Обонятельные и вкусовые ощущения.
Обонятельные ощущения
Тесно связанные между собой обоняние и вкус являются разновидностями химической чувствительности. У низших животных обоняние и вкус, вероятно, не расчленены. В дальнейшем они дифференцируются. Одно из биологически существенных различий, устанавливающихся между ними, заключается в том, что вкус обусловлен непосредственным соприкосновением, а обоняние функционирует на расстоянии. Обоняние принадлежит к дистантрецепторам.
У животных, особенно на низших ступенях эволюционного ряда, биологическая роль обоняния очень значительна. Обонятельные ощущения в значительной мере регулируют поведение животных при отыскании и выборе пищи, при распознавании особей другого пола и т. д. Первоначальный зачаток коры большого мозга у рептилий является по преимуществу центральным органом обоняния.
До недавнего времени принято было думать, что у человека обоняние не играет особенно существенной роли. Действительно, обоняние у человека играет значительно меньшую роль в познании внешнего мира, чем зрение, слух, осязание. Но значение его всё же велико в силу влияния, которое обоняние оказывает на функции вегетативной нервной системы и на создание положительного или отрицательного эмоционального фона, окрашивающего самочувствие человека в приятные или неприятные тона.
Обоняние доставляет нам большое многообразие различных ощущений, для которых характерен присущий им обычно яркий положительный или отрицательный аффективно-эмоциональный тон. Внести в это многообразие систему, установив однозначную закономерную зависимость между химическими свойствами вещества и его воздействием на обоняние, оказалось очень затруднительно.
Первая попытка свести многообразие запахов к нескольким группам принадлежит знаменитому естествоиспытателю Карлу Линнею (1756). Его классификация в основном ботаническая. Lorry наметил химическую классификацию. Он различает: 1) камфарные, 2) наркотические, 3) эфирные, 4) летучие кислотные, 5) щелочные запахи. Совершенно очевидно, что подвести сколько-нибудь однозначно под эти рубрики вещества, вызывающие ощущение запаха, невозможно. А. Бэн в своём разграничении запахов положился на различные побочные признаки. Он различает: 1) чистые свежие запахи, 2) угнетающие запахи, 3) отвратительные запахи, 4) сладкие запахи, 5) зловонные, 6) режущие, 7) эфирные, 8) пригорелые и 9) возбуждающие аппетит. Эта классификация явно лишена какой бы то ни было выдержанности. Значительную известность получила классификация Цвардемакера, различающая: 1) эфирные, 2) ароматические, 3) бальзамические, 4) амбра-мускусные, 5) алилькакодиловые, 6) горелые, 7) каприловые, 8) противные (widerliche) и 9) отвратительные (eckelhafte) запахи. Классификация Цвардемакера была подвергнута Геннингом резкой критике, отметившей эклектизм, теоретическую несостоятельность, а также несоответствие данным опыта.
Геннинг попытался дать классификацию запахов, опирающуюся на материал, доставленный психологическим экспериментом; он различает 6 основных запахов, а именно: пряные, цветочные, фруктовые, смолистые, горелые и гнилостные, и попытался показать, что между запахами существует непрерывность переходов, принципиально такая же, как между звуками и цветами. Для этого он изобразил всё многообразие запахов в виде призмы, на углах которой разместились 6 основных запахов; остальные, по мнению Геннинга, должны найти своё место среди них. И эту классификацию никак нельзя признать удовлетворительной.
Поскольку ощущение запаха вызывается воздействием химических веществ, объективная классификация запахов должна была бы основываться на однозначном соотношении запаха с химическими свойствами вызывающего его вещества. В этом направлении и был в последнее время сделан ряд попыток, — наиболее существенная из них принадлежит Хорнбостелю.
Обонятельные ощущения возникают при проникновении в нос вместе с вдыхаемым воздухом некоторых газообразных веществ.
Обонятельная область представляет собою самую верхнюю часть слизистой оболочки носовой полости. Вся поверхность обонятельной области составляет приблизительно 5 кв. см.Пахучие вещества могут попадать сюда только двумя путями. Во-первых, при вдыхании, во-вторых, пахучие вещества могут ощущаться при выдыхании, когда вещества проникают из хоан (особенно это имеет место при еде).
