 125 герц - 94 звука, а при частоте 1000 герц - 374. Увеличение это не беспредельно. Начиная с частоты 8000 герц, число различимых звуков по громкости уменьшается. При частоте 16 000 герц человек может различать только 16 звуков.
Звуки очень большой интенсивности человек перестает слышать и воспринимает их как ощущение давления или боли. Такую силу звука называют порогом болевого ощущения. Исследования показали, что интенсивность, при которой звуки разной частоты вызывают болевое ощущение, различна. Если силу звука увеличить в миллион раз, громкость возрастает только в несколько сотен раз. Выяснилось, что ухо преобразует силу звука в громкость по сложному логарифмическому закону, ограждая свои внутренние части от чрезмерных воздействий.
Наиболее мощные звуки, с которыми большинству людей приходится сталкиваться в своей повседневной жизни, вызывают либо раздражение, либо даже боль в. ушах. Но если мощность звука, обусловливающего болезненное ощущение в ушах, понизить в десять миллионов раз, то и такой звук оказывается достаточно интенсивным, чтобы распространяться в воздухе.
Для измерения нашего субъективного восприятия звука используется логарифмическая шкала. Когда мощность одного звука в 10 раз больше мощности другого, то говорят, что интенсивность первого звука составляет 10 децибел по отношению ко второму, в 100 раз - 20 децибел, в 1000 раз - 30 децибел и т. д. Иными словами, всякий раз, когда отношение мощностей звука увеличивается в 10 раз, интенсивность звука, выраженная в децибелах, возрастает на 10. При таком подходе мы получаем не абсолютную, а лишь относительную шкалу. Необходимо как-то выделить уровень нулевой интенсивности, чтобы от него производить отсчет. Такой уровень выбран на основе субъективных показателей - это минимальный порог восприятия звука человеческим ухом, который равен 10 ~12 ватта на квадратный метр. Звук в 10 раз более мощный имеет уровень интенсивности 10 децибел, в миллион раз - 60 децибел, в 10 миллион миллионов раз, вызывающий болевое ощущение,- 130 децибел, что соответствует 10 ваттам на квадратный метр.
Имеется еще одна особенность человеческого слуха. Если к звуку определенной громкости добавить звук той же или близкой к ней частоты, то общая громкость окажется меньше математической суммы тех же громкостей. Одновременно звучащие звуки как бы компенсируют или маскируют друг друга. А звуки, далеко отстоящие по частоте, не влияют друг на друга, и их громкость оказывается максимальной. Эту закономерность композиторы используют для достижения наибольшей мощности звучания оркестра.
С точки зрения восприятия органами слуха звуков их можно разделить в основном на три категории: шум, музыка, речь. Такое разделение оправдано не только нашей привычкой к классификации явлений и предметов. Шум, музыка и речь - разные области звуковых событий,^ обладающие специфической для человека информацией. Потому-то они и изучаются разными специалистами.
Шум - бессистемное сочетание большого количества звуков, когда все эти звуки сливаются в нечто хаотическое, нестройное. Каждый из нас достаточно хорошо знаком с этим не всегда приятным явлением. Даже когда мы, занятые своими мыслями, не замечаем будто бы шума, он оказывает на нас свое воздействие, как правило, отрицательное. Час, другой, и мы чувствуем, что начинает побаливать голова, появляется слабость.
Причем нам иногда кажется, что все это происходит вроде бы беспричинно. Только уж если шум мешает нам основательно, действует на нас раздражающе, мы твердо знаем, что голова заболела от него.
Сейчас специалисты считают борьбу с шумом в городах и особенно на промышленных предприятиях одной из важнейших проблем. Речь идет, конечно, не о том, чтобы всюду стояла абсолютная тишина. Да она просто и не достижима в условиях современного города и современного производства. Более того, человек не может жить в абсолютной тишине и никогда не стремится к ней. Не случайно безмолвие сурдокамер - одно из не-^ легких испытаний для тех, кто готовится к космическим полетам. Человек, долго находящийся в абсолютной тишине, испытывает <информационный голод>, который может привести к расстройству психики. Словом, длительная абсолютная тишина так же пагубна для психики, как и беспрерывный повышенный шум. Оба эти состояния противоестественны для человека, который за миллионы лет эволюции приспособился к определенному шумовому фону - разнообразным и ненавязчивым звукам природы.
Наблюдения за состоянием здоровья рабочих шумных цехов показали, что под действием шума нарушается динамика центральной нервной системы и функции вегетативной нервной системы. Проще говоря, шум может повышать давление крови, учащать или замедлять пульс, понижать кислотность желудочного сока, кровообращение мозга, ослаблять память, снижать остроту слуха. У рабочих шумных производств отмечается боле* высокий процент заболеваний нервной и сосудистой систем, желудочно-кишечного тракта.
Одна из причин отрицательного воздействия шумов е том, что, когда мы сосредоточиваемся, чтобы лучше слышать, наш слуховой аппарат работает с большой перегрузкой. Одноразовая перегрузка не страшна, но когд мы перенапрягаемся изо дня в день, из года в год, бесследно это не проходит.
