Буравчик на звуковых волнах. Что мы слышим, и как это звучит?
- -
- 100%
- +
В школе Буравчик активно изучал уши одноклассников и особенно Босленки (она сидела с ним рядом). За верчение головой во все стороны Буравчик получил замечание от учительницы и запись в дневнике: «Плохо слушает учителя, вертится на уроке». «Ну вот, опять, – подумал Буравчик. – Опять плохо слушал. Да хорошо я слушал, все слышал. А все-таки, КАК это я слушал и слышал?»
Вечером, лежа в кровати, Буравчик тихонечко достал из портфеля планшетник и стал читать ответ писателя.
Привет, Буравчик! Не даешь ты мне спокойно писать свои скучные писательские тексты, отвлекаешь меня. Но я очень рад этому: отвечая на твои непростые вопросы, сам по ходу дела узнаю что-то новое. Не удивляйся, это нормально, никто не знает ответов на все вопросы, даже я, крупный писатель современности ☺. Давай попробуем разобраться в том, как гениально устроен слух человека. Начнем с уха.
То, что мы называем ухом, это только часть уха. Снаружи головы торчит ушная раковина. Полезная, конечно, штуковина, но человек и без нее может слышать звуки. У людей внешнее ухо, ушная раковина, неподвижно. А у многих животных уши замечательно могут поворачиваться в сторону звука. Ты мог видеть это у кошек, овчарок, ослов и лошадей. А вот у людей уши уже не двигаются. Чтобы как-то скомпенсировать этот недостаток, уши у человека стали не конусообразными, как у ослов, а очень хитрой формы.
Очень хорошо, что у нас не одно ухо, а два. Из-за того что наши уши находятся не в одном месте, а в разных, звук от какого-то объекта к ушам приходит не одновременно, а в одно ухо с некоторым запаздыванием по времени. Это запаздывание по времени обрабатывается у нас в голове, и мы можем определить, где находится источник звука. Помогают нам и хитрые впадины, выпуклости на наших ушных раковинах. Звук на них рассеивается, отражается, все перемешивается, и эту сложную картину обрабатывает опять же наш мозг. Бедный мозг, он непрерывно работает, нет ему отдыха.
От ушной раковины внутрь головы идет небольшой тоннель, который называется слуховым проходом. Он заканчивается барабанной перепонкой. Перепонка на конце слухового прохода перегораживает его полностью. Воздух извне не может через ухо попасть к нам в голову. Через рот или нос – может. Барабанная перепонка очень тоненькая, звук, звуковые волны толкают ее, она колеблется так же, как натянутая на барабане кожа, дальше информация о звуке передается в среднее и внутреннее ухо.
Что такое среднее ухо? Как-то странно оно называется. Когда я учился в школе, я думал, что среднее ухо расположено прямо посредине между двумя ушами, в самом центре головы. Но это не совсем так. У нас два внешних уха и два средних уха. В среднем ухе находятся три маленькие косточки: молоточек, наковаленка и стремечко. Молоточек непосредственно крепится к барабанной перепонке и колышется вместе с ней под воздействием разных звуков. Стремечко соединяет среднее ухо с улиткой, центром внутреннего уха. Зачем нужна улитка, я расскажу позже. Наковаленка находится между молоточком и стремечком.
Посмотри на рисунок на следующей странице. Среднее ухо соединяется с полостью рта небольшой трубочкой. Но эта трубочка не всегда открыта. Нужна эта трубочка для того, чтобы выравнивать давление между окружающим нас воздухом и тем воздухом, что заполняет среднее ухо. Когда давление снаружи падает или растет, например, когда мы взлетаем на самолете или поднимаемся в горы, у нас «закладывает» уши, нам неприятно. Тогда нужно или хорошенько позевать, или сглотнуть слюну. Трубочка откроется, давление выровняется и уши перестанут быть заложенными.
Зачем же нужна такая сложная конструкция из трех косточек? Во-первых, как ты понимаешь, система из трех косточек – очень гибкая конструкция. Если мы услышим очень громкий звук, барабанная перепонка будет очень сильно колебаться. Если бы барабанная перепонка соединялась с улиткой, внутренним ухом, только одной косточкой, такие большие колебания могли бы разрушить нашу нежную улитку. Три косточки соединены между собой очень маленькими связками и мышцами, самыми маленькими у нас в организме. Но даже и эти маленькие связки и мышцы помогают нам защищаться от очень громких звуков. Создается блок, примерно такой же, какой ставят боксеры, защищаясь от ударов.
