Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Почему, когда вы опускаете голову в воду, вам кажется, что звук, который издает кто-то находящийся в воде справа от вас, скорее идет спереди?

ОТВЕТ •Одна из подсказок, которую использует мозг для определения направления на источник звука, — интервал времени между моментом прихода звука от источника к ближайшему уху и моментом прихода звука к дальнему уху. Например, если источник располагается непосредственно справа, время задержки составляет 0,00058 секунды (при средних размерах головы), и весь ваш жизненный опыт безошибочно подсказывает вам, что источник находится справа, то есть смещен на 90° от направления вперед. Однако если и вы, и источник погружены в воду, задержка будет в четыре раза меньше, то есть 0,00014 секунды, поскольку скорость звука в воде в 4 раза больше, чем в воздухе. Эта меньшая задержка в совокупности с жизненным опытом дают вам неверную подсказку, и вы думаете, что направление на источник составляет всего лишь 13° от направления вперед.

Однако, скорее всего, вы не сможете точно определить этот угол, поскольку на время задержки при прохождении звука между одним и другим ухом влияет еще один фактор. Звук в голову гораздо легче проходит из воды, чем из воздуха, так что, когда ваша голова под водой, звук в дальнее ухо попадает не только из воды, при обходе головы, но и непосредственно через голову. Задержки при прохождении звука по этим двум путям различаются, поэтому подсказки относительно направления на источник будут противоречить друг другу.

Когда вечеринка небольшая и люди стоят парами и разговаривают, они обычно встают на «социально приемлемом» расстоянии и без труда слышат друг друга. Почему услышать собеседника становится труднее, когда плотность гостей в комнате возрастает? Что в этом случае делает каждый собеседник в паре и почему голос собеседника все еще можно различить? Тот же эффект можно наблюдать в схожей обстановке, например в шумном ресторане или поезде метро.

ОТВЕТ •По мере того как плотность людей возрастает, фоновый шум, создаваемый их разговорами (это не только звуки, идущие прямо от них, но еще и их отражения от потолка, стен и других людей) тоже возрастает. Когда фоновый шум становится таким же громким, как голос вашего собеседника, вы с вашим визави автоматически начинаете повышать голос — это известный эффект Ломбарда , названный так в честь французского врача-отоларинголога Этьена Ломбарда, изучившего это явление в 1911 году. Поскольку и другие пары собеседников сталкиваются с проблемой шума, они тоже повышают свои голоса, и вы опять перестаете слышать своего собеседника. В какой-то момент, чтобы не кричать, вы придвигаетесь ближе друг к другу (вторгаетесь внутрь личного пространства, окружающего каждого из вас). Если кто-то заставит гостей затихнуть, скажем, сделав объявление, а потом разговоры возобновятся, уровень голосов быстро выйдет на прежний уровень. Эффект Ломбарда изучался на некоторых видах животных, например на птицах, которые автоматически начинали громче кричать, когда им нужно было перекричать усилившийся гомон других птиц.

Если кто-то записал бы ваш разговор с собеседником, использовав для записи один микрофон, а позже в тихой комнате проиграл бы запись, вы, скорее всего, не расслышали бы слов вашего собеседника так же отчетливо, как смогли это сделать вживую. Причина в том, что тогда вы слушали собеседника двумя ушами — небольшая задержка по времени между звуками, которые приходят в одно и второе ухо, а также небольшое отличие в интенсивности этих звуков помогали вам вычленить голос вашего собеседника из общего гвалта. Этот эффект назвали эффектом дружеской вечеринки . Если бы вы могли наблюдать движение губ собеседника и язык его тела, это помогло бы восстановить неразборчивые слова или даже предложения, которые вы не смогли расслышать. Ни одна из этих подсказок не работает, когда вы слушаете запись разговора, сделанную с помощью одного микрофона. И тогда вам остается использовать другие подсказки, например подключить логику или ловить знакомые интонации голоса, тонущего в общем шуме. Иногда вычленить разговор из этого фонового шума очень легко. Например, прослушивая нелегально записанный концерт, вы отчетливо слышите голос сидевшего рядом с микрофоном слушателя. Способность различать знакомые звуки на фоне громкого шума присуща некоторым животным: например, птенцы императорских пингвинов слышат своих родителей в гвалте, издаваемом тысячами других находящихся поблизости сородичей.

Около 60% людей испускают звук ушами. Этот эффект называется отоакустической эмиссией . Этот звук очень слабый, и зарегистрировать его можно только с помощью высокочувствительного микрофона. Почему уши испускают звук?

ОТВЕТ •Когда звук возбуждает барабанную перепонку, осцилляции передаются во внутреннее ухо ( улитку ), которое состоит из двух длинных отделов, заполненных жидкостью, разделенных базилярной мембраной . Слуховой рецептор — кортиев орган — лежит как раз на этой мембране. Когда в результате колебаний базилярной мембраны звук попадает на кортиев орган, расположенные в нем наружные волосковые клетки приходят в движение: они удлиняются и укорачиваются наподобие гармошки. В результате возникают электрические импульсы, которые идут в мозг и несут информацию о звуке. Этот детектор чрезвычайно избирателен в отношении частоты звука — звук определенной частоты возбуждает волосковые клетки в соответствующей области. Однако имеет место и обратная связь: часть энергии посылается обратно на базилярную мембрану, этот механизм снижает чувствительность улитки при наличии фонового шума и защищает слух от перегрузки. При передаче энергии барабанной перепонке та может испускать звуковые волны из уха в окружающую среду. Эти звуки у большинства людей очень тихие, но если кто-нибудь говорит, что у него звенит в ушах, этот звон и вправду можно зарегистрировать.

В классике тяжелого рока, например в композициях группы «Айрон Баттерфляй» или «Лед Зеппелин», очень важна басовая партия. Однако небольшие динамики конической формы с малым диаметром и глубиной, например автомобильные, не могут воспроизвести басовые аккорды, поскольку в музыке содержится много звуковых волн с большими длинами волн. Но все же музыка и в этих динамиках звучит прилично. Как же мы слышим басовую партию?

ОТВЕТ •Басовые звуки производятся в нашей голове благодаря двум эффектам. Один получил название эффект потери основных частот , который относится к нашему восприятию гармонического звукоряда. Такой звукоряд состоит из самой низкой (основной) частоты и более высоких частот (обертонов, или ступеней звукоряда), которые получаются умножением самой низкой частоты на целые числа. Например, если основная частота равна 500 Гц, ступени звукоряда будут равны 2 × 500 = 1000 Гц, 3 × 500 = 1500 Гц, 4 × 500 = 2000 Гц и т. д. Допустим, динамики в машине воспроизводят частоты выше 800 Гц, но не могут воспроизвести частоты ниже этой. Если этот гармонический звукоряд попадает в динамик, основная частота 500 Гц не может воспроизвестись, но более высокие частоты — могут. Хотя основная частота и не дойдет до ваших ушей, нервная система, ответственная за восприятие звука на этих высоких частотах и за идентификацию их как части гармонического звукоряда, создаст иллюзию того, что в звукоряде присутствует и основная частота. Как именно нервная система делает это, не совсем понятно.