Для того чтобы пахучее вещество вызвало обонятельное ощущение, необходимо, чтобы оно было способно к испарению и к растворению в воде. Те из веществ, которые отличаются лёгкой поглощаемостью и растворимостью в липоидах, могут оказаться лучшими раздражителями. Из двух почти миллионов неорганических соединений обоняние возбуждает лишь пятая часть. Чувствительность к запаху у человека (и ещё больше у животных) очень велика. В г/см3рубежные величины, по Цвардемакеру, например, равны: ацетон 0,4-3, камфара 1,6∙10-11, валериановая кислота 2,1∙10-12 и т. д. Многие животные, в жизни которых обоняние играет важную роль, могут различать ещё меньшие величины.
В силу той роли, которую обоняние играет в настройке вегетативной нервной системы, выполняющей адаптационно-трофические функции по отношению ко всем видам чувствительности, обоняние может оказывать влияние на пороги различных органов чувств.
Из всех ощущений, пожалуй, ни одни не связаны так широко с эмоциональным чувственным тоном, как обонятельные: почти всякое обонятельное ощущение обладает более или менее ярко выраженным характером приятного или неприятного; многие вызывают очень резкую положительную или отрицательную эмоциональную реакцию. Есть запахи нестерпимые и другие — упоительные. Некоторые люди особенно чувствительны к их воздействию, и чувствительность многих в этом отношении так велика, что породила целую отрасль промышленности — парфюмерную.
Вкусовые ощущения
Вкусовые ощущения, как и обонятельные, обусловлены химическими свойствами вещей. Как и для запахов, для вкусовых ощущений не имеется полной, объективной классификации.
Из комплекса ощущений, вызываемых вкусовыми веществами, можно выделить четыре основных качества — солёное, кислое, сладкое и горькое.
К вкусовым ощущениям обычно присоединяются ощущения обонятельные, а иногда также ощущения давления, тепла, холода и боли. Едкий, вяжущий, терпкий вкус обусловлен целым комплексом разнообразных ощущений. Именно таким более или менее сложным комплексом обусловлен обычно вкус пищи, которую мы едим.
Вкусовые ощущения возникают при воздействии на вкусовые области растворимых и способных к диффузии веществ, т. е. веществ, обладающих относительно низким молекулярным весом. Главной вкусовой областью является слизистая оболочка языка, особенно его кончик, края и основание; середина языка и его нижняя поверхность лишены вкусовой чувствительности.
Разные вкусовые области обладают различной чувствительностью к ощущениям солёного, кислого, сладкого и горького. На языке наиболее чувствительны: к сладкому — кончик, к кислому — края, а к горькому — основание. Поэтому предполагают, что для каждого из четырёх основных вкусовых ощущений имеются особые органы.
Из теорий вкуса наибольшее значение имеют две — теория Ренквиема и ионная теория П. П. Лазарева.
Теория Ренквиема исходит из абсорбции вкусового вещества чувствительными клетками и придаёт основное значение скорости, с которой протекает этот процесс.
Ионная теория вкусовой чувствительности Лазарева исходит из ионной теории возбуждения. Акад. Лазарев считает, что в сосочках языка заложены 4 особых чувствительных вещества, соответственное разложение которых под действием вкусовых веществ вызывает 4 основных вкусовых ощущения — кислого, солёного, сладкого и горького. Однако однозначной закономерной зависимости между химическим строением вещества и его вкусовым действием пока не установлено; кислый вкус обусловлен действием водородных ионов, концентрация которых характерна для каждой кислоты; ощущение солёного вкуса порождается некоторыми солями; ощущения же горького и сладкого порождаются веществами самого различного химического строения.
Путём комбинации 4 видов первичных раздражителей можно получить такое вещество, которое во вкусовом отношении являлось бы индифферентным и давало бы вкус дистиллированной воды. Это, как полагает П. П. Лазарев, соответствует в зрении получению белого цвета. Акад. П. П. Лазарев и его сотрудники провели серию исследований с синтезом вкуса веществ (чай, кофе, соки плодов), дающих сложные вкусовые ощущения.
На вкус распространяются те же общие законы, что и на другие органы чувств, в частности закон адаптации.
