Параметры слуховых ощущений и их физические корреляты: громкость, высота, тембр

Раздражителями для слуховых ощущений являются звуковые волны – продольные колебания частиц воздуха, распространяющиеся во все стороны от источника звука. Звуковые волны обладают, во-первых, различной амплитудой колебания – 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. Звуковые волны различаются, во-вторых, по частоте или продолжительнос­ти колебаний. Длина волны обратно пропорциональна числу колебаний и прямо пропорциональна периоду колебаний источника звука. Волны различного числа колебаний в 1 с или в период колебания дают звуки, различные по высоте: волны колебаниями большой частоты (и малого периода колебаний) отражаются в высоких звуков, волны с колебаниями малой частоты (и большого периода колебаний) отражаются в виде низких звуков.

Звуковые волны, вызываемые звучащим телом, источником звука, различа­ются, в-третьих, формой колебаний. 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.

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.

Орган слуха человека реагирует на звуки в пределах от 16 до 20 000 колебаний в секунду. Наиболее чувствительно ухо человека к звукам 1000–3000 колебаний в секунду.

Звук	Интенсивность в дБ
Звук космического корабля (на расстоянии 45 м)
Порог болевой чувствительности
Сильный удар грома, шумовой оркестр
Крик
Разговор	80-40
Шёпот
Порог слышимости при 1000 Гц

Музыкальные звуки – пение и звуки различных музыкальных инструментов. Шумы – это, например, звук мотора, шум дождя, грохот поезда и т.п.

В звуках речи сочетаются музыкальные звуки (гласные) и шумы (согласные). Слух к различению звуков речи определяется как фонематический. Он формируется прижизненно, в процессе общения в зависимости от речевой среды, в которой воспитывается ребенок. Овладение иностранным языком предлагает выработку системы фонематического слуха, для чего необходима система упражнений. Музыкальный слух не в меньшей мере социален, чем речевой. Он воспитывается и формируется так же, как и речевой.

Основными свойствами звука является:

1) громкость;

2) высота;

3) тембр.

Громкость тона зависит от его интенсивности (дБ) и частоты (Гц).

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.

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; верхняя — приблизительно 20 000, причем 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 постепенно падает. У животных верхняя граница слуха значительно выше, чем у человека; у собаки она доходит до 38 000 Гц (колебаний в секунду).

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.

Локализация звука.

Способность определять направление, из которого исходит звук, обусловлена бинауральным характером нашего слуха, т.е. тем, что мы воспринимаем звук двумя ушами. Локализацию звука в пространстве обозначают поэтому как бинауральный эффект. Люди, глухие на одно ухо, лишь с большим трудом определяют направление звука и вынуждены прибегать для этой цели к вращению головы и к различным косвенным показателям.

Бинауральный эффект может быть фазовым и амплитудным. При фазовом бинауралъном эффекте определение направления, из которого исходит звук обусловлено разностью времен прихода одинаковых фаз звуковой волн двум ушам. При амплитудном бинауралъном эффекте определение направления звука обусловлено разностью громкостей, получающихся в двух ушах. Локализация звуков на основании фазового бинаурального эффекта возможена только в отношении звуков невысоких частот (не свыше 1500 Гц, а вполне отчетливо даже только до 800 Гц). Для звуков высоких частот локализация совершается на основе различия громкостей, получающихся в одном и другом ухе. Между фазовым и амплитудным бинауральным эффектами существуют определенные соотношения. Некоторые авторы (Р. Гартлей, Т. Фрей) считают, что механизмы фазовой и амплитудной локализации всегда действуют в какой- то мере совместно.

В естественных условиях пространственная локализация звука определяется не только бинауральным эффектом, а совокупностью данных, служащих ориентировки в реальном пространстве. Существенную роль при этом играет взаимодействие слуховых данных со зрительными и осмысливание первых на основе восприятия реального пространства.

Теория слуха.

Из большого числа различных теорий слуха наиболее прочное положение зани­мает резонансная теория слуха, выдвинутая Г. Гельмгольцем.

Согласно этой теории, основным органом слуха является улитка, функционирующая как набор резонаторов, с помощью которых сложные звуки могут быть разложены на парциаль­ные тоны. Отдельные волокна основной мембраны являются как бы струнами, настроенными на различные тоны в пределах от нижней до верхней границы слуха. Гельмгольц сравнил их со струнами музыкального инструмента — арфы. Более короткие волокна, лежащие у осно­вания улитки, должны воспринимать высокие ноты; более длинные волокна, находящиеся у вершины ее, — низкие. Поскольку волокна мембраны легко отделяются друг от друга в попе­речном направлении, они легко могут колебаться изолированно. Число этих волокон колеб­лется в пределах 13 — 24 тысяч; число слуховых нервных окончаний составляет примерно 23 500. Это хорошо согласуется с нашей слуховой способностью различения, позволяющей нам воспринимать тысячи ступеней тонов (примерно 11 октав).

Свою резонансную теорию слуха Гельмгольц обосновывал прежде всего анатомическим данными. Анатомическое строение преддверия таково, что маловероятной является возмож ность передачи колебаний перелимфы не только в улитку, но и на полукружные каналы поскольку преддверие более или менее полно разделено перегородкой¹. К тому же оба кон' ца каждого полукружного канала открываются в преддверии очень близко друг от дру_Га. поэтому колебания перепонки овального окна вряд ли могут вовлекать в колебание перелим-фу каналов. Таким образом, основным органом слуха приходится признать улитку.

Кроме анатомических данных резонансная теория подтверждается также наблюдениями клиники. Явления, называемые пропуском тонов и островами тонов, заключаются в том, что в первом случае выпадают ощущения большей или меньшей области тонов как если бы были разрушены отдельные резонаторы, или же из области тонов остаются только небольшие «ос­тровки», т. е. способность слышать звуки только определенной высоты; заболевание верхуш­ки улитки влечет за собой глухоту к басу, т. е. нечувствительность к низким тонам, как если бы большинство резонаторов было уничтожено. Эксперименты Л. А. Андреева по методу условных рефлексов с животными, улитка которых разрушалась в определенной области, также подтвердили, что «изолированное повреждение кортиева органа, в зависимости от ме­ста этого повреждения, вызывает выпадение слуха на отдельные тоны»².