Удивительный мир звука - Клюкин Игорь Иванович

У многих животных и насекомых острова слышимости простираются до более высоких частот. Так, собака может воспринимать не слышимые человеком звуки с частотами 20 и 30 килогерц, летучая мышь, оса, комар -- 50 и 60 килогерц.

А крупные животные? Не так-то просто для них всех определить границы слышимости. Вспоминается история, случившаяся лет двадцать назад. Промысловики заметили, что киты обнаруживают китобойные суда по подводному шуму двигателей и стараются уйти от них. Бюро, проектирующие китобойные суда, запросило один из научно-исследовательских институтов о чувствительности слуховых органов китов. Что оставалось делать исследователям? Они ответили: "Если вам удастся поймать живого кита, привезите его к нам для того, чтобы мы могли в гидроакустическом бассейне определить его чувствительность к подводным шумам".

Не стоит жалеть, впрочем, что эта просьба не была удовлетворена промысловиками: и без того истребление китов приняло поистине чудовищные размеры.

ЗРЕНИЕ ИЛИ СЛУХ (И РЕЧЬ)?

Я всегда считал, что литература существует, по меньшей мере, столько же для уха, сколько для глаза.

Н. Винер. Я -- математик

Что предпочесть в каждом конкретном случае, какой из органов чувств более информативен? Многим этот вопрос покажется праздным или даже схоластическим, но специалисты по инженерной психологии не снимают его с повестки дня.

"Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать"-- гласит народная мудрость, и это, казалось бы, дает исчерпывающий ответ. Обратимся, однако, к данным научных исследований. Американский ученый Дж. Милн провел обстоятельные опыты, целью которых было сравнение информативности слуха и зрения при восприятии простых сигналов. В одном из опытов испытуемым предлагалось различать по частоте звуковые тона в диапазоне от 100 до 8000 герц. Когда воспроизводили два-три тона, -испытуемые не ошибались. При пяти и более тонах количество ошибок резко возрастало. Был сделан вывод, что при звучаний нескольких тонов испытуемые могут принять и передать не более 2--2,5 бита * информации. Примерно такой же результат был зафиксирован при восприятии нескольких тонов одинаковой частоты, но переменного звукового уровня (в пределах от 15 до 110 децибел) .

* Бит -- стандартная двоичная единица информации -- дает указание о том, сколько взаимоисключающих выборок надо сделать, чтобы получить правильный ответ (1оg22=1 бит; 1оg210 = = 3,32 бита).

Результаты опытов со зрительным восприятием немногим отличались от результатов экспериментов со слухом. Когда раздражители, которым подвергались испытуемые, различались по размеру, люди могли пропустить 2,8 бита информации, если же раздражители различались по яркости, то пропускная способность человека не превышала 2,3 бита.

Таким образом, при восприятии элементарных сигналов пропускная способность органов зрения и -слуха примерно одинакова. Однако способность к нюансировке, к восприятию сложных сигналов у глаза значительно больше, чем у уха. Известна также значительно большая пропускная способность зрительного нерва в сравнении со слуховым, большая площадь участка коры головного мозга, обслуживающего зрение, по сравнению с площадью участка, обслуживающего слух, и т. п.

Но как может человек передать, описать ощущение, впечатление от какого-либо воспринятого глазом образа? Глаза сами по себе могут передавать некоторые достаточно сложные движения души, однако для простейшего сообщения о том, что воспринятый его глазом цвет является, скажем, синим, у человека нет парного глазу органа -- передатчика электромагнитных сигналов. Приходится прибегать к излучателю звуковых сигналов -- органу речи (или к движению пишущей руки).

"Может быть, эхо умеет передразнивать и зрение, как оно умеет передразнивать голос?" -- вопрошает Карлик в сказке О. Уайльда "День рождения инфанты". Увы, нет, прелесть естественного эха в земных условиях доступна только уху; только звук с его относительно малой скоростью распространения дает достаточно длительную реверберацию.

