В среднем ухе находится ряд особых косточек: молоточек, наковальня и стремя. Свои названия эти косточки получили благодаря внешнему сходству с соответствующими предметами. Они очень малы по размерам и все вместе весят около 0,05 грамма. Расположены эти косточки так, что образуют рычаг, который одновременно передаёт колебания барабанной перепонки во внутреннее ухо и преобразует эти колебания в колебания с меньшим размахом, но большим давлением. Молоточек, наковальня и стремя передают всю энергию колебания барабанной перепонки на очень маленькое овальное окно внутреннего уха; таким образом внутреннее ухо получает давление раз в 50–60 больше того, которое испытывает барабанная перепонка.
Устройство внутреннего уха весьма сложно. Основное назначение этого уха — воспринимать только те колебания, которые посылает барабанная перепонка. Никакие другие сотрясения на него не должны действовать. Поэтому оно окружено очень крепкими костями. Во внутреннем ухе есть три полукружных канала (см. рис. 9), не имеющих никакого отношения к слуху. Это — органы равновесия. Головокружение, которое мы испытываем, если станем быстро вертеться, происходит из-за движения жидкости, наполняющей эти каналы. Орган же слухового восприятия заключён в особую оболочку. Взгляните на правую часть рисунка. Что она вам напоминает? Каждый тотчас же ответит, что она похожа на улитку. Улиткой она и называется. Улитка имеет приблизительно 2 3/4 оборота. Вдоль всей длины она разделена перегородкой и наполнена особой студенистой жидкостью. Внутри улитки находится перепонка — основная мембрана. На ней расположены разветвления слухового нерва — 23,5 тысячи мельчайших проводников слухового раздражения, идущих затем по нервному стволу к коре головного мозга.
Процессы, происходящие во внутреннем ухе, очень сложны, и некоторые из них до сих пор точно не изучены.
2. Арифметика звуков
Звуковые волны, проникая в слуховой канал, приводят в колебание барабанную перепонку. Через цепь косточек среднего уха колебательное движение перепонки передаётся жидкости улитки. Волнообразное движение этой жидкости, в свою очередь, передаётся основной мембране. Движение последней влечёт за собой раздражение окончаний слухового нерва. Таков главный путь звука от его источника до нашего сознания.
Однако этот путь не единственный. Звуковые колебания могут передаваться и прямо во внутреннее ухо, минуя наружное и среднее. Каким же путём? Костями самого черепа! Они являются хорошими проводниками звука. Если камертон поднести к темени или к лежащему сзади уха сосцевидному отростку, или к зубам, то можно отчётливо слышать звук, хотя по воздуху слышимых колебаний не доносится. Это происходит потому, что кости черепа, получив колебания от камертона, передают их прямо внутреннему уху, в котором возникают те же самые процессы раздражения слуховых нервов, как и от колебаний, переданных барабанной перепонкой. Вот почему иногда «слушают» работу отдельных частей машины, взяв один конец палки в зубы (см. страницу 14).
Любопытно заметить также, что иногда люди, у которых оперативно удалены барабанная перепонка и косточки среднего уха, способны слышать — хотя и со значительным ослаблением. И в этом случае, по- видимому, колебания звуковой волны передаются непосредственно внутреннему уху.
Если колебания барабанной перепонки медленные — число их меньше шестнадцати в одну секунду, — то основная мембрана колебаний не получит. Поэтому-то мы не слышим звука, когда тело колеблется с частотой меньше шестнадцати.
Колебания с частотой больше двадцати тысяч, как мы уже говорили, также не воспринимаются нашим слуховым аппаратом как звук.
Но не все люди, даже с нормальным слухом, одинаково чувствительны к звукам различной частоты. Так, дети обычно без напряжения воспринимают звуки с частотой до 22 тысяч. У большинства взрослых чувствительность уха к высоким звукам уже понижена до 16–18 тысяч колебаний в секунду. Чувствительность же уха у стариков ограничена звуками с частотой в 10–12 тысяч. Они часто совершенно не слышат комариного пения, стрекотания кузнечика, сверчка и даже чириканья воробья.