Какое количество и какого именно шума может вы держать человек, зависит от возраста. Молодые, как правило, выдерживают больше шума, чем пожилые, грохот оркестра или пронзительное пение, которое нра вится подростку, может совершенно вывести из себя человека в возрасте. Как же врачи и специалисты по акустике определяют уровень шума? Для измерения интенсивности звука в слуховом восприятии принята международная шкала громкости, разделенная на 13 бел, или 130 децибел. По этой шкале нулю соответствует порог слышимости, 10 децибел - шепот низкой громкости, 20 децибел - шепот средней громкости, 40 децибел - тихий разговор, 50 децибел - разговор средней громкости, 70 децибел - шум пишущей машинки, 80 децибел - шум работающего двигателя грузового автомобиля, 100 децибел - громкий автомобильный сигнал на расстоянии 5-7 метров, 120 децибел - шум работающего трактора на расстоянии одного метра и, наконец, 130 децибел - порог болевого ощущения, то есть порог выносливости уха. Установлено, что максимальные величины, будто не влияющие на организм, равны 30-35 децибелам, однако при длительном воздействии такого шума у практически здоровых людей может дать <сбой> нервная система, что выражается, как правило, нарушением сна.
Медики настойчиво продолжают исследовать влияние шума на здоровье человека. Они, например, установили, что при повышении шума увеличивается выделение адреналина. Адреналин в свою очередь влияет на работу сердца и, в частности, способствует выделению свободных жирных кислот в кровь. Для этого достаточно человеку кратковременно находиться под воздействием шума интенсивностью 60-70 децибел. Шум более 90 децибел способствует более активному выделению кортизона. А это в определенной степени ослабляет способность печени бороться с вредными для организма веществами, в том числе и с теми, которые способствуют возникновению рака.
Оказалось, что шум вреден также и для зрения человека. К такому выводу пришла группа болгарских врачей, исследовавших эту проблему. Специалисты, участвовавшие в опытах, по нескольку*часов находились в затемненных камерах, куда постоянно транслировался записанный на магнитофонную пленку шум от работы станков и механизмов. При этом было установлено, что заметно уменьшается активность сетчатки глаза, от которой зависит работа глазных нервов, а следовательно, острота зрения. Итак, шум - очень неблагоприятное явление для человека, он заметно снижает производи-1ьность умственного и физического труда. Невозможно перечислить все техногенные источники шума, от которого требуется активная защита. Но если иметь в виду уличный шум современного большого города, то его основной источник установить не столь уж трудно - это транспорт, особенно неумолчно урчащие, а то просто ревущие автомобили. В некоторых крупных городах мира шум в дневное время достигает 120-130 децибел. В Западной Европе есть города, где в течение нескольких лет жители не могут днем работать, а ночью спать - над их домами непрерывно проносятся реактивные самолеты.
Возникает вопрос, можно ли бороться с шумами и как?
В Советском Союзе борьбе с шумом, улучшению акустических условий оказывается повсеместное внимание. Самолетам, как правило, запрещено летать над городами. Шумные предприятия либо изолируют от жилых районов зелеными насаждениями, либо стараются и* вывести за городскую черту. В новых районах строят широкие проспекты, где звуки больше поглощаются, не отражаясь многократно от стен домов. В населенных пунктах запрещены звуковые сигналы всех видов транспорта (исключения оговариваются правилами дорожного движения).
Растения - хороший гаситель шума. Деревья и кустарники снижают шум на 5, 10, а иногда и на 20 деци бел. Безусловно, что эффективность зеленых насаждений зависит от их планировки и пород деревьев. Эффективны зеленые полосы между тротуаром и мостовой. На широких улицах со значительным движением транспорта рекомендуется создавать рядом с тротуарами аллеи шириной 10-12 метров. Лучше всего гасят шум липы цели.
Ели поглощают уличный шум в такой степени, что жители домов, находящихся позади такого хвойного за слона, едва ли не полностью избавляются от раздражающих шумов улицы большого города.
Специалисты, работающие в лаборатории строитель ной акустики Московского научноисследовательского института типового и экспериментального проектирования /МНИИТЭП/, предложили так называемые шумозащитные окна для жилых помещений. Они обеспечиваю снижение шума в квартирах на 44 децибела (обычно окно снижает уличный шум всего примерно на 22 децибела). Окна снабжены клапанами-глушителями, благодаря которым обеспечивается доступ свежего воздуха в помещение без существенного ухудшения противошумовой защиты.
На промышленных предприятиях тоже ведется настойчивая борьба с шумом. Для этого применяются индивидуальные средства защиты - <противошумы> и <антифоны> различной конструкции, снижающие на 30-50 процентов уровень высококачественного шума. Более эффективный путь к уменьшению шума - использование разнообразных средств звукоизоляции, звукопоглощающих покрытий.