Большую роль в вкусовых ощущениях играет процесс компенсации, т. е. заглушение одних вкусовых ощущений (солёное) другими (кислое). Так, например, установившаяся при определённых условиях рубежная величина для горького при 0,004% растворах хинина в присутствии поваренной соли поднимается до 0,01% раствора хинина, а в присутствии соляной кислоты — до 0,026%. При известных условиях компенсации можно дойти до полной нейтрализации горького вкуса и появления какого-то нового, смешанного вкуса. Можно, например, подобрать такие концентрации поваренной соли, при которых раствор не имеет ни солёного, ни сладкого вкуса.
Наряду с компенсацией в области вкусовых ощущений наблюдаются также явления контраста. Например: ощущение сладкого вкуса сахарного раствора усиливается от примесей небольшого количества поваренной соли. Дистиллированная вода после полоскания полости рта хлористым калием или разведённой серной кислотой кажется отчётливо сладкой. Все эти факты свидетельствуют о наличии в области вкуса процессов взаимодействия в пределах даже одного органа чувств. Вообще явления взаимодействия, адаптации, временного последействия химического раздражителя, не только адекватного, но и неадекватного, выступает в области вкуса очень отчётливо.
Благодаря роли вкуса в настройке эмоционального состояния через вегетативную нервную систему, вкус, наряду с обонянием, влияет на пороги других рецепторных систем, например на остроту зрения и слуха, на состояние кожной чувствительности и проприоцепторов.
Вкусовые ощущения, порождаемые химическими веществами, поступающими из внешней среды, влияя на вегетативные функции, могут обусловить приятный или неприятный эмоциональный фон самочувствия. Обычай сочетать празднество с пиршествами свидетельствует о том, что практика учитывает способность вкусовой чувствительности, связанной с воздействием на вегетативную нервную систему, влиять на чувственный тон общего самочувствия.
Роль вкусовых ощущений в процессе еды обусловлена состоянием потребности в пище. По мере усиления этой потребности требовательность уменьшается: голодный человек съест и менее вкусную пищу; сытого прельстит лишь то, что покажется ему соблазнительным во вкусовом отношении.
Как и обонятельные ощущения, связанные с воздействиями на вегетативную нервную систему, вкусовая чувствительность может тоже давать разнообразные более или менее острые и приятные ощущения. Бывают люди — гурманы, которые особенно их культивируют, чтобы извлечь из них максимум наслаждений. Такое сосредоточение интересов человека на вкусовых ощущениях возможно, конечно, лишь в условиях праздной и бедной содержанием, духовно нищенской жизни. Нормально человек, живущий более или менее значительными общественными, культурными интересами, живёт не для того, чтобы есть, а ест для того, чтобы жить и работать. Поэтому тонкие оттенки вкусовых ощущений в системе человеческого поведения играют очень подчинённую роль.
Слуховые ощущения.[66]
Особое значение слуха у человека связано с тем, что он служит для восприятия речи и музыки.
Слуховые ощущения являются отражением воздействующих на слуховой рецептор звуковых волн, которые порождаются звучащим телом и представляют собой переменное сгущение и разрежение воздуха.
Звуковые волны обладают, во-первых, различной амплитудой колебания. Под амплитудой колебания разумеют наибольшее отклонение звучащего тела от состояния равновесия или покоя. Чем больше амплитуда колебания, тем сильнее звук, и, наоборот, чем меньше амплитуда, тем звук слабее. Сила звука прямо пропорциональна квадрату амплитуды. Эта сила зависит также от расстояния уха от источника звука и от той среды, в которой распространяется звук. Для измерения силы звука существуют специальные приборы, дающие возможность измерять её в единицах энергии.
Звуковые волны различаются, во-вторых, по частоте или продолжительности периода колебаний. Длина волны обратно пропорциональна числу колебаний и прямо пропорциональна периоду колебаний источника звука. Волны различного числа колебаний в 1 сек. или в период колебания дают звуки, различные по высоте: волны с колебаниями большой частоты (и малого периода колебаний) отражаются в виде высоких звуков, волны с колебаниями малой частоты (и большого периода колебания) отражаются в виде низких звуков.
Звуковые волны, вызываемые звучащим телом, источником звука, различаются, в-третьих, формой колебаний, т. е. формой той периодической кривой, в которой абсциссы пропорциональны времени, а ординаты — удалениям колеблющейся точки от своего положения равновесия. Форма колебаний звуковой волны отражается в тембре звука — том специфическом качестве, которым звуки той же высоты и силы на различных инструментах (рояль, скрипка, флейта и т. д.) отличаются друг от друга.