Во-вторых, такая система помогает усиливать очень слабые звуки, помогает нам лучше слышать. Происходит это за счет эффекта рычага. Помнишь, как устроен гвоздодер? У него длинная ручка и коротенькая лапка, которой и выдергивают гвоздь. Просто руками гвоздь не выдернуть, сил не хватит. А так, из-за того что один конец рычага короткий, а другой длинный, мы можем увеличивать наши усилия во много-много раз. Так и в среднем ухе. Тихие звуки усиливаются в сотни, тысячи раз! Просто за счет трех косточек. Удивительная конструкция!
Есть еще третья часть нашего уха – внутреннее ухо. Это самая важная и самая сложная часть всей нашей слуховой системы. Основу ее составляет улитка – такая колбаска, закрученная на два с половиной оборота. Закрутилась она в процессе эволюции потому, что колбаска должна быть довольно длинной, а места в голове мало. Вот так и получилось.
Устройство улитки очень, очень сложное, ученые сейчас только начинают понимать, как она устроена. Давай и мы попробуем разобраться.
Внутри улитки есть гибкая мембрана, тонкая пленка. И по ней могут бежать волны, примерно как по поверхности моря. Эти волны создаются, когда стремечко, последняя косточка среднего уха, толкает улитку.
«Ну и что?» – спросишь ты. Пусть себе бегут эти волны, как же мы слышим-то? Дело в том, что ниже этой мембраны находятся чувствительные клетки, так называемые волосковые. Из этих клеток торчат чувствительные волосики, и когда они сгибаются, возникает электричество, информация от клеток передается в мозг. А каждая клетка настроена на свою определенную частоту, высоту звука. И этих клеток очень, очень много.
Когда волна бежит по мембране, какие-то волоски сгибаются, какие-то нет. Вот и получается, что мы можем с очень большой точностью сказать, какие звуки какой высоты и какой громкости есть вокруг нас. Но волосков не может быть бесконечное количество. И ниже 20 Гц, и выше 20 000 Гц мы звуков не слышим, нам нечем их слышать, чувствительных волосков для таких звуков нет.
Давай еще раз. Как мы слышим? Что такое слух? Слух – это способность человека воспринимать и обрабатывать звуки, которые нас окружают. Когда звук прилетает к нам, мы его слышим двумя ушами и можем определить его направление. Это очень важно, ведь звук может говорить об опасности, например о рычащем тигре, нужно услышать, повернуть голову и быстро убежать.
Любой звук состоит из множества более простых звуков с определенной высотой и громкостью. Звук – это звуковая волна в воздухе. Она колеблет барабанную перепонку, барабанная перепонка переводит энергию звука в механическую энергию движения трех косточек в среднем ухе. Стремечко толкает улитку, и по мембране в улитке начинает бежать волна сложной формы. И вид этой сложной волны полностью отражает все те звуки, что влетели нам в ухо. Волна сгибает волосики чувствительных клеток, механическая энергия преобразуется в электрическую. И электрические сигналы бегут по нервам прямо к нам в мозг, где вся эта информация и обрабатывается.
Помнишь, мы говорили о том, что такое звуки речи? Что они отличаются тембром, громкостью дополнительных звуков разной высоты? Вот теперь ты понимаешь, что наше ухо легко может справиться с такой задачей – отличить звук «а» от «о» или «м».
Конечно, объяснение опять получилось непростым. Но ты старайся, тереби папу и учительницу, они помогут разобраться.
Заткни уши пальцами или берушами, а самое лучшее, надень большие папины наушники.
Ты ничего не услышишь из того, что говорят мама или папа. Иногда это и неплохо. Но только на время проведения эксперимента.
Звуковые волны из воздуха отражаются и поглощаются затычками для ушей и наушниками. Волны просто не долетают до барабанной перепонки, от которой звук и переходит к тем отделам головы, что позволяют нам слышать звуки.
Для защиты от сильного шума наушники лучше всего.
Но чтобы испортить слух, самое надежное – засунуть маленькие наушники прямо в ушной канал и включить музыку погромче.
Дядя Рабиндранат, Буравчик и окружающие их звуки
И причем тут Солнце?
Буравчик сидел на своей кровати и старался не производить никакого шума. И не двигаться. Мама и папа собирали вещи, чтобы ехать в деревню к бабушке и дедушке на выходные. Мама бегала по квартире, суетилась и бомбардировала папу вопросами, примерно раз в пять секунд.
– Ты взял топор?
– Брат возьмет.
– А шампуры взял для шашлыков?
– Брат возьмет.
– А дрова взял?
– Дрова там в деревне есть.
– А ребенок что в дороге будет есть?
– Еду.
– Так ты взял эту еду?
У папы уже болела голова, у Буравчика тоже. Буравчик очень не любил суеты, папа, видимо, тоже.
