Измерение вибрационных ощущений. Их пороги в сравнении с порогами слуховых ощущений

Вибрация, как всякие колебания, характеризуется частотой колебаний в единицу времени и амплитудой, размахом. Частота колебаний измеряется герцами — количеством колебаний в се­кунду. От амплитуды вибраций зависит их интенсивность. Ам­плитуда измеряется долями метра: сантиметрами, микронами (десятитысячная часть сантиметра) и др. Кроме зтого, для ха­рактеристики силы вибраций пользуются теми же специальными логарифмическими единицами измерения—децибелами, кото­рые применяются для обозначения громкости звука.

Первоначально для исследования вибрационной чувствитель­ности использовались наборы камертонов, имеющих различное количество колебаний в секунду (64, 128, 256 гц и др.). Колеб­лющиеся ножки камертона прикладывали к коже человека. О тонкости вибрационной чувствительности судили по времени, в течение которого человек продолжал ощущать вибрации, несмо­тря на их постепенное затухание. Однако применение камерто­нов не давало возможности вполне точно охарактеризовать ви­брационную чувствительность из-за ограниченного набора частот вибраций и невозможности точно дозировать силу вибраций. Бо­лее точные исследования вибрационной чувствительности стали проводить при использовании для этой цели генератора электри­ческих колебаний, соединенного с вибратором. Генератор дает строго постоянный широкий диапазон частот от единиц до десят­ков тысяч колебаний в секунду с определенной, варьируемой силой звука от единид до 130 дб. Электрические колебания, воз­никающие. в генераторе, передаются вибратору. Вибратор имеет колеблющуюся пластинку или стержень, которые прикладывают­ся к коже.

Ощущение вибрации может возникнуть при воздействии на любой участок кожной поверхности человека. Однако различные участки тела по-разному чувствительны к вибрационным раздра жениям. Наиболее чувствительна кожа кончиков пальцев рук, затем кожа свода стопы и живота. Наименее чувствительна ко

жа шеи, плечевого пояса, и бедра (исследования Е. Ц. Андреевой-Галаниной, 1956, и др.).

Вибрационная чувствительность кончиков пальцев рук иссле­дована больше, чем чувствительность других участков тела. Прикладывая пальцы к пластинке вибратора, человек ощущает ее вибрации не только при нескольких колебаниях в секунду, но даже при сотнях и тысячах колебаний в секунду. Наибольшее количество колебаний в секунду, воспринимаемое как вибрации, различно у разных людей. Самая высокая частота колебаний, ко­торая была зарегистрирована как воспринятая, составляет 8000 гц (Л. Гудфелло (L. Goodifellow], 1933; Е. Ц. Андреева-Га ланина, 1956) и даже 12000 гц (Ф.Джелдард (F. Geldard] и Дж. Уэйтс [J. Weitz], 1948). Однако для того чтобы были воспри­няты вибрации высокой частоты, должна быть значительно уве­личена амплитуда их колебаний. Следует полагать, что восприя­тие вибрации высокой частоты и большой силы происходит на основе костной проводимости. В диапазоне же средних частот (в пределах 1000 гц) оказывается достаточной интенсивность колебаний, амплитуда которых не превышает нескольких мик­ронов.

Благодаря вибрационным ощущениям человек способен не только устанавливать сам факт наличия или отсутствия вибра­ций, но и различать, насколько одни вибрации отличаются от других по частоте и силе. Наиболее тонкие различия между ви-брашиями удается установить при частоте колебаний в пределах от 100 до 400 гц. Это хорошо согласуется с физиологическими данными, полученными при изучении тактильных рецепторов кожи животных. Р. Гьюилке и Р. Хьюссе (R. Guelke, R. Huyssen, 1959), Т. Квильям и И. Армстронг (T.Quilliam.I Armstrong, 1963), А. С. Миркин (1967) приводят данные, показывающие, что в этом диапазоне частот рецепторы давления (тельца Пачини) отвечают на стимуляцию, причем наибольшая чувствительность отмечается при частотах 100—250 гц. В диапазоне от 100 до 400 гц человек может различать два потока вибраций, отлича­ющихся друг от друга по частоте колебаний в один полутон (В. Кнудсен [V. Knudsen], 1928, и др.), т. е. вибраций при звуча нии струн от удара двух соседних клавиш рояля. По данным не­которых других авторов (У. Робертс [W. Roberts], 1932; и др.), различительная чувствительность к частоте вибрациовных коле­баний еще выше. Однако нахождение различий между двумя по­токами вибраций более высокой частоты ( свыше 500 гц) оказы­вается малодоступным для человека.