Зависимость между формой колебания звуковой волны и тембром не однозначна. Если два тона имеют различный тембр, то можно определённо сказать, что они вызываются колебаниями различной формы, но не наоборот. Тоны могут иметь совершенно одинаковый тембр, и, однако, форма колебаний их при этом может быть различна. Другими словами, формы колебаний разнообразнее и многочисленнее, чем различаемые ухом тоны.
Слуховые ощущения могут вызываться как периодическими колебательными процессами, так и непериодическими с нерегулярно изменяющейся неустойчивой частотой и амплитудой колебаний. Первые отражаются в музыкальных звуках, вторые — в шумах.
Кривая музыкального звука может быть разложена чисто математическим путём по методу Ж. Б. Фурье на отдельные, наложенные друг на друга синусоиды. Любая звуковая кривая, будучи сложным колебанием, может быть представлена как результат большего или меньшего числа синусоидальных колебаний, имеющих число колебаний в секунду, возрастающее, как ряд целых чисел 1, 2, 3, 4. Наиболее низкий тон, соответствующий 1, называется основным. Он имеет тот же период, как и сложный звук. Остальные простые тоны, имеющие вдвое, втрое, вчетверо и т. д. более частые колебания, называются верхними гармоническими или частичными (парциальными), или обертонами.
Органом слуха является ухо. Оно состоит из трёх частей: 1) наружного уха, 2) среднего уха и 3) внутреннего уха. Главные части слухового аппарата — среднее ухо и внутреннее ухо — помещены в виде маленьких полостей в височной кости.
Строение уха.
1 — наружный слуховой проход; 2 — барабанная перепонка; 3 — полость среднего уха(барабанная полость); 4 — молоточек; 5 — наковальня; 6 — стремечко, упирающееся в овальное окошечко, 7 — полукружные каналы; 8 — преддверие; 9 — лестница преддверия; 10 — барабанная лестница; 11 — круглое окошечко; 12 — евстахиева труба; 13 — кость в разрезе
Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового прохода. Ушная раковина является своеобразной слуховой воронкой, но она не необходима для слушания; многие животные с хорошим слухом, как птицы или лягушки, её не имеют. Ушная раковина служит для собирания и отражения звуковых волн к слуховому проходу. Кроме того, она даёт возможность различать, приходит ли звук спереди или сзади. Если прибинтовать ушные раковины к голове, то эта способность теряется. Способность различать направление звука (бинауральный или стереакустический эффект, см. дальше) весьма мало зависит от ушной раковины, но объясняется своеобразным свойством слуха воспринимать пространственно малые разницы во времени.
Границей между наружным и средним ухом служит барабанная перепонка. Барабанная перепонка очень тонка, но достаточно прочна, чтобы выдерживать, не лопаясь, даже очень громкие звуки, например звуки пушечных выстрелов. Неправильная воронкообразная форма и неравномерное натяжение барабанной перепонки делают возможными соколебания её в ответ на всевозможные тоны.
Среднее ухо, или барабанная полость, представляет собой воздушную полость внутри височной кости. В барабанной полости имеется сложная система сочленённых косточек — молоточка, наковальни и стремечка, передающих колебания барабанной перепонки так называемому овальному окну внутреннего уха.
За перепонкой овального окна расположено внутреннее ухо, в котором находится лабиринт. Главными частями лабиринта являются преддверие, полукружные каналы и улитка. Преддверие и полукружные каналы являются органом равновесия; с точки зрения функции слуха наиболее важным органом является улитка. Улитка представляет собой спирально закрученную костную оболочку. Вдоль неё тянется перегородка, разделяющая ее как бы на два этажа.