Вот эта-то "парность" органов приема и передачи информации придает им исключительную важность. "Там, где была речь, все совершалось, все познавалось... Поистине не понимают того, кто мыслит мыслью (но не говорит)" -- писали еще брахманы в древней Индии, этой, по выражению Маркса, "колыбели наших языков". И не потому ли мудрый Монтень в главе своих "Опытов", названной им "Об искусстве собеседования", высказался так; "Самое плодотворное и естественное упражнение нашего ума, по-моему, беседа... Вот почему если бы меня принудили немедленно сделать выбор, я, наверное, предпочел бы скорее потерять зрение, чем слух и речь".

Мудрому достоин вторить лишь также мудрец. Один из великих материалистов древности Гераклит, констатировавший, между прочим, что... "глаза -- более точные свидетели, чем уши", закончил свое рассуждение словами: "Я предпочитаю то, что можно увидеть, услышать и изучить". Следует полагать, что техническая психология -- наука, которая сейчас еще только зарождается, со временем в результате сложнейших исследований подтвердит интуитивный вывод Гераклита, и вопрос о предпочтительности того или иного органа чувств будет в значительной степени заменен признанием их взаимодополняемости.

ЕЩЕ НЕМНОГО О СЛУХЕ

Некоторые из российские поэтов-футуристов в начале века утверждали, что в придуманных ими, в сущности, нелепых словах "дыр, бул, щир" больше содержания, чем во всех созданных ранее кем-либо стихотворениях

Но, быть может, сочетания подобных бессмысленных слогов могут все же послужить если не поэзии, то науке?

Описанное ранее относилось главным образом к оценке слуховым аппаратом громкости разнообразных звуков. Но еще в 30-х годах нашего века ученые-акустики Лэйрд и Койе заметили, что ощущение громкости, в общем, не соответствует утомляющему, травмирующему действию звуков и шумов. Если ощущение громкости достигает максимума где-то в районе от 1 до 3--5 килогерц, то действие звука на нервную систему тем больше, чем выше его частота (вплоть до границы ультразвука). Так родились первые "кривые равной неприятности" звуков. Эти кривые монотонно спадают с частотой, то есть чем выше частота звука, тем меньший звуковой уровень требуется для создания равного по силе раздражающего действия на человека (вид нескольких таких кривых приведен далее -- в главе об инфразвуке). Если же говорить о полном массиве этих кривых в сравнении с изображенным ранее островом слышимости, то можно сказать, что "остров неприятности" будет иметь широкий и отчетливо выраженный мыс в юго-западной, то есть правой нижней части.

Эти-то кривые и послужили основой для создания действующих ныне международных нормативов по допустимым звукам различной частоты, силы и продолжительности.

Мы еще поговорим о шумовой атаке на человека созданных им в XX веке машин. Здесь упомянем лишь о раздражающем эффекте звуков физиологического, главным образом речевого происхождения: громкой речи, криков детей и т. п. Особенно сильно действует иногда невнятная отдаленная речь, смысл которой бессознательно, автоматически пытаются распознать соответствующие центры в мозгу человека. Подобные воздействия, относящиеся к компетенции психоакустики, пока еще не оцениваются количественно.

Маскировка звуков. Это также очень интересное явление, связанное со слуховым аппаратом. Если оперировать формулировкой из учебника по акустике, то можно сказать, что маскировкой называется уменьшение способности слушателя воспринимать один звук в присутствии другого. При этом первый звук называют маскируемым, а второй маскирующим. Эффект маскировки может быть отображен повышением порога чувствительности уха по отношению к маскируемому звуку, то есть понижением чувствительности слуха на частоте (или частотах) маскируемого звука.

Нельзя сказать, что маскировка звуков -- открытие физиологической акустики наших дней. О ней говорилось еще... в древнегреческих мифах.

Наибольшим маскирующим действием по отношению к звуку I обладает более мощный звук II той же частоты.