Человек способен различать вибрации и по интенсивности. Разностный порог интенсивности вибраций в диапазоне самого ясного-их различения (при 100—400 гц) равняется единицам ми­крона.

Возможно также различение вибраций, одновременно воз действующих на разные участки кожи. Однако надежное раз

личение сигналов, подаваемых на несколько вибрационных дат­чиков, зависит от многих факторов. Один из существенных фак­торов —это расстояние между датчиками. Оно должно быть больше величины рецептивного поля. Так, для предплечья — больше 4 см, для кончиков пальцев—больше 1 мм. Даже при учете величины рецептивного поля различение сигналов, подан­ных одновременно на несколько датчиков, затруднительно из-за явления «маскировки». Это явление не обнаруживается, если сиг­налы включаются с интервалом 10—40 мсек (E. Шмид [E. Schmid], 1961; Ц. Шеррик [С. Sherrik], 1964; Т. А. Камин кая, 1965).

Сравнивая возможности вибрационной и слуховой чувстви­тельности, необходимо отметить, что слуховой анализатор дает значительно более полное и точное отражение вибрационных воздействий, чем кожный. Слуховой анализатор реагирует на заметно более широкий диапазон частот. Пределы вибрационной чувствительности лежат примерно от 5 до 8000—12000 колеба­ний в секунду, тогда как пределы слуховой чувствительности от 16 до 20000 гц и выше. Различительная чувствительность слу­ха к частоте колебаний в секунду в 20—30 раз выше вибрацион­ной даже в диапазоне наибольшей различительной вибрационной чувствительности (от 100 до 400 гц).

Для возникновения слуховых ощущений достаточно воздей­ствия вибраций во много раз меньшей интенсивности, чем для появления вибрационных ощущений (меньшей на 40—115 дб, по данным Л. Гудфелло {L. Goodfellow], 1933). Поэтому у людей с сохранным органом слуха вибрационная чувствительность в зна­чительной степени перекрывается более тонкой, высокоразвитой слуховой чувствительностью.

3. Развитие тактильно-вибрационной чувствительности у глухих детей

Роль вибрационной чувствительности очень велика у людей с полной потерей слуха.

Весьма выразительно о роли вибрационных восприятий рас­сказывает слепоглухая Ольга Скороходова (1954). Благодаря вибрационным ощущениям она может узнать о наличии какого-либо предмета или явления, определить место, где он находится, установить некоторые его свойства. Так, по вибрациям пола она ощущает падение предметов, стук передвигаемой мебели, шум открывающейся двери, узнает, когда кто-либо ходит по комнате и в какой обуви. По сотрясению мостовой Ольга Скороходова распознает проезжающий мимо транспорт: автобус, трамвай, ав­томобиль или тяжелый грузовик. Может определить, что источ­ник вибраций находится не в той комнате, где она, а в соседней или в комнате этажом ниже, иногда даже на улице. Вибрацион­ные ощущения позволяют ей различать предметы по свойствам.

Так, по вибрации пола или стола она узнает, с какой скоростью печатают на машинке, стоящей на столе.

Вибрационная чувствительность может оказать заметную помощь в познании и в тех случаях, когда у практически глухих людей имеются остатки слуха. Это объясняется тем, что для воз­никновения вибрационных ощущений могут быть достаточными воздействия меньшей интенсивности, чем те, которые необходимы для возникновения слуховых ощущений при пораженном слухе. Так, вибрации, имеющие частоту 60—250 колебаний в секунду, ощущаются глухими при интенсивности, равной 40—70 дб. Для восприятия глухими вибраций большей частоты требуется боль­шая интенсивность воздействия, но все же она часто остается ниже порога пораженной слуховой чувствительности.

Однако для того, чтобы глухой мог использовать вибрацион­ную чувствительность как познавательное средство, требуется специальная педагогическая работа (А. В. Ярмоленко, 1949, 1961). Маленьким детям трудно выделить ощущения вибрации в общем комплексе ощущений, а также понять, что именно явля­ется источником этих ощущений, особенно в том случае, когда вибрации исходят от удаленных предметов и источника вибра­ций дети не видят.