Хороший почин в борьбе с шумом сделан на Ермолинском хлопчатобумажном объединении. Наступление на децибелы началось здесь несколько лет назад. Сотрудники Института гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР предложили использовать звукопоглощающие подвесные плиты - кулисы. Немало пришлось поработать ученым-гигиенистам вместе с инженерами, чтобы стали максимально эффективными эти акустические ловушки. На первых порах, например, стены облицовывали плоскими плитами. Затем стали их делать волнистыми, что дало еще больший эффект, нашли оптимальный вариант размещения кулис. Результат налицо - уровень шума снижен более чем вдвое, производительность труда повысилась, а заболеваемость ткачих уменьшилась на 30 процентов. Ермолинский вариант борьбы с шумом взят на вооружение московским шелковым комбинатом имени Розы Люксембург <Красная Роза>, столичной ткацкой фабрикой <Красные текстильщики>, Раменским текстильным комбинатом и др.
Еще один путь борьбы с шумом - это замена физически изношенной и морально устаревшей техники более совершенной. Можно также применить хорошо организованный и высококачественный ремонт и модернизацию промышленного оборудования и другие меры.
Можно быть уверенным, что проблема борьбы с промышленными шумами будет в конце концов решена, ибо этого требуют социальные и экономические интересы общества.
Нормативно-технической основой комплексного решения этой проблемы является стандартизация, целенаправленная и планомерная деятельность, призванная стРого регламентировать все факторы, так или иначе порождающие шум, и установить методы и способы защиты от него. Именно этим занимаются специалисты стран - членов Совета Экономической Взаимопомощи, они разрабатывают стандарты тишины на производстве и в быту. При этом обязательно учитывается опыт, накопленный в той или иной стране, в той или иной отрасли народного хозяйства. Каждый стандарт СЭВ представляет собой синтез опыта и современных научных достижений и целиком ориентирован на использование прогрессивной техники и технологии.
Венгерские специалисты разработали стандарт <Допустимые уровни звукового давления в жилых и общественных зданиях>. Этот документ устанавливает ряд акустических пределов, благодаря которым понятие тишины обретает количественное выражение. Так, напри-! мер, тишина в квартире, по мнению медиков, участвовавших в разработке стандарта,- это 40 децибел днем и 30 децибел ночью. Для сравнения: 25 децибел дает шелест листвы на умеренном ветру, 30 децибел - тиканье часов на расстоянии 1 метра, 75-80 децибел - шум на улице небольшого города.
Ведется работа над стандартом, который установит1 предельно допустимый уровень шума в районе жилищных застроек, местах отдыха и детских игр. Нормы, заложенные в этот стандарт, будут обязательны для проектировщиков и строителей.
Разумеется, чтобы эффективно бороться с шумом; надо уметь его измерять. Но не только, нужны еще единые методы измерения и оценки. Именно это предполагается обосновать новым стандартом СЭВ на методы измерения шумов, создаваемых транспортными потоками] на улицах больших городов.
При СЭВ есть постоянная комиссия с рабочей груп-1 пой по охране труда, она координирует работу по стандартизации, ведущуюся в странах СЭВ. В 1976 году были утверждены технические нормы, ограничивающие шум на предприятиях текстильной промышленности, гд как известно, работают преимущественно женщины.
Средства и методы защиты от шума классифицирует стандарт, разработанный советскими специалистам Л стандарт, содержащий общие требования к метода измерения шума, создали специалисты ЧССР. Специалисты ГДР обосновали стандарт СЭВ <Допустимые уро ни шума на рабочих местах>, согласно которому уровень шума отныне не должен превышать 85 децибел. Конечно, это еще далеко не идеальные условия, о которых мечтают гигиенисты, тем не менее и снижение производственного шума до этого уровня на всех без исключения предприятиях привело бы к значительному оздоровлению условий труда.
Работа по стандартизации, имеющей целью борьбу с шумом, продолжается. Так, постоянная комиссия СЭВ возложила на специалистов СССР разработку проекта долгосрочной программы, направленной на всестороннюю защиту человека от вредного воздействия шума.
При слове <музыка> мы тотчас представляем себе вид искусства, специфически - с помощью звуковых художественных образов - отражающего действительность и столь же специфически воздействующего на людей - на их психику и эмоции.
К тому, что музыка - это многообразный мир особым образом организованных звуков, благодаря чему она способна выражать с достаточной полнотой эмоциональные переживания людей, их душевное состояние, мы давно привыкли. При этом как-то забывается, что к ней применимы все те характеристики, которые установлены и измерены физиками при изучении звуков вообще. Приложимы, однако, с учетом ее особенностей, потому-то она является объектом изучения не акустики вообще, а музыкальной акустики - науки, родившейся на стыке акустики, музыковедения, психологии и физиологии. Ведь музыкальный язык - это, можно сказать, очеловеченный звук и по своему происхождению, и по своему назначению.
Но еще с большим правом то же самое мы можем сказать о звуках, из которых складывается наш язык, неразрывно связанный, с мышлением, сознанием.
Таким образом, шум, музыка, звуковая речь - это как бы ступени лестницы, ведущей ко все большей и большей организованности, упорядоченности в мире звуков, ко все большей их информативности.