Покидав вещи в багажник машины, они поехали к брату папы, дяде Рабиндранату. У дяди они должны были пересесть в его машину и уже вместе ехать к бабушке с дедушкой. Машина у папы маленькая и без кондиционера. Было жарко, окна в машине были открыты, из окон доносился шум улицы, а в машине звучал голос мамы.
– Ты выключил газ?
– Да.
– А утюг?
– Да.
– А дверь закрыли?
– Да.
– А ребенок где?
– Здесь он, здесь.
Буравчик сидел в машине и страдал от шума: от шума двигателя, от проезжающих мимо машин, от разговоров внутри машины. Наконец через полчаса они доехали до дома дяди Рабиндраната. Дядя был большой, и он улыбался. Широко распахнул руки и начал по-медвежьи всех по очереди обнимать.
– Ну, Буравчик, иди ко мне, какой огромный ты вырос за месяц!
И дядя подкинул Буравчика высоко вверх, почти до третьего этажа. Поймав его и опустив на землю, дядя подошел к маме. Мама сказала:
– Только не кидай меня вверх!
Но у дяди были свои планы. Он сгреб маму в охапку и сказал папе:
– Кормить надо красавицу! Чего же она у тебя тощая такая?
Мама притворно обиделась:
– Не тощая, а стройная!
Но мама явно повеселела и расслабилась. Дядю она любила. Дядя ей напоминал Буравчика, такой же неугомонный, только немного подросший.
Обменявшись с папой суровыми мужскими рукопожатиями, дядя сказал:
– Ну, нечего грелку от Тузика за резину тянуть, по машинам!
Дядя в две секунды перекинул вещи из папиной машины в свой микроавтобус, все забрались внутрь, и они поехали.
В дядиной машине было прохладно и тихо. Низко, где-то вдалеке урчал мотор, тихо играл джаз. Ощущения тут были совсем другие, чем в машине папы. «Почему?» – подумал Буравчик. Взрослые негромко переговаривались, машина летела по шоссе, Буравчик задремал в удобном кресле. И приснился ему сон.
Во сне Буравчик был большой птицей. Он летел на огромной скорости над шоссе, низко-низко, и видел при этом все трещинки на асфальте и мелкие камушки. Потом Буравчик взлетел выше деревьев и полетел над лесом. Он слышал все звуки леса: щебетание птиц, шорох в земле – это барсук рыл свою нору, ворчание бобров из-за того, что бревна оказались толстыми, шум маленького водопада на речке…
Вечером, накормленный до состояния удивления, обласканный бабушкой и дедушкой, Буравчик лежал на огромной кровати, лениво щекотал кота Шредингера за ухом и все думал, думал. Чтобы не забыть о чем, Буравчик настучал вопросы на планшетнике и отправил писателю:
Почему столько разных звуков в природе? Почему они на нас влияют так сильно?И мгновенно уснул.
Ответ писателя он прочитал следующим утром.
Почему столько разных звуков в природе, Буравчик? Не знаю, сложно сказать. Как мне кажется, дело не совсем в звуках. Вот смотри, наше Солнце светит самыми разными лучами: и красными, и синими, и зелеными. Мы эти цвета можем видеть с помощью одного из нескольких чувств – зрения. Но есть и другие лучи, которые испускает Солнце: инфракрасные (тепловые лучи), ультрафиолетовые (из-за них мы загораем), рентгеновские и много других лучей, которые мы уже никак не воспринимаем.
Так же и со звуками в природе. Часть звуков мы слышим, а часть нет. Летучие мыши, дельфины и многие другие животные прекрасно слышат ультразвук – то есть звук очень высокой частоты. Мы, люди, можем слышать звуки лишь до 20 000 Гц. Да и то лишь молодые люди. А звуков, которые мы можем хорошо различать по высоте и по тембру, вообще не так много, они укладываются в диапазон рояля. Это примерно от 40 Гц до 4000 Гц. Довольно узкий диапазон по сравнению с тем, что могут слышать животные или могут измерить люди с помощью всяких хитрых приборов. Но даже в этом диапазоне мы можем слышать и слышим – огромное количество природных звуков – пение птиц, лай собаки, шелест листьев, шум водопада и множество других.
Как же возникают эти звуки? Вопрос не такой простой. Давай вспомним о том, что мы с тобой живем в атмосфере – в таком слое над поверхностью Земли, который наполнен кислородом, азотом, углекислым газом и другими газами. А что такое звук? Это волна, которая распространяется в газе (еще в жидкости и в твердых телах). А как образуются волны в газе? Нужно, чтобы какое-то тело, жидкое или твердое, меняло свою форму. Эти тела меняют форму, изменяются, толкают воздух, и образуются волны изменения плотности газа, воздуха – то есть звук. Часть этих звуков мы слышим, часть нет.