Вибрационные ощущения приобретают предметное значение для ребенка, когда общающийся с ним взрослый обращает его вн-имаяие на те различия в ощущениях, которые возникают при прикладывании руки к вибрирующему предмету и предмету, на­ходящемуся в покое. Например, сначала прикладывают руку ре­бенка к столу, на который ставится вибрирующий камертон, и затем к столу без камертона. После того как ребелок научится выделять свои вибрацинные ощущения, его нужно приучить пра­вильно локализовать источник вибрации в пространстве. В даль­нейшем важно знакомить детей с разнообразными вибрирующи­ми предметами, чтобы они учились различать вибрации и пра­вильно определять, какими предметами они вызываются.

При специальных упражнениях, направленных на развитие вибрационных ощущений, у глухих детей наблюдается заметное повышение вибрационной чувствительности. В результате двух­летней работы с использованием вибрационной чувствительности в педагогическом процессе глухие дети стали различать вибрации значительно более слабой интенсивности, чем до упражнений (М. Г. Абрамова и М. П. Могильницкий, 1936).

К среднему и старшему школьному возрасту вибрационные ощущения начинают играть все большую роль в жизни глухих детей. Они развиваются относительно больше, чем у детей с нор­мальным слухом. По данным специального исследования, глухие дети старшего школьного возраста различают вибрации костного телефона кончиками пальцев при меньшей интенсивности вибра­ций—на 5—20 дб, чем дети с нормальным слухом (Н. П. Пара­монова, 1958). Развитие вибрационных ощущений проявляется и

Рис. 7. Различение глухими детьми пяти пар тактильных сигналов разной степени сложности: 1—1+2 и 1+3, II—различение сигналов 1+2 и 1+8, III - 1+2+4 и 1+3+4, IV— 1+2+5 и 1+3+5 V— 1+2+4 и 1+8+4. Араб­ские цифры соответствуют номерам вибраторов, указанным на схеме

Рис. 8. Скорость реакций глухих и слышащих при различении двух комплек­сных тактильных сигналов. I—латентное время 'реакции у слышащих, II—то же у глухих

Pис. 9. Вероятность различения сложных тактильных сигналов: 1—у слы­шащих, IIа—у глухих, IIв—у глухих с остаточными явлениями поражения центральной нервной системы.

в формировании умения локализовать источник колебаний в пространстве. Были проведены опыты, в которых вибрирующий камертон устанавливали в разные места спенияльной подставки. Испытуемые касались пальцами рук или локтями определенного места этой подста-вки и должны были определять по характеру ее вибраций, где находится вибрирующий камертон, для них неви­димый. Основную часть испытуемых составляли глухие и слыша­щие дети старшего школьного возраста и взрослые. Оказалось, что глухие испытуемые определяли место источника вибраций почти в 2 раза точнее, чем слышащие (В.М. Соколов, 1955).

С. С. Маркаряя (1958) обнаружил у глухих снижение абсо­лютных порогов ощущения, т. е. увеличение чувствительности, к вибрационным воздействиям в диапазоне 100—1000 гц.

Исследование особенностей различения вибрационных сигна­лов, воздействующих одновременно на разные участки кожи на плече и предплечье правой и левой руки (Л. И. Переслени, 1970), показало., что большинство обследованных глухих школьников, учащихся XI класса, 18—21 года хорошо различают комплексные сигналы, однако время реакции существенно зависит от сложно­сти задачи на различение. На рис. 7 показано значительное уве­личение латентных периодов реакции на сигналы, различение которых затруднено из-за взаимных маскирующих влияний ра­ботающих вибраторов. (В исследовании использовались различ­ные сочетания сигналов: 1 и 2; 1 и 3; 1, 2 и 4; 1, 3 и 4 и др. — см. рис. 7, схему в правом углу - см. Приложение. Сигналы подавались при помощи ви­браторов, включаемых в определенных комбинациях и последо­вательности с помощью специального устройства.) Регистрация длительности латентных периодов реакции выявила, что у глу­хих при различении более простых комплексных сигналов латент­ные периоды могут быть короче, чем у слышащих испытуемых (рис. 8 - см. Приолжение). Усложнение тактильных сигналов приводит к тому, что разница между глухими и слышащими уменьшается. А у неко­торых глухих при усложнении пространственного узора ком­плексного тактильного раздражения обнаруживаются значитель­ные затруднения в его опознании и отличении от других анало­гичных тактильных сигналов (рис. 9 - см. Приложение). Это предположительно

может быть связано с органическими или функциональными изменениями центральной нервной системы у этих испыту­емых.