"Звук, ультразвук, инфразвук"

Слух является одним из важных органов чувств для всех обитателей планеты, с его помощью многие животные определяют местонахождение своего врага. Все стихийные бедствия также...

Слух является одним из важных органов чувств для всех обитателей планеты, с его помощью многие животные определяют местонахождение своего врага. Все стихийные бедствия также сопровождаются определенными звуками, которые не всегда доступы человеческому уху, но на которые безошибочно реагируют животные. Человек находится в постоянном окружении звуков, многие из них проходят мимо сознания. Слух настроен таким образом, что четко воспринимаются мозгом только жизненно важные сигналы, не очень важные игнорируются. Звуки могут по-разному воздействовать на восприятие, одни нравятся, другие раздражают, многие из них способствуют созданию в воображении тех или иных визуальных образов.

Особенности восприятия звуков

Человеческий организм отличается сложным устройством, ухо не является исключением. Строение органов слуха позволяет преобразовывать и передавать звуки для распознавания в мозг, все эти процессы происходят преимущественно в височных долях. В мозгу определяется громкость, высота, направление происхождения и другие характеристики звука. Оценка ситуации производится на основе информации, полученной из обоих ушей одновременно. Внутри уха хранятся определенные шаблоны уже распознанных звуков, за счет них обеспечивается правильная сортировка информации и определение ее первоисточника.

Известно, что скорость распознавания знакомых звуков (голосов близких людей, сигналов опасности) намного выше, по сравнению с незнакомыми звуками. При ухудшении слуха мозг начинает получать недостоверные данные, что приводит к ошибкам в распознавании информации. За слух отвечают не только соответствующие органы, но и мозг, правильное распознавание звуков достигается только за счет слаженной работы этих органов.

