В предыдущем посте разобрались со вкусом и обонянием (читать тут), теперь идем дальше! На очереди у нас слуховые ощущения.
И начнем с провокационного заявления: звука в природе не существует!
Есть только механические колебания частиц упругой среды (воздуха, воды, металла). Если в лесу падает дерево, но рядом нет ни одного живого существа с ушами, есть ли звук? С точки зрения физики - да, есть распространение волн. С точки зрения психологии - нет, так как некому превратить эти волны в ощущение.
Звук (как физическое явление) - это процесс распространения колебаний давления в среде.
Звук (как психическое явление) - это продукт работы нашей слуховой системы, субъективный образ объективного физического процесса.
Сегодня постараемся понять, как одно переходит в другое.
Подробнее о звуковой волне
Представьте себе абсолютно спокойную гладь озера. Вы бросаете камень. Что происходит? От точки падения расходятся круги. Звук в воздухе распространяется так же, только в трех измерениях. Это и есть звуковая волна.
У звуковой волны есть амплитуда, частота и форма.
Амплитуда колебаний - это высота волны, размах колебаний от состояния покоя до пика. В физике это сила давления звука. В психологии это громкость. Чем выше амплитуда, тем сильнее давит волна на барабанную перепонку, тем громче нам кажется звук. Измеряется в децибелах (дБ). Кстати, порог слышимости - это 0 дБ, а болевой порог - около 120 - 130 дБ.
Частота колебаний - это то, как часто волна «ныряет» вверх-вниз за секунду. Частота измеряется в Герцах (Гц). В психологии это высота тона. Чем выше частота, тем выше звук (писк комара). Чем ниже частота, тем ниже звук (рокот контрабаса). Человек слышит в среднем от 16-20 Гц до 20 000 Гц. Это зависит от возраста, на видео ниже можно проверить свой порог слышимости!
Форма колебаний - это как бы "окраска" звука. Идеальных синусоид в природе почти нет. Например, когда струна колеблется, она издает не один звук, а целый «букет». Есть основной тон (самый низкий и громкий) и обертоны (более высокие частоты, кратные основной). Их набор и интенсивность создают тембр - ту самую «окраску» звука, по которой мы отличаем ноту «до», сыгранную на рояле, от той же ноты «до» на скрипке. Количество и сила обертонов - это и есть форма волны. Сложная, но периодическая.
Чтобы не запутаться прикрепляю сводную табличку.
Теперь разберемся с важнейшим для психологии разделением. Мир звуков делится на два лагеря: музыкальные и шумы. И разница тут не в том, что один приятен, а другой раздражает, а в строгости математики.
Музыкальные звуки (тона) - это звуки с периодической формой колебания. Представьте синусоиду, которая повторяется идеально ровно раз за разом (как на картинках выше). Если вы дернете струну гитары, она колеблется ритмично, создавая четкий тон.
Шумы - это звуки с непериодической формой колебания. Хаотичные, непредсказуемые изменения давления.Например, шум ветра, плеск воды, гул толпы, скрежет металла. С точки зрения физики, это наложение множества несвязанных друг с другом частот.
У шума нет высоты. Мы не можем сказать: «Этот шум пылесоса звучит как нота «ля». Мы можем оценить только его громкость и спектральную окраску (низкочастотный гул или высокочастотный шип).
Наш мозг гениально отличает музыку от шума, но есть звуки-обманщики. Барабан - это шум или музыка? Удар по барабану дает шум (короткий всплеск хаотичных частот), но если эти удары ритмически организованы, мы воспринимаем это как музыку. А скрип ногтями по школьной доске - это шум с такой мерзкой формой волны, которая эволюционно заставляет нас передернуться (есть теория, что этот звук напоминает крик тревоги приматов, за это исследование в 2006 году даже получили Шнобелевскую премию).
А теперь поговорим о том, как вообще работают наши с вами уши.
Недалеко от Берлина в 1821 году родился Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц. Немецкий физик, математик, физиолог, врач, психолог XIX века.
Именно он предложил элегантную теорию, которая, как потом выяснилось, была почти верной. Она называется резонансной теорией слуха.
Представьте себе рояль. Вы нажимаете педаль, открываете крышку и кричите «Ааа!» над струнами. Что произойдет? Откликнутся только те струны, которые настроены на частоты, присутствующие в вашем крике. Они начнут вибрировать в ответ - резонировать.
Гельмгольц предположил, что наша улитка (спиралевидный орган во внутреннем ухе, а не забавное животное) работает как такой рояль. Основная мембрана улитки состоит из множества поперечных волокон разной длины, как струны. Эти волокна настроены на разные частоты. Короткие волокна у основания улитки резонируют на высокие звуки. Длинные волокна у вершины - на низкие.
Звуковая волна передается через косточки среднего уха в жидкость улитки. Возникает бегущая волна. Когда она доходит до участка, «настроенного» на частоту звука, это место начинает колебаться сильнее всего.
В итоге колебания раздражают волосковые клетки (наши рецепторы), которые посылают сигнал в мозг. Мозг получает информацию: «Так, возбудился 15-й сектор - значит, слышим ноту «ми» второй октавы».
Почему это гениально?
Эта теория впервые объяснила, как мы различаем высоту тона и, главное, как мы слышим тембр. В сложном звуке одновременно резонируют несколько участков мембраны: один - на основную частоту, другие - на обертоны. Мозг видит целую картину возбуждений и говорит нам: «Это не просто нота «ля», это валторна».
Вот Степашка вам объяснит, что такое валторна!
Конечно, сегодня мы знаем, что теория Гельмгольца не абсолютна (например, для очень низких частот работает другой, частотно-временной механизм кодирования), но она остается фундаментом, на котором стоит современная психоакустика.
Слуховые ощущения - это не просто сигнал тревоги. Это основа музыки, речи, коммуникации. Это способность чувствовать ритм и интонацию собеседника. Берегите уши и не слушайте музыку слишком громко - ваши «резонаторы» не любят, когда по ним слишком сильно «бьют».