Физика в быту
- Автор: Казанцева Алла Борисовна
- Год: 2022
- Язык: русский
- Год: АСТ
- ISBN: 978-5-17-148100-1
- Жанр: Прочее научное
Электронная книга - «Физика в быту». Краткое содержание книги:
Чем меньше целые числа, составляющие отношение частот основных тонов двух звуков, тем больше у этих звуков общих гармоник, и тем гармоничнее для слуха звучит интервал.
Восприятие консонансов, как и чистых музыкальных звуков, стимулирует выработку гормона серотонина, который отвечает за хорошее настроение и эмоциональную устойчивость.
Уже грудные младенцы в возрасте 2–6 месяцев отдают явное предпочтение консонансам.
А вот у полутонового интервала (отношение частот 16:15) лишь каждый 15-й обертон основания совпадёт с обертоном вершины, но так много обертонов даст далеко не каждый музыкальный инструмент, да и не от каждой частоты ухо способно услышать 15-й обертон. Так что можно считать, что у основания и вершины вообще нет общих обертонов. Слуху это категорически не нравится.
Все интервалы равномерно темперированного строя, кроме октавы, не вполне чистые. Так, для квинт отношение частот отличается от идеального 3:2 на 0,11 %. Но даже музыканты с тонким слухом воспринимают эти интервалы темперированного строя как чистые. Дело в том, что наш слух не замечает разность частот, если она не превышает 0,3 % в диапазоне от 500 до 5000 Гц (при наличии гармоник). А вот темперированные терции (до – ми) и сексты (до – ля) человек с тренированным слухом в принципе может отличить от чистых (идеальное целочисленное отношение для этих интервалов отличается больше чем на 0,3 % от темперированного).
Как работает наша слуховая система
Давайте, наконец, посмотрим, как устроена наша замечательная слуховая система, способная не просто воспринимать звуки, сильно отличающиеся по интенсивности, но и раскладывать их на гармонические составляющие, то есть определять спектр звуков с высокой точностью.
Рис. 9. Слуховые косточки среднего уха
То, что мы обычно называем ухом, – это лишь наружное ухо. Ушная раковина через слегка изогнутую трубочку – слуховой канал – направляет звук к барабанной перепонке – тончайшей мембране. Наружное ухо благодаря явлению резонанса может усилить звуковое давление в сотни раз в области частот 2–5 тысяч герц, создавая ту самую «ямку» на кривой порога слышимости, на которую мы обращали внимание на рисунке 8.
По другую сторону от барабанной перепонки начинается среднее ухо – система из трёх маленьких слуховых косточек, их называют молоточком, наковальней и стременем (рис. 9).
Среднее ухо соединено с носоглоткой евстахиевой трубой. Это нужно для выравнивания внешнего атмосферного давления и давления воздуха в полости среднего уха. Несмотря на солидное название, «труба» эта имеет толщину всего 2 мм, а у детей и того меньше. Поэтому нам приходится иногда ей помогать: так, в самолёте при взлёте и посадке, когда давление в салоне быстро изменяется, мы должны глубоко зевнуть или сглотнуть, чтобы быстрее выровнять давление снаружи и внутри среднего уха.
Задача слуховых косточек – передать колебания барабанной перепонки дальше по назначению, то есть во внутреннее ухо, а заодно усилить их за счёт эффекта рычага (если эти колебания слишком слабы) или, наоборот, частично погасить их за счёт рефлекторного сокращения мышц среднего уха (для слишком громких звуков). Наковальня служит демпфером между молоточком и стременем, благодаря чему среднее ухо хорошо защищает нас от длительных громких звуков – но только до тех пор, пока мышца среднего уха не устанет, и тогда ухо начнёт постепенно глохнуть. Что касается слабых звуков, то среднее ухо может усилить их интенсивность в несколько тысяч раз!
Внутреннее ухо включает в себя вестибулярный аппарат (три полукружных канала) и главный приёмник и анализатор звука – улитку (рис. 10).
Рис. 10. Внутреннее ухо: вестибулярный аппарат и улитка
Улитка представляет собой свёрнутый спиралью канал, заполненный жидкостью. Канал улитки разделён по всей своей длине перегородкой – основной мембраной, состоящей из 24 тысяч поперечных волокон – слуховых струн. Струны имеют различную длину и толщину, а значит, и разные собственные частоты. Основную мембрану можно сравнить с миниатюрной арфой, только с гораздо бóльшим числом струн и свёрнутой для компактности в спираль. Каждая из струн откликается на свою собственную частоту, так что на поверхности мембраны «представлена» вся шкала звуковых частот: на одном конце – самые высокие частоты, на другом – самые низкие. Когда слуховые струны колеблются, они возбуждают прикреплённые к ним удлиненные звуковоспринимающие клетки – слуховые рецепторы. Электрические сигналы от клеток-рецепторов передаются волокнам слухового нерва и направляются далее к коре головного мозга, где и происходит окончательное различение звуков по их характеру, высоте и силе.