Строение органов слуха

Слуховой анализатор состоит из четырех частей:

1. Наружное ухо, в данную категорию относятся следующие органы: барабанная перепонка, ушная раковина, слуховой проход. Барабанная перепонка выполняет функцию изоляции слухового прохода от окружающей среды. Длина слухового прохода составляет 2,5 см, он имеет изогнутую форму, его поверхность покрыта железами, выделяющими ушную серу и небольшими волосками. Слуховой проход выполняет функцию поддержания необходимого уровня температуры и влажности внутри уха.
2. Среднее ухо – в это понятие входит компонент слухового анализатора, орган расположен за барабанной перепонкой и наполнена воздухом, с носоглоткой соединяется евстахиевой трубой. Евстахиева труба — это закрытый в обычном состоянии узкий хрящевой канал, который открывается при совершении глотательных движений, после чего пространство заполняется воздухом. Внутри среднего уха находятся три небольшие слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремя. Молоточек соединяется со стременем, которое соединяется уже с улиткой во внутреннем ухе. Барабанная перепонка находится в постоянном движении под воздействием звуков, ее колебания передаются на слуховые косточки.
3. Внутреннее ухо представляет собой несколько структур, за слух отвечает только улитка. Улитка получила свое название из-за спиральной формы, орган оснащен тремя каналами, заполненными лимфатическими жидкостями. Состав жидкости в среднем канале существенно отличается от остальных. Непосредственно за слух отвечает расположенный в среднем ухе Кортиев орган, он состоит из тысяч мельчайших волосков, улавливающих колебания, создаваемые движущейся по каналу жидкостью. В этом же месте генерируются электрические импульсы, передаваемые в кору мозга. Каждая волосовая клетка реагирует на определенный звук, при ее гибели человек перестает воспринимать звук, за который она отвечала.

Слуховые проводящие пути

Слуховые пути представляют собой совокупность волокон, проводящих нервные импульсы от улитки дослуховых центров, за счет них происходит восприятие звука мозгом. Расположены эти слуховые центры в височных долях головного мозга, время, за которое звук поступает через внешнее ухо к мозгу, составляет 10 миллисекунд.

Как мы слышим

Звуковые волны перед тем как быть распознанными мозгом, проделывают долгий путь. Колебания воздуха заставляют вибрировать барабанную перепонку, после чего звук передается на протянутые через все среднее ухо слуховые косточки, соединяющие улитку и барабанную перепонку. На следующем этапе колебания передаются на заполняющую улитку жидкость, в результате чего раздражаются клетки внутреннего уха. Мозг улавливает эти раздражения и распознает речь, шумы, музыку и т.д. За направление, откуда идет звук, отвечают полукружные каналы, расположенные в лабиринте в трех перпендикулярных друг другу областях. Эти каналы называют еще вестибулярным аппаратом или органом равновесия.

При изменении положения тела полукружные каналы также перемещаются, заполняющая их инерционная жидкость вследствие инерционности не успевает за движениями и смещается относительно стенок канала. Специальные рецепторы следят за всеми перемещениями жидкости, информация о всех наблюдениях поступает в мозг.

Рецепторные клетки вестибулярного аппарата погружены в заполняющую внутреннее ухожидкость, информация о всех движениях поступает в мозжечок, в котором осуществляется сбор и сопоставление всех данных. После этого во все системы организма направляются команды, позволяющие поддерживать равновесие. Информация о результатах поступает в головной мозг.

Индивидуальные факторы

Человек обладает удивительной способностью воспринимать не только звуки, но и интонацию. Выводы о том или ином звуки формируются на основании собственных ощущений, на восприятие оказывают влияние следующие факторы:

• чувствительность;
• восприимчивость;
• особенности центральной нервной системы.

Маленькие дети распознают незнакомого человека именно по интонации, это происходит за счет того, что у малышей доминирует эмоционально-образное мышление, любая речь воспринимается в первую очередь эмоционально. Интонация позволяет определить настроение человека, насколько он грустный или веселый. Механизм распознавания интонации базируется на подсознании, человек даже не задумывается об этом.