Все на Земле делится на живую и неживую природу. Неживая природа – это камни, вода, песок и так далее. Как же они меняют свою форму? Им помогает Солнце. Если бы не было Солнца, камни и вода подвигались бы, подвигались, да и успокоились, все бы замерло, и никаких звуков не было бы больше. Причем тут Солнце? Солнце дает Земле энергию, с помощью лучей нагревает ее. В результате этого нагрева испаряется вода из океанов и морей, образуются облака, идет дождь, реки текут вниз и шумят, разрушаются берега рек, возникают ветры, образуются пустыни, пыльные бури и много еще чего. Именно из-за того, что Земля поглощает энергию от Солнца, «переваривает ее» и излучает потом эту энергию в космос, идет постоянное движение неживой материи на Земле. Изменение рождает звуки, которые мы слышим.
С живой природой проще. Жизнь – это постоянное изменение. Что-то рождается, потом растет, потом умирает, дает жизнь новым существам. И в процессе своей жизни, постоянно двигаясь, они изменяют свою форму и тоже создают множество звуков. Кстати, и жизнь на Земле без энергии Солнца была бы невозможна. Откуда-то энергию ведь живым организмам нужно брать? Вот ее и берут от Солнца. Вначале растения, используя солнечный свет, создают кислород и питательные вещества. Потом травоядные животные поедают растения, растут и развиваются. Потом хищники поедают травоядных. И так далее. Целая пирамида живых существ.
Прислушайся к звукам в лесу. Некоторые птицы «цокают», их звуки короткие и часто высокие. Другие птицы выводят целые длинные мелодии (в нашей полосе можно услышать дроздов и соловьев). Низко ухают филины, квакают жабы. Лесной мир наполнен удивительными звуками, которые создают животные и птицы.
Очень редко можно услышать рев слона, который сбежал из зоопарка, и рев охранников зоопарка, которые гонятся за ним. И мишка… Но с ним лучше не встречаться. Еще скрипят деревья, падают на головы девчонок шишки и сучки веток. Мир леса оглушающе тих по сравнению со звуками города и при этом очень богат.
Природа придумала способ общения животных между собой с помощью звуков. Чтобы предупредить об опасности, указать, где пища, чтобы общаться с детенышами. Птицы поют, звери рычат, дельфины пищат. Люди создали язык, с помощью которого можно говорить на любые темы. Это очень большое отличие от языка зверей и птиц.
Звуки природы комфортны для человека. Они не очень громкие, всегда меняются по высоте, по громкости, по тембру. Поэтому наши уши и наш мозг, как правило, от этих звуков не устают.
Совсем другое дело – это построенная человеком неживая природа. Люди создали турбины, машины, трансформаторы, компьютеры. Во всех этих вещах есть движущиеся, вращающиеся штуки. И все они уже движутся с вполне определенной частотой и создают вполне определенную высоту звука.
Трансформаторы, например, всегда гудят на высоте 50 Гц, образуя переменный ток в розетках. В компьютерах вентиляторы вращаются с определенной частотой. Двигатель машины работает в узком диапазоне частот – 2000–5000 Гц. Ты можешь видеть это на специальном приборе в машине – тахометре.
В городе очень много звуков, шумов, которые производят механизмы. Эти шумы гораздо громче, чем природные звуки. Они могут быть одной частоты, одной высоты, длительные по времени звучания – все это вредно влияет на наши уши. Поэтому нужно чаще бывать за городом, чтобы наши уши отдыхали.
Но не все так плохо, Буравчик, ты не грусти! Можно привыкнуть к звукам и взлетающих самолетов, и космических кораблей. Просто давай отдых ушам, ходи по лесу, приезжай к дедушке с бабушкой, тем более что они по тебе скучают.
Напоследок расскажу тебе про одно забавное научное исследование. Кто его провел? Акустики. Сейсмологи. Они изучали самые сильные постоянные колебания (звуки разной частоты), распространяющиеся по поверхности земли. Сейчас я тебя удивлю! Во-первых, самые большие шумы производят волны, бьющие о берег всех материков, волны морей и океанов. И второе. (Тоже – кто бы мог подумать!) Люди на Земле понастроили огромное количество зданий, в один этаж или сто этажей – не очень важно. Так вот, фундаменты этих домов скрипят, создавая вполне отчетливый звук в земле. Очень странно, да? Ну, скрип фундамента дома ты не услышишь, даже если приложишь к земле ухо. А вот шум волн – вполне. И вообще, уговори родителей поехать к морю!
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
Сноски
1
Здесь и далее выделены слова, значение которых подробно объяснено в конце книги.