Буравчик на звуковых волнах. Что мы слышим, и как это звучит?

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.