Многие женщины больше значения придают именно интонации речи, а не ее содержанию. В первую очередь внимание уделяется не тому, что сказал собеседник, а как он сказал, так как смысл по-разному произнесенного предложения отличается. Стоит отметить, что способностью правильно распознавать информацию обладают не все люди, иногда собеседнику могут приписываться собственные эмоции. Мужчины менее чувствительны и эмоциональны, для них большую важность имеет содержание фразы, а не интонация.

Наверняка, все видели волны на поверхности пруда или озера, то есть на воде, и как они ударяются о берег.

Звук - это такая же волна , только мы ее не видим, потому что она "волнуется" в воздухе. И попадает прямо к нам в ушки. Внутри уха есть такая мембранка, которая называется барабанная перепонка. Звуковая волна ударяется в барабанную перепонку (внутри уха она соединена с тремя маленькими косточками молоточком, стремечком и наковаленкой). Барабанная перепонка прогибается и опять возвращается в свое положение, а наш умный мозг улавливает эти изменения и узнает звук.

Но ухо человека слышит не все звуки.

Если звуковая волна ударяется в барабанную перепонку слишком часто, перепонка не успевает так же быстро прогибаться и выпрямляться, и мы звук не слышим. Такой звук называют ультразвуком (или высокочастотным). Так "разговаривают" дельфины и летучие мыши, собаки и кошки, и даже муравьи. Ультразвуки издают бабочки, саранча, кузнечики.

Свойства ультразвука используются людьми для отпугивания грызунов. Мыши, крысы, кроты и землеройки хорошо слышат его, расценивают как сигнал опасности и убегают.

Если звуковая волна очень редко ударяется в перепонку, мы ее тоже не слышим. Такие звуки называют инфразвуками (или низкочастотными) . Так "разговаривают" слоны. Тигры издают инфразвуки, для устрашения.

Инфразвук возникает при землетрясениях, извержениях вулканов, при штормах, во время ураганов и бурь. Инфразвук может распространяться на большие расстояния (имеет малое поглощение в воде, в земле и в воздухе).

Это свойство инфразвука используется людьми для предсказания цунами и ураганов. Многие животные слышат инфразвук, и задолго до землетрясения или урагана убегают или прячутся. Медузы хорошо слышат надвигающийся шторм и заранее (за 20 часов) уплывают на глубину.

Инфразвук плохо действует на человека.
Если человек находится в зоне сильного инфразвука, он может испытать беспричинный страх, головокружение, сильную усталость, упасть в обморок и на время потерять зение. Инфразвук может вызвать сильню боль в ушах и даже убить (разрыв сосудов и сердца).

Дополнительная информация

Люди и животные слышат ушами. А чем еще могут слышать живые существа?

Рыбы слышат телом. С каждого бока у рыбы есть боковая линия. И еще у рыб есть органы слуха внутри головы.

Медузы имеют маленькие органы слуха на краю своего колокола рядом с малюсенькими глазками.

Птицы хорошо слышат, у них есть уши. Если отодвинуть перышки по бокам головы мы увидим на каждой стороне небольшое отверстие - это и есть уши.

Лягушки слышат ушами. У них ушные отверстия располагаются на голове, по бокам.

Кузнечики и саранча слышат ногами. На передних лапках, покрытых волосками есть мембрана - это и есть "уши". А вторая пара ушей расположена под коленками.

У пчел "уши" тоже находятся на лапках (на лапки натянуты перепонки)

Комары слышат антеннами на голове.

Осы и шмели тоже имеют на голове волоски между глаз, которыми слышат.

У цикад уши-мембраны расположены в брюшке.

Жаль, что наши уши не могут слышать эти неслышимые звуки. Но люди научились преобразовывать неслышимые звуки в слышимые. И теперь мы можем проникнуть в тайны природы. Мы можем послушать как поют киты

И как разговаривают дельфины .

Голос матери, щебетанье птиц, шелест листвы, лязг машин, раскаты грома, музыка... Человек погружается в океан звуков буквально с первых минут жизни. Звуки заставляют нас волноваться, радоваться, тревожиться, наполняют спокойствием или страхом. А ведь все это не более чем колебания воздуха, звуковые волны, которые, попадая через наружный слуховой проход на барабанную перепонку, вызывают ее колебания. Через систему расположенных в среднем ухе слуховых косточек (молоточек, наковальню и стремечко) звуковые колебания передаются далее во внутреннее ухо, по форме напоминающее раковину виноградной улитки.