Многие животные особенно восприимчивы к высоким звукам. Собака, например, улавливает колебания с частотой до 38 000, то есть звуки, для человека не слышимые.
А как наше ухо умеет оценивать громкость звуков одной и той же высоты? Оказывается, наши способности в этом отношении почти равны математическому развитию ребёнка или первобытного человека. Как ребёнок может сосчитать только до двух, а если предметов больше, то он скажет, что их много, так и мы умеем оценивать изменение громкости звука лишь в 2–3 раза, а дальше ограничиваемся неопределённым: «много громче» или «значительно тише».
Но если нашему сознанию доступно ещё некоторое суждение об изменении громкости, то сложение и вычитание одной громкости из другой для него совершенно неразрешимая задача. Однако не следует думать, что человек вообще не может отличать звуки, близкие по своей громкости. Музыканты, например, пользуются целой шкалой громкости. По этой шкале каждая последующая громкость вдвое больше предыдущей, а вся шкала имеет семь ступеней громкости.
Несмотря на то, что наш слуховой аппарат улавливает чрезвычайно малые изменения давления воздуха, мы всё же не в состоянии слышать очень слабые звуки. Но не нужно сожалеть об этом. Представьте себе, что получилось бы, если бы наше ухо оказалось более чувствительным, чем оно есть. Ведь воздух состоит из отдельных молекул, беспрерывно движущихся по всем направлениям. Благодаря такому движению в отдельных местах может создаться на мгновение увеличение или уменьшение давления. По величине эти изменения давления как раз очень близки к изменениям давления, возникающим в местах сгущения и разрежения самой слабой звуковой волны. И если бы ухо воспринимало такие малейшие изменения в давлении, то эти случайные колебания воздуха создавали бы ощущение постоянного шума, и мы не были бы знакомы с тишиной! Природа как бы вовремя остановилась на определённом пороге чувствительности нашего слухового аппарата, оставив ему возможность отдыхать.
В обычной жизни нас никогда не окружает совершенная тишина, и ухо по существу не имеет полного отдыха. Но мы часто создаём себе искусственную тишину — отодвигаем на время от своего сознания получаемые звуковые восприятия. Мы как бы пропускаем некоторые звуки «мимо ушей». Однако если мы и «не слышим» их, ухо всё равно эти звуки отмечает. Точно так же, когда к звукам, которые мы «пропускаем мимо ушей», прибавляется звук, имеющий для нас какой-нибудь интерес, мы тотчас же его улавливаем, даже если он и тише остальных звуков. Мать часто может спать при большом шуме, но она сразу просыпается от первого крика ребёнка. Пассажир может спокойно спать во время хода поезда, но при его остановке просыпается.
3. Сколько звуков слышит человек?
Не все люди с нормальным слухом одинаково слышат. Одни способны различать близкие по высоте и громкости звуки и улавливать в музыке или шуме отдельные тона. Другие же этого сделать не могут. Для человека с тонким слухом существует больше звуков, чем для человека с неразвитым слухом.
Но насколько вообще должна отличаться частота двух звуков, чтобы их можно было слышать как два разных тона? Можно ли, например, отличить друг от друга тона, если разница в частотах равна одному колебанию в секунду? Оказывается, что для некоторых тонов это возможно, а для других нет. Так, тон с частотой 435 можно отличить по высоте от тонов с частотами 434 и 436. Но если брать более высокие тона, то отличие сказывается уже при большей разности частот. Тона с числом колебаний 1000 и 1001 ухо воспринимает как одинаковые и улавливает разницу в звучании только между частотами 1000 и 1003. Для более высоких тонов эта разность в частотах ещё больше. Например, для частот около 3000 она равна 9