В большей части поперечника перегородка эта костная; на меньшем протяжении это гибкая перепонка, состоящая из поперечных, весьма эластических, упругих волоконец, слабо между собой связанных, — так называемая основная мембрана. По мере приближения к вершине улитки основная мембрана расширяется и недалеко от вершины она примерно в 12 раз шире, чем у основания. В области, прилегающей к костной спиральной перегородке, основная мембрана значительно утолщается. Здесь лежат особого типа нервные клетки — упругие кортиевы дуги,поддерживающие напряжение основной мембраны. С ними связаны волокна слухового нерва, которые оканчиваются так называемыми волосатыми клетками, расположенными пятью рядами вдоль длины основной мембраны. Этих клеток на основной мембране насчитывается около 23 500. Параллельно основной мембране, на очень близком от неё расстоянии, идёт вторая, текториальная, или покровная, мембрана. Жидкость улитки, передающая колебания, в своём движении приводит в соколебание основную мембрану; волосатые клетки прикасаются к плавающей над ними текториальной мембране и получают таким образом раздражение, которое передаётся по нервным волоконцам в мозг. Разделяясь в области среднего мозга, нервные волокна от обоих ушей идут как к правому, так и к левому полушарию.
Кортиев орган.
1 — перепонка Рейснера; 2 — полость перепончатой улитки; 3 — покровная перепонка; 4 — волоски слуховой клетки; 5 — наружные слуховые клетки; 6 — внутренняя слуховая клетка; 7 — кортиевые дуги; 8 — основная перепонка; 9 — нервные волокна
При воздействии звука в слуховых областях обоих полушарий создаются соседние участки возбуждения, из которых один возбуждается правым ухом, другой — левым. Нервные пути, таким образом, оказываются дублированными, и в случае поражения слухового центра одного из полушарий восприятие осуществляется в другом. Слуховые области расположены симметрично в обеих половинах мозга, в височных его долях и главным образом в первой височной извилине. При поражении этих частей мозга наступает более или менее сильное расстройство слуха. Может возникнуть даже полная глухота (кортикальная глухота). Если височная доля разрушена лишь частично, то результатом является так называемая душевная глухота: реакция на звуки остаётся, но понимание их значения теряется. Больной слышит произнесённое слово только как какой-то шум. Это отсутствие понимания речи, глухота на слова, лежит в основе сенсорной афазии, или так называемой афазии Вернике, которая наблюдается при заболевании первой височной извилины, особенно её задней области, где находится сенсорный центр речи.
Согласно исследованиям Лючиани и павловской школы, помимо центров, тесно связанных с определённой функцией, и в других областях коры, даже в самых отдалённых, рассеяны клетки, связанные с той же функцией. По отношению к слуховым ощущениям установлено, что при удалении центра слуха навсегда теряются условные рефлексы на сложнокомплексные звуковые раздражители (аккорд, кличка собаки и т. п.). Однако простые звуковые раздражители продолжают действовать. Это происходит за счёт сохранившихся звуковых клеток, лежащих рассеянно в теменной, затылочной и других областях коры.
Все слышимые звуки разделяются на шумы и музыкальные звуки. Первые отражают непериодические колебания неустойчивой частоты и амплитуды, вторые — периодические колебания. Между музыкальными звуками и шумами нет, однако, резкой грани. Акустическая составная часть шума часто носит ярко выраженный музыкальный характер и содержит разнообразные тоны, которые легко улавливаются опытным ухом. Свист ветра, визг пилы, различные шипящие шумы с включёнными в них высокими тонами резко отличаются от шумов гула и журчания, характеризующихся низкими тонами. Отсутствием резкой границы между тонами и шумами объясняется то, что многие композиторы прекрасно умеют изображать музыкальными звуками различные шумы (журчанье ручья, жужжание прялки в романсах Ф. Шуберта, шум моря, лязг оружия у Н. А. Римского-Корсакова и т. д.).
В звуках человеческой речи также представлены как шумы, так и музыкальные звуки.
Основными свойствами всякого звука являются: 1) его громкость, 2) высота и 3) тембр.
1. Громкость. Громкость зависит от силы, или амплитуды, колебаний звуковой волны. Сила звука и громкость — понятия неравнозначные. Сила звука объективно характеризует физический процесс независимо от того, воспринимается он слушателем или нет; громкость — качество воспринимаемого звука. Если расположить громкости одного и того же звука в виде ряда, возрастающего в том же направлении, что и сила звука, и руководствоваться воспринимаемыми ухом ступенями прироста громкости (при непрерывном увеличении силы звука), то окажется, что громкость вырастает значительно медленнее силы звука.
