Страница 11 из 71
Звуковой диапазон у взрослого человека простирается от 20 до 20 000 колебаний в секунду, охватывая почти десять октав, каждая из которых соответствует удвоенной частоте колебаний. У детей, вероятно, ухо воспринимает до 40 000 колебаний в секунду. Но с возрастом барабанная перепонка постепенно утолщается и соединение из косточек, передающих колебания от барабанной перепонки к внутреннему уху, начинает оказывать большее сопротивление прохождению высокочастотных звуков. Результаты обследования сорокалетних испытуемых показывают, что верхняя граница чувствительности слуха каждые шесть месяцев снижается примерно на 80 колебаний в секунду; так с постоянной, почти ужасающей скоростью уменьшается наша способность воспринимать обертоны при слушании прекрасной музыки.
Может быть, поэтому мы считаем среднее до с частотой в 256 колебаний в секунду своеобразной вехой на музыкальной шкале, несмотря на то что оно лежит гораздо ниже середины слышимого диапазона, а также ниже середины клавиатуры фортепьяно и всего спектра частот человеческого голоса. Для человека более важным высотным диапазоном является район с частотой 3000 колебаний в секунду. Именно там, между фа-диез и соль четвертой октавы выше среднего до, мы проявляем наибольшую чувствительность к звуку. Лучше всего мы воспринимаем только звуки этой высоты и близкие к ним, которые вызывают соответствующее ощущение при наименьшей затрате энергии. Этим объясняется «пронзительность» крика женщины или ребенка. При частоте звука в 3000 колебаний в секунду крик о помощи кажется нам особенно громким. Он разносится на далекое расстояние, пока звуковые колебания не поглотятся воздухом и различными препятствиями.
Человек и кошка слышат примерно одинаково, начиная со звуков примерно на октаву ниже среднего до и до 3000 колебаний в секунду. Однако к более высоким звукам уши кошки значительно чувствительнее наших. Обыкновенно ухо взрослого человека может уловить 13 000 колебаний в секунду в самой высокой октаве, но для их восприятия ему понадобится в тысячу раз большая звуковая энергия, чем кошке. И все же кошка может не услышать писка мышей, которые издают еще более высокие звуки. А мышь слышит предупреждающий писк другой мыши даже при умеренной интенсивности звука высотой до 100 000 колебаний в секунду. Насколько у мыши больше шкала воспринимаемых высоких звуков, какие звуки существуют на этих уровнях — все это остается загадкой; мы ждем изобретения более чувствительных микрофонов, способных воспринимать ультразвуки.
Один из наших учеников создал звукопреобразующее устройство, с помощью которого можно было превращать любой умеренно высокочастотный неслышимый звук в достаточно низкочастотный, а следовательно, слышимый эквивалент. После того как мы помогли ему проверить свое устройство на звуках, издаваемых пойманными летучими мышами, и удивительных ультразвуковых колебаниях, сопровождающих позвякивание связки ключей, он установил свой прибор в помещении, где находился питомник крыс, принадлежащих факультету психологии. Там он обнаружил, что крысы, которые играют после еды и открывают рты, как бы желая укусить друг друга, издают при этом писк на максимальной для их голоса высоте — около 24 000 колебаний в секунду. Затем он перенес свой прибор в Вашингтонский национальный зоопарк и прослушал там, что «говорят» многие млекопитающие. Оказалось, что, за очень редким исключением, каждый вид имеет собственный диапазон информационных звуков, характеризующихся определенной частотой и длиной волны.
Если каждое издающее звуки животное общается с другими представителями своего вида при помощи звуков особой высоты, к которой они более всего чувствительны, то при общении подобные звуки слышатся как шепот. Большинство животных других видов не может так тонко и остро воспринимать столь слабые колебания, поскольку их слух к этому не приспособлен. Таким образом гарантируется тайна общения представителей каждого вида. Не обнаруживая своего местонахождения, они могут делиться хорошими и плохими новостями или посылать и воспринимать сигналы тревоги. Удивительное соответствие голоса и слуха весьма способствует выживанию видов, хотя мы оценили это далеко не сразу, поскольку наша собственная чувствительность в известной мере ограниченна.