Развитие вибрационной чувствительности имеет большое зна­чение для овладения словесной речью, правильным ее восприя­тием и произношением у глухих детей. Некоторые из вибраций, возникающие при речепроизнесении, улавливаются глухим при прикладывании ладони к шее говорящего, к его лицу, при подне­сении ладони ко рту, а также посредством специальных уст­ройств, включающих микрофон, усилитель и вибратор.

В результате тренировки глухие научаются распознавать с помощью этих устройств некоторые звуки речи, отдельные зна< комые слова и даже предложения. Глухие с помощью вибрато­ров лучше улавливают, чем при чтении с губ, такие элементы речи, как словесное и логическое ударение, темп речи и ее ритм. Все это в целом позволяет удачно сочетать восприятие речи по­средством вибрационной чувствительности с чтением с губ. Ви­брационная чувствительность помогает глухому осуществлять и контроль за собственным произношением(1).

Начиная с 30-х годов большое число исследователей напра­вило свои усилия на изучение возможностей использования кож­ного анализатора для восприятия через кожу речевых сигналов. Однако на основе многочисленных попыток передавать на кожу через телефоны разной конструкции непреобразованную речь бы­ло установлено, что разборчивость воспринимаемой речи при таком способе, ее передачи крайне низка. В связи с этим намети­лись два подхода к проблеме. Один, о котором говорилось вы­ше,—это использование кожного анализатора для помощи чте­нию с губ, в помощь зрению. Второй путь—это поиск путей передачи через кожу преобразованной или перекодированной речевой информации. Одним из таких путей является подача на вибраторы сигналов азбуки Морзе. Исследования, проведенные в этом направлении в США, дали положительные результаты. В СССР в настоящее время разработаны специальные телефон­ные приставки с. выходом на костный телефон (Ю. М. Бобриков и И. В. Цукерман, 1967), которые позволяют глухим «разговари­вать» по телефону, передавая и принимая азбуку Морзе. Ско­рость передачи и восприятия азбуки Морзе составляет 30—50 знаков в минуту (при приеме на слух она достигает 190 знаков в минуту), так что возможности такого способа общения огра­ничены.

В различных странах мира разрабатываются разные виды «кожных языков». Один из таких «кожных языков» разработан Ф. Джелда.рдом (F. Geldard, 1960) в США. Английский алфавит закодирован на основе II переменных вибрационных сигналов:

(1) Подробнее о роли вибрационной чувствительности в овладении глухими детьми словесной речью см. главу «Устная речь».

места воздействия (5 датчиков), уровня интенсивности (3), дли­тельности сигналов (3). После тренировки скорость приема ин­формации равна 190—335 буквам в минуту. Эта скорость превы­шает все ранее достигнутое, но недостаточна для восприятия устной речи.

Существует несколько видов систем, основанных на принци­пе частичного кодирования звуковых сигналов с выходом на дат­чики, прикладываемые к коже. Одна из них представлена аппа­ратом, разработанным в Стокгольме (Г. Фант[G. Fаnт], 1964). В этом аппарате весь частотный спектр речевых сигналов раз­бит на 10 каналов с выходом на 10 вибраторов, воздействующих на 10 пальцев обеих рук.

Это устройство, хотя и не смогло обеспечить беглого восприя­тия устной речи глухими, способствует выработке правильного произношения.

Тот же принцип разделения частотного диапазона речи на несколько каналов с помощью узкополостных фильтров исполь­зован в приборах Р. Гьюилке и Р. Хьюссена [R. Guelke, R. Huys-sen, 1959] и др.

Существует попытка кодирования речи с использованием не только вибрационных, но и электрокожных раздражений, а так­же раздражений кожи воздушной струей.

Однако на данном этапе развития ни одна из этих систем не может обеспечить такую высокую скорость передачи информа­ции, которая позволяла бы воспринимать устную речь. В то же время физиологическая пропускная способность кожного анали­затора достаточна велика, и поэтому исследователи продолжают искать новые способы передачи информации через кожу.