Невоспринимаемых звуков

Итак, уже изображение в

линейном масштабе диапазона воспринимаемых че­ловеком звуковых энергии потребовало космической шкалы. В действительности же область могущих су­ществовать звуков еще больше. Взгляни, читатель, на этот график — карту «акустического океана». На ней, как и положено на морской карте, нанесена сетка ши­рот и долгот. Акустические широты — это уровни зву­кового давления, долготы — частоты звуковых ко­лебаний.

Вот он, островок слышимости, именуемый по-науч­ному «область слухового восприятия человека». Для животных он может быть расположен в другом месте, чаще всего*правее («восточнее») островка человека.

Обследуем берега, границы острова, определим, далеко ли от них могут располагаться какие-нибудь массивы, похожие на географические материки. Ниж­няя, южная граница «острова слышимости». Уже упо­миналось, что человек назвал ее «порогом слухового восприятия». Как видим, эта граница довольно силь­но искривлена. Ниже всего она опускается в области частот 1—5 килогерц, это и есть частотная область максимальной чувствительности слуха. Хотя у неко­торых животных она может.располагаться еще ниже, \ но, в общем, и человека природа одарила достаточно ' щедро. Тишайший шепот влюбленных, легкий вздох человека, шорох ползущего по стенке жучка — вот звуки, близкие по интенсивности и приближающиеся к этой границе, Для любителей количествешшх дай-

108

10* 10^г 10³ 10* 10^s 10^е 10⁷

Частота, Ги}

Остров слышимости в океане звуков.

ных укажем, что амплитуда звуковых колебаний в воздухе на пороге слухового восприятия лишь не­многим больше атома водорода, а мощность звука, поглощаемая ухом, не превышает микрокосмиче.ской цифры 10~³⁰ ватт. Эта микрокосмика хорошо согла­суется с теми по-настоящему космическими цифрами, которые упоминались в предыдущей главе.

От границы слышимости ведется отсчет звуковых уровней вверх в децибелах.

Но вот мы сдвинулись влево или вправо по ниж­ней береговой линии от средней части острова. Эта линия пошла вверх и, значит, требуются большие зву­ковые давления, чтобы звуки были восприняты чело­веком. Неодинаковость слухового восприятия по ча­стоте потребовала введения еще одной единицы — фона. На частоте 1 килогерц значения децибелов и фонов приняты одинаковыми, а на других частотах они могут сильно отличаться друг от друга.

Прежде чем покинуть «южный берег» острова, вернемся еще раз на его среднюю, наиболее выдви­нутую в море часть. Через специальные приборы мож­но различить, как вдалеке клубится что-то трудно уловимое. Это —область тепловых шумов среды.

Слава природе, что граница нашего острова слыши­мости достаточно далека от этого материка хаоса, иначе у нас в ушах стоял бы постоянный шум и гул, как у больного тяжелой формой гипертонии.

Теперь направим свои стопы к «северному берегу» острова. Для этого нам понадобится сделать 130— 140 шагов-фонов. И вот мы подошли к другой гра­нице невосприимчивости звука, именуемой порогом болевого ощущения или порогом осязания. Само на­звание указывает причину невосприимчивости на этом участке. Еще в древнекитайской философии Дао-дэ говорилось: «сильные звуки не слышны». Здесь, выше 130—140 фонов, бушуют акустические бури. Звуки настолько сильны, что слуховой аппарат осязает их как боль и через некоторое время попросту разру­шается.

Да что хрупкое человеческое ухо? При этих зву­ковых уровнях даже у металла возникает «акустиче­ская усталость». Листы обшивки самолетов в районе выхлопа мощного ракетного двигателя могут разру­шиться, если не принять специальных мер предосто­рожности.

Мореплавателям известны «ревущие сороковые» широты. Здесь, в акустике, — это ревущие сто соро­ковые. Но как далеко простирается этот все более неистовствующий акустический океан? Еще каких-нибудь 60—70 децибел, и амплитуда звукового дав­ления достигнет статического, атмосферного давле­ния. Прекратится ли рост интенсивности звука?.Отнюдь. Один из полупериодов звуковой волны;(полупериод разрежения) будет урезаться,, но дру­гой— полупериод сжатия — может быть сколь-угодно большим. Такие сверхмощные нелинейные звуки соз­даются, например, с помощью сильнейших сирен или в системах звуковых концентраторов. Можно сказать, что границы звукового океана здесь бесконечны...

Левая, «восточная» оконечность острова слыши­мости. Здесь удивительным образом сходятся пороги слышимости и болевого ощущения. Проникнуть на эту оконечность исследователям оказалось не так-то просто. Дальше начинается пока еще таинственное царство инфразвука, о котором мы поговорим впо­следствии.

по

А здесь сколько долгот (то бишь частот звуковых колебаний) до границ океана? Область слышимости начинается с частот 16—20 герц. До нуля герц, до статики, как будто недалеко. Однако здесь прояв­ляется интересное различие географической и аку­стической карт. Географические долготы отклады­ваются только в линейном масштабе, акустические же долготы, как и широты, — в логарифмическом (о причинах этого мы говорили в предыдущей главе). Но нуль логарифмической шкалы лежит в минус бес­конечности, и в этом смысле акустический океан в царстве инфразвука также беспределен.

Может быть, более ясно положение на правой оконечности острова, в царстве уже не инфра-, а ультразвука, то есть на частотах более 16—20 кило­герц? Здесь человеком достигнуты частоты колебаний не только мега-, но и гигагерц; неизвестно, на каких частотах инерция молекул или иные факторы поло­жат предел возбуждению звуковых колебаний.

Постоянна ли площадь острова слышимости? Увы, для каждого человека этот остров, как шагреневая кожа, имеет тенденцию «съеживаться» к пожилым годам. Уменьшается он больше всего со стороны вы­соких частот, — океан неслышимости затапливает его правую часть.

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 китобрйные 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».

in

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 лите-ратура 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 зву­чании нескольких тонов испытуемые могут принять и передать не более 2—2,5 бита * информации. Примерно такой же результат бы-л зафиксирован при восприя­тии нескольких тонов одинаковой частоты, но пере­менного звукового уровня (в пределах от 15 до ПО де­цибел).

* Бит — стандартная двоичная единица информации — дает
указание о том, сколько взаимоисключающих выборок надо сде­
лать, чтобы получить правильный ответ (Ioga2=l бит; Iog210 =
= 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 дакже зна* чительно 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 Мон-тень в главе своих «Опытов», названной им «Об ис­кусстве собеседования», высказался так: «Самое

из

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.