Ни одно животное не выиграло бы от того, что его ухо стало бы в 10 раз чувствительнее нашего при частоте 3000 колебаний в секунду, так как при столь большой чувствительности этот орган фактически будет воспринимать случайные движения молекул воздуха. Тогда биологически важный звук будет услышан на фоне шипения — «белого шума», состоящего из смеси звуков различных частот, которые не несут никакой информации. По сути дела, когда барабанная перепонка реагирует на самый слабый слышимый сигнал, она колеблется с амплитудой смещения всего лишь в 0,000 000 000 6 миллиметра, что составляет около 0,1 диаметра самого маленького атома. Однако три маленькие косточки среднего уха действуют в виде рычага и уменьшают даже это минимальное движение, одновременно преобразуя малое давление звука на поверхность барабанной перепонки в двадцатидвухкратное давление на жидкость, заключенную во внутреннем ухе.
Относительная нечувствительность человеческого уха к низкочастотным колебаниям предохраняет нас от разрушающего воздействия колебаний нашего собственного тела. Заткнув уши пальцами и тем самым преградив путь всем передающимся по воздуху звукам, мы можем уловить пульсирующий шум, вызванный сокращениями мышечных волокон пальцев и рук.
С помощью такого простого приема, блокирующего доступ воздушных звуковых волн к барабанной перепонке, можно продемонстрировать еще один путь, по которому передаются слышимые нами колебания. Напевая с закрытым ртом, мы не оказываем почти никакого воздействия ни на барабанную перепонку, ни на слуховые косточки среднего уха. Звук передается внутреннему уху через кости самого черепа. Он фактически даже усилится, если, напевая, мы закроем ушные проходы пальцами или тампонами. Колебания, поступающие из гортани на внутреннюю поверхность барабанной перепонки через евстахиеву трубу, не выходят наружу через уши, а отражаются, попадая назад во внутреннее ухо, и усиливают звук, проводимый костями.
Старые скрипачи, у которых с возрастом снизилась чувствительность барабанной перепонки и слуховых косточек, при настройке инструментов иногда дотрагиваются зубами до вибрирующей скрипки, чтобы как-то компенсировать свой недостаток. И пока кости черепа передают высокие ноты и музыкант отчетливо слышит их, он знает, что его слуховая недостаточность связана только с плохой передачей звука. Ему мог бы помочь слуховой аппарат, стоит лишь подать усиленные колебания на костный выступ позади уха. Но если и это не помогает, значит нарушилась деятельность самого слухового нерва — болезнь, которую пока нельзя вылечить. Нам неизвестно, сколько живых существ страдает от глухоты, связанной с нарушением передачи звука. Сравнительно немного диких животных доживает до старости, если они не сохранили способности слышать, «как в молодые годы».
Многие из нас затыкают уши пальцами, когда хотят отделаться от постороннего шума. Шелест листьев или бумаги, неумолчный стук дождя по крыше, оживленная болтовня людей в комнате, жужжание машин, даже таких простых, как сушилка для волос, — все это заставляет значительно повысить голос и тон, чтобы нас услышали. Неважно, чей это голос — мужчины, женщины или ребенка, — звуковая энергия остается в пределах ниже 1000 колебаний в секунду. При обычном разговоре мы не используем ту часть звукового спектра, к которой наши уши наиболее чувствительны. По-видимому, мы оставляем этот канал открытым, как бы сохраняя его для экстренных случаев — для высоких громких криков.
Нередко довольно трудно отличить один «белый шум» от другого. Только жизненный опыт дает нам право умилиться вопросу, который задал пятилетний сосед, подходя солнечным днем к нашей двери и услышав шипение сосисок на сковороде. Он открыл рот, очень удивился и вежливо спросил: «Что это, у вас идет дождь?» Как много потребовалось времени, чтобы мы научились различать звук от взрыва гранита, когда в Новой Англии[5] закладывают фундамент или прокладывают трубы, и гул пролетающего реактивного сверхзвукового самолета, который оставляет после себя огромную V-образную ударную волну. Друзья рассказывали нам, что, хотя стекла при сильном сотрясении и не бились, многие из вновь возводимых домов строятся без штукатурки, так как она может потрескаться от звуковой волны.
5
Новая Англия — область, находящаяся на северо-востоке США, в которую входит шесть штатов. — Прим. перев.