Улитка представляет собой сложную гидромеханическую систему. Это тонкостенная костная трубка конической формы, закрученная в спираль. Полость трубки заполнена жидкостью и по всей длине разделена особой многослойной перегородкой. Одним из слоев этой перегородки является так называемая базилярная мембрана, на которой и расположен собственно рецепторный аппарат - кортиев орган. В рецепторных волосковых клетках (поверхность их покрыта мельчайшими протоплазматическими выростами в виде волосков) и происходит удивительный, до конца еще не изученный процесс преобразования физической энергии звуковых колебаний в возбуждение этих клеток. Дальше информация о звуке в виде нервных импульсов по волокнам слухового нерва, чувствительные окончания которого подходят к волосковым клеткам, передается в слуховые центры головного мозга.

Существует и другой путь, по которому звук, минуя наружное и среднее ухо, достигает улитки - непосредственно через кости черепа. Но интенсивность воспринимаемого звука в этом случае значительно меньше, чем при воздушном звукопроведении (отчасти это объясняется тем, что при прохождении через кости черепа энергия звуковых колебаний затухает). Поэтому значение костной звукопроводимости у здорового человека относительно невелико.

Однако способность воспринимать звуки двойным путем используется в диагностике нарушений слуха: если в ходе обследования выясняется, что восприятие звуков путем воздушного звукопроведения нарушено, а путем костного полностью сохранено, врач может сделать вывод, что пострадал только звукопроводящий аппарат среднего уха, звуковосприни-мающий же аппарат улитки не поврежден. В таком случае костное звукопроведение и оказывается своего рода «палочкой-выручалочкой»: больной может пользоваться слуховым аппаратом, от которого звуковые колебания прямо через кости черепа передаются кортиеву органу.

Улитка не только воспринимает звук и трансформирует его в энергию возбуждения рецепторных клеток, но, что не менее важно, осуществляет начальные этапы анализа звуковых колебаний, в частности частотный анализ.

Такой анализ можно провести с помощью технических приборов - частотных анализаторов. Улитка делает это гораздо быстрее и, естественно, на другой «технической базе».

По ходу канала улитки, в направлении от овального окна к ее" вершине постепенно увеличивается ширина перегородки и уменьшается ее жесткость. Поэтому различные участки перегородки резонируют на звуки разных частот: при действии звуков высокой частоты максимальная амплитуда колебаний наблюдается у основания улитки, вблизи овального окна, а низкочастотным звукам соответствует зона максимального резонанса у вершины. Звуки определенной частоты имеют свое преимущественное представительство в определенной части улитковой перегородки и, следовательно, воздействуют только на те нервные волокна, которые связаны с волосковыми клетками возбужденной области кортиева органа. Поэтому каждое нервное волокно реагирует на ограниченный диапазон частот; такой способ анализа получил название пространственного, или по принципу места.

Помимо пространственного, имеется еще и временной, когда частота звука воспроизводится и в реакции рецепторных клеток и до известного предела в реакции волокон слухового нерва. Оказалось, что волосковые клетки обладают свойствами микрофона: они преобразуют энергию звуковых колебаний в электрические колебания той же частоты (так называемый микрофонный эффект улитки). Предполагается, что существуют два способа передачи возбуждения от во-лосковой клетки на нервное волокно. Первый, электрический, когда электрический ток, возникший в результате микрофонного эффекта, непосредственно вызывает возбуждение нервного волокна. И второй, химический, когда возбуждение волосковой клетки передается на волокно с помощью вещества-передатчика, то есть медиатора. Временной и пространственный способы анализа в совокупности обеспечивают хорошее различение звуков по частоте.

Итак, информация о звуке передана волокну слухового нерва, но высшего слухового центра, расположенного в височной доле коры большйх полушарий, она достигает не сразу. Центральная, находящаяся в мозгу, часть слуховой системы состоит из нескольких центров, каждый из которых насчитывает сотни тысяч и миллионы нейронов. В этих центрах существует своеобразная иерархия, и при переходе от нижних к верхним реакция нейронов На звук изменяется.