Согласно закону Вебера-Фехнера, громкость некоторого звука будет пропорциональна логарифму отношения его силы J к силе того же самого звука на пороге слышимости J0:
В этом равенстве K — коэффициент пропорциональности, a L выражает величину, характеризующую громкость звука, сила которого равна J; её обычно называют уровнем звука.
Если коэффициент пропорциональности, являющийся величиной произвольной, принять равным единице, то уровень звука выразится в единицах, получивших название белов (Б):
Б
Практически оказалось более удобным пользоваться единицами, в 10 раз меньшими; эти единицы получили название децибелов (дБ).Коэффициент K при этом, очевидно, равняется 10. Таким образом:
дБ
Минимальный прирост громкости, воспринимаемый человеческим ухом, равен примерно 1 дБ. Приводимая таблица может дать более конкретное представление о децибеле.
| Звук | Уровень силы в децибелах | Сила звука в эрг. |
| Едва слышный звук | 1∙10-1 | |
| Тихий шопот на расстоянии 1,5 м | 1∙10-5 | |
| Тиканье часов | 1∙10-4 | |
| Шаги по мягкому ковру на расстоянии 3—4 м | 1∙10-3 | |
| Тихий разговор | 1∙10-2 | |
| Дребезжание на расстоянии около 1 м | 1∙10-1 | |
| Речь средней громкости | ||
| Шум оживлённой улицы | 1∙101 | |
| Крик | 1∙102 | |
| Шум в печатном цехе в типографии | 1∙103 | |
| Фортиссимо большого оркестра | 1∙104 | |
| Шум аэропланного мотора на расстоянии 3 м | 1∙105 | |
| Ощущение боли | 1∙106 |
(Источник: Путилов, Курс физики, 1937, стр. 549-550.)
Известно, что закон Вебера-Фехнера теряет силу при слабых раздражениях; поэтому уровень громкости очень слабых звуков не даёт количественного представления об их субъективной громкости.
Согласно новейшим работам, при определении разностного порога следует учитывать изменение высоты звуков. Для низких тонов громкость растёт значительно быстрее, чем для высоких.
Количественное измерение громкости, непосредственно ощущаемой нашим слухом, не столь точно, как оценка на слух высоты тонов. Однако в музыке давно применяются динамические обозначения, служащие для практического определения величины громкости. Таковы обозначения: ppp (пиано-пианиссимо), pp (пианиссимо), p (пиано), mp (меццо-пиано), mf (меццо-форте), f (форте), ff (фортиссимо), fff (форте-фортиссимо). Последовательные обозначения этой шкалы означают примерно удвоение громкости.
Человек может без всякой предварительной тренировки оценивать изменения громкости в некоторое (небольшое) число раз (в 2, 3, 4 раза). При этом удвоение громкости получается примерно как раз при прибавке около 20 дБ. Дальнейшая оценка увеличения громкости (более чем в 4 раза) уже не удаётся. Исследования, посвященные этому вопросу, дали результаты, резко расходящиеся с законом Вебера-Фехнера.[67] Они показали также наличие значительных индивидуальных отличий при оценке удвоения громкостей.
При воздействии звука в слуховом аппарате происходят процессы адаптации, изменяющие его чувствительность. Однако в области слуховых ощущений адаптация очень невелика и обнаруживает значительные индивидуальные отклонения. Особенно сильно сказывается действие адаптации при внезапном изменении силы звука. Это так называемый эффект контраста.
Измерение громкости производится в децибелах. С. Н. Ржевкин указывает, однако, что шкала децибелов не является удовлетворительной для количественной оценки натуральной громкости. Так, например, шум в поезде метро на полном ходу оценивается в 95 дБ, а тикание часов на расстоянии 0,5 м — в 30 дБ. Таким образом, по шкале децибелов отношение равно всего 3, в то время как для непосредственного ощущения первый шум почти неизмеримо больше второго. В настоящее время с различных сторон подходят к созданию натуральной шкалы громкости, которая будет несомненно более пригодной для практических целей.