На нижних уровнях центральной части слуховой системы, в слуховых центрах продолговатого мозга, импульсная реакция нейронов на звук хорошо отражает его физические свойства: длительность реакции точно соответствует длительности сигнала; чем больше интенсивность звука, тем больше (до определенного предела) число и частота импульсов и тем больше число нейронов, вовлекаемых в реакцию, и т. д.

При переходе от нижних слуховых центров к верхним постепенно, но неуклонно снижается импульсная активность нейронов. Создается впечатление, что нейроны, составляющие верхушку в иерархии, трудятся гораздо меньше, чем нейроны нижних центров.

И действительно, если у подопытного животного удалить высший слуховой анализатор, почти не нарушается ни абсолютная слуховая чувствительность, то есть способность обнаружения предельно слабых звуков, ни способность к различению звуков по частоте, интенсивности и длительности.

В чем же в таком случае состоит роль верхних центров слуховой системы?

Оказывается, нейроны высших слуховых центров в отличие от нижних работают по принципу избирательности, то есть реагируют лишь на звуки с определенными свойствами. При этом характерно, что они могут откликаться только на сложные звуки, например, на звуки, изменяющиеся во времени по частоте, на движущиеся звуки или только на отдельные слова и звуки речи. Эти факты дают основание говорить о специализированной избирательной реакции нейронов высших слуховых центров на сложные звуковые сигналы.

И это очень важно. Ведь избирательная реакция этих нейронов проявляется по отношению к таким звукам, которые биологически ценны. Для человека это прежде всего звуки речи. Биологически важный звук как бы экстрагируется из лавины окружающих звуков и обнаруживается специализированными нейронами даже при очень слабой его интенсивности и на линии звуковых помех. Именно благодаря этому мы можем различить, к примеру, в грохоте сталепрокатного цеха слова, сказанные собеседником.

Специализированные нейроны обнаруживают свой звук даже в том случае, если изменяются его физические свойства. Какое-либо слово, произнесенное мужским, или женским, или детским голосом, громко или тихо, быстро или медленно, всегда воспринимается как одно и то же слово.

Ученых интересовал вопрос, каким образом достигается высокая избирательность нейронов высших центров. Известно, что нейроны способны реагировать на раздражение не только возбуждением, то есть потоком нервных импульсов, но и торможением - подавлением способности генерировать импульсы. Благодаря процессу торможения ограничивается круг сигналов, на которые нейрон дает реакцию возбуждения. Характерно, что тормозные процессы особенно хорошо выражены именно в верхних центрах слуховой системы. Как известно, процессы торможения и возбуждения требуют затраты энергии. Поэтому никак нельзя считать, что нейроны верхних центров бездельничают; они интенсивно работают, только работа у них иная, чем у нейронов нижних слуховых центров.

А что же происходит с потоками нервных импульсов, идущими от нижних слуховых центров? Как используется эта информация, если высшие центры ее отвергают?

Во-первых, отвергают не всю информацию, а лишь какую-то ее часть. Во-вторых, импульсы от нижних центров идут не только к верхним, они поступают и к двигательным центрам мозга и к так называемым неспецифическим системам, которые имеют непосредственное отношение к организации различных элементов поведения (позы, движения, внимания) и эмоциональных состояний (контактности, агрессии). Эти системы мозга осуществляют свою деятельность на основе интеграции той информации о внешнем мире, которая поступает к ним по разным сенсорным каналам.

Такова в общих чертах сложная и далеко не полностью изученная картина работы слуховой системы. Сегодня многое известно о процессах, происходящих при восприятии звуков, и, как видите, специалисты в значительной степени могут ответить на вопрос, вынесенный в заглавие, «Как мы слышим?». Но пока еще нельзя объяснить, почему одни звуки нам приятны, а другие неприятны, почему одна и та же музыка одному человеку нравится, а другому нет, почему одни физические свойства звуков речи воспринимаются нами как приветливые интонации, а другие как грубые. Эти и другие проблемы решают исследователи одной из интереснейших областей физиологии

Я. Альтман, Е. Радионова, доктор медицинских наук, доктор биологических наук

Похожие статьи