2. Высота. Высота звука отражает частоту колебаний звуковой волны. Далеко не все звуки воспринимаются нашим ухом. Как ультразвуки (звуки с большой частотой), так и инфразвуки (звуки с очень медленными колебаниями) остаются вне пределов нашей слышимости. Нижняя граница слуха у человека составляет примерно 15—19 колебаний в секунду (герц — Гц); верхняя — приблизительно 20 000 Гц, причём у отдельных людей чувствительность уха может давать различные индивидуальные отклонения. Обе границы изменчивы, верхняя в особенности в зависимости от возраста; у пожилых людей чувствительность к высоким тонам регулярно падает. У животных верхняя граница слуха значительно выше, чем у человека; у собаки она доходит до 38 000 Гц.
При воздействии частот выше 15 000 Гц ухо становится гораздо менее чувствительным; теряется способность различать высоту тона. При 19 000 Гц предельно слышимыми оказываются лишь звуки, в миллион раз более интенсивные, чем при 14 000 Гц.При повышении интенсивности высоких звуков возникает ощущение неприятного щекотания в ухе (осязание звука), а затем чувство боли. Область слухового восприятия охватывает свыше 10 октав и ограничена сверху порогом осязания, снизу порогом слышимости. Внутри этой области лежат все воспринимаемые ухом звуки различной силы и высоты. Наименьшая сила требуется для восприятия звуков от 1 000 до 3 000 Гц.В этой области ухо является наиболее чувствительным. На повышенную чувствительность уха в области 2 000—3 000 Гц указывал ещё Г. Л. Ф. Гельмгольц; он объяснял это обстоятельство собственным тоном барабанной перепонки.
Величина порога различения, или разностного порога, высоты (по данным Т. Пэра, В. Штрауба, Б. М. Теплова) в средних октавах у большинства людей находится в пределах от 6 до 40 центов (цент — сотая доля темперированного полутона). У высокоодарённых в музыкальном отношении детей, обследованных Л. В. Благонадёжиной, пороги оказались равны 6—21 центам.
Приводим таблицу порогов различения высоты у учащихся «особой детской группы» Московской государственной консерватории (по Л. В. Благонадёжиной).
| № | Испытуемая специальность | Порог в центах |
| виолончель | ||
| скрипка | ||
| виолончель | ||
| » | ||
| скрипка | ||
| » | ||
| » | ||
| » | ||
| фортепиано | ||
| скрипка | ||
| фортепиано | ||
| » | ||
| » | ||
| теория и композиция | ||
| фортепиано | ||
| » | ||
| » |
Существует собственно два порога различения высоты: 1) порог простого различения и 2) порог направления (В. Прейер и др.). Иногда при малых различениях высоты испытуемый замечает различия в высоте, не будучи, однако, в состоянии сказать, какой из двух звуков выше.
По данным целого ряда исследователей (Джильберта, Гентшеля, Мейснера, Майнуоринга и др.), чувствительность к различению высоты вырастает с возрастом (у детей от 6 до 14 и 17 лет). Притом это возрастание чувствительности (и, значит, снижение порогов) находится в значительной зависимости от занятия музыкой; у детей, занимающихся музыкой, оно увеличивается больше, чем у тех, которые музыкой не занимаются (Мейснер). Упражнение заметно повышает чувствительность к различению высоты. Об этом свидетельствуют данные ряда авторов (начиная со К. Штумпфа). Особенно показательны в этом отношении опыты Б. М. Теплова. В результате специально проведённых очень простых упражнений, на которые в общем затрачивают лишь несколько часов, Теплов получил резкое снижение порогов. У одного его испытуемого при первом испытании порог равнялся 32 центам, при втором 28, при третьем 22, при четвёртом 16 центам (всего на упражнение с этим испытуемым было потрачено около 4 часов). У другого испытуемого порог снизился с 20 до 12, у двух других с 14 до 10, у одного испытуемого с исключительно большим порогом в 226 центов он в результате 7 сеансов, на которые было потрачено 8 часов, снизился до 94 центов. Таким образом, чувствительность к различению высоты является функцией, весьма поддающейся упражнению.
Отчётливое восприятие высоты требует некоторого минимума колебаний. Этот минимум при различных частотах различен. Данные различных авторов по этому вопросу не вполне однородны. Абрагам указывает как минимум два полных колебания. Позднейшие авторы указывают большее число колебаний — 4, 5, 30 и более, до 300, — в зависимости от частоты.
Высота звука, как она обычно воспринимается в шумах и звуках речи, включает два различных компонента — собственно высоту и тембровую характеристику.
В звуках сложного состава изменение высоты связано с изменением некоторых тембровых свойств. Объясняется это тем, что при увеличении частоты колебаний неизбежно уменьшается число частотных тонов, доступных нашему слуховому аппарату. В шумовом и речевом слышании эти два компонента высоты не дифференцируются. Вычленение высоты в собственном смысле слова из её тембровых компонентов является характерным признаком музыкального слышания (Б. М. Теплов). Оно совершается в процессе исторического развития музыки, как определённого вида человеческой деятельности.
Один вариант двухкомпонентной теории высоты развил Ф. Брентано и вслед за ним Г. Ревеш, исходя из принципа октавного сходства звуков. Ревеш различает качество и светлость звука. Под качеством звука он понимает такую особенность высоты звука, благодаря которой мы различаем звуки в пределах октавы. Под светлостью — такую особенность его высоты, которая отличает звуки одной октавы от звуков другой. Так, например, все ноты «до» качественно тожественны, но по светлости отличны. Ещё К. Штумпф подверг эту концепцию жёсткой критике. Конечно, октавное сходство существует (так же, как и сходство квинтовое), но оно не определяет никакого компонента высоты.
М. Мак-Маер, К. Штумпф и особенно В. Келер дали другую трактовку двухкомпонентной теории высоты, различив в ней собственно высоту и тембровую характеристику высоты (светлость). Однако эти исследователи (так же как и Е. А. Мальцева), проводя различение двух компонентов высоты, оставались в чисто феноменальном плане: к одной и той же объективной характеристике звуковой волны они соотносили два различных и отчасти даже разнородных свойства ощущения. Б. М. Теплов указал на объективную основу этого явления, заключающуюся в том, что с увеличением высоты изменяется число доступных уху частичных тонов. Поэтому различие тембровой окраски звуков различной высоты имеется в действительности лишь в сложных звуках; в простых тонах она представляет собой результат переноса.[68]
В силу этой взаимосвязи собственно высоты и тембровой окраски не только различные инструменты отличаются по своему тембру друг от друга, но и различные по высоте звуки на том же самом инструменте отличаются друг от друга не только высотой, но и тембровой окраской. В этом сказывается взаимосвязь различных сторон звука — его звуковысотных и тембровых свойств.
3. Тембр. Под тембром понимают особый характер или окраску звука, зависящую от взаимоотношения его частичных тонов. Тембр отражает акустический состав сложного звука, т. е. число, порядок и относительную силу, входящих в его состав частичных тонов (гармонических и негармонических).
По Гельмгольцу, тембр зависит от того, какие верхние гармонические тоны примешаны к основному, и от относительной силы каждого из них.
В наших слуховых ощущениях тембр сложного звука играет очень значительную роль. Частичные тоны (обертоны), или, по терминологии Н. А. Гарбузова, верхние натуральные призвуки, имеют большое значение также и в восприятии гармонии.
Тембр, как и гармония, отражает звук, который в акустическом своём составе является созвучием. Поскольку это созвучие воспринимается как единый звук без выделения в нём слухом акустически в него входящих частичных тонов, звуковой состав отражается в виде тембра звука. Поскольку же слух выделяет частичные тоны сложного звука, возникает восприятие гармонии. Реально в восприятии музыки имеет обычно место и одно и другое. Борьба и единство этих двух взаимопротиворечивых тенденций — анализировать звук как созвучие и воспринимать созвучие как единый звук специфической тембровой окраски — составляет существенную сторону всякого реального восприятия музыки.
Тембровая окраска приобретает особенное богатство благодаря так называемому вибрато (К. Сишор), придающему звуку человеческого голоса, скрипки и т. д. большую эмоциональную выразительность. Вибрато отражает периодические изменения (пульсации) высоты и интенсивности звука.
Вибрато играет значительную роль в музыке и пении; оно представлено и в речи, особенно эмоциональной. Поскольку вибрато имеется у всех народов и у детей, особенно музыкальных, встречаясь у них независимо от обучения и упражнения, оно, очевидно, является физиологически обусловленным проявлением эмоционального напряжения, способом выражения чувства.
Вибрато в человеческом голосе как выражение эмоциональности существует, вероятно, с тех пор, как существует звуковая речь и люди пользуются звуками для выражения своих чувств.[69]Вокальное виб