Известно, что с физической точки зрения звук — это колебательные движения, распространяющиеся в форме волн в упругой среде. Частота его зависит от числа колебаний в секунду. Одно такое колебание равно герцу. Наше ухо слышит звуки различной частоты — от 16 герц (нижняя граница слуха) до 20 тысяч (верхняя граница). Инфразвуки (они не достигают частоты 16 герц) и ультразвуки (выше 20 тысяч герц) человек не слышит.
В Природе инфразвуки зарождаются в океане во время шторма и подводных землетрясений. Сравнительно небольшой шторм генерирует излучение мощностью в десятки киловатт. Имея очень слабое рассеяние, он преодолевает без значительного ослабления сотни и тысячи километров как в воздухе, так и в воде.
Звуки сверхнизких частот способны воспринимать медузы, змеи, рыбы и другие морские обитатели. Они первыми улавливают инфра-сигналы и, повинуясь «голосу моря», стараются покинуть прибрежную полосу. Полагают, что чайки, крайне беспокойные в канун непогоды, также ощущают инфразвук. Восприимчив к нему и человек. Частота в 6 герц может вызвать у нас ощущение усталости, тоски, морскую болезнь. Инфразвук в 7 герц особо чувствителен: смерть наступает от внезапной остановки сердца. Попадая в естественный резонанс какого-нибудь органа, инфразвуки могут разрушить его. Скажем, частота в 5 герц повреждает печень. Другие низкие частоты способны вызвать приступы безумия.
Для инфразвука, вызывающего незначительные изменения настроения, большой интенсивности не надо. Например, исследователи, проводившие опыты по воздействию этих колебаний на человека, собирали большую аудиторию на интереснейшую лекцию, затем в какой-то момент, когда слушатели были особенно внимательны к рассказу, излучали с помощью специального аппарата инфразвук. И люди неосознанно уходили, не вынося его действие.
Определенные низкочастотные звуки, действуя на слуховые анализаторы мозга, даже могут «убеждать» человека бросить курить, спокойно спать, соблюдать диету, быстро читать, усваивать иностранные языки, преодолевать стрессы и испытывать нежные чувства. Для этой цели в Японии выпущены музыкальные магнитофонные кассеты с наложенным на пленку низкочастотным текстом, неуловимым для слуха человека, но воспринимаемым его подсознанием.
А вот в ультразвуковых диапазонах человек не ориентируется, хотя кошки и собаки это делают хорошо. Последним, к примеру, доступны частоты до 60 тысяч герц, кошкам — и того больше. Существуют даже методы дрессировки собак ультразвуковыми свистками.
Поистине фантастична острота слуха летучих мышей. Шорох крыльев крохотной бабочки они фиксируют за десятки метров. Во время полета мыши посылают до 100 прерывистых ультразвуковых сигналов в секунду на частотах от 30 до 150 тысяч герц и даже выше, а в паузах между ними при помощи развитых ушных раковин-локаторов принимают эхо от той же бабочки.
Локация позволяет зверьку на полной скорости обогнуть капроновую нить 0,08 миллиметра толщиной, за секунду поймать до двух мошек весом в несколько тысячных долей грамма каждая.
Но как летучая мышь сама предохраняется от издаваемых ею звуков? Ведь проникающая сила их настолько велика, что животное могло бы оглохнуть. Чтобы этого не случилось, специальная мышца, прежде чем будет послан ультразвуковой импульс, оттягивает стремя от овального окна улитки, колебания механически прерываются, не попадая во внутреннее ухо. (Подобная мышца, как мы уже говорили, есть и у человека, но она не работает столь изощренно.) Потом стремя возвращается на место, и ухо ловит отраженный импульс. При обычном полете — всего 5 импульсов в секунду, при преследовании добычи — 200—500.
Что же получается: все млекопитающие воспринимают ультразвук и пользуются им, а человек — «венец природы» — не способен на это? Между тем строение слухового аппарата у них сходно, а бывает и почти аналогично.
Разгадкой парадокса занялась группа ученых Московского научно-исследовательского института уха, горла и носа во главе с профессором, доктором медицинских наук Б. М. Сагаловичем.
Удалось установить, что у антропоидов диапазон восприятия звуков уже ограничивается частотой 30—40 тысяч герц, но все же он выше, чем у человека. Сагалович выдвинул гипотезу, согласно которой здесь свою роль сыграло речевое общение. Люди постепенно утрачивали необходимость в широком частотном диапазоне голоса для передачи полезных сигналов. Появление речи как бы вытеснило необходимость восприятия ультразвука. Сказалось отсутствие постоянной тренированности.
Вместе с тем человек добился блестящих успехов в речевом общении. Самый широкий диапазон мыслей можно передать в интервале от 200 до 5 тысяч герц. У вокалистов он еще шире. Но в нашем голосе есть и звуки частотой до 130 — 140 тысяч герц. Значит, мы сохранили способность воспроизводить ультразвук. Только зачем он? В речи его как будто не ощущается. Скорее всего ультразвук, как и инфразвук, придает голосу эмоциональную окраску. При разговоре мы пользуемся не только чистыми тонами, к ним добавляется еще какой-то обертон, который может быть и выше и ниже основного. Голос певца лишь с чистыми тонами был бы неприятен.
Иными словами, если мы не слышим многие звуки, которыми обмениваются животные, из этого еще не следует, что они не действуют на нас и через них мы не связаны с природой. Они проникают в наше сознание и вызывают необъяснимые пока эмоции.
Исследуя влияние ультразвука на человека, ученые неожиданно обнаружили, что люди, хотя и не слышат этот звук, его воспринимают, но только при непосредственном контакте излучателя с плотными тканями (лучше головы). Дело в том, что в воздухе он рассеивается, превращаясь частично в тепловую энергию, а когда доходит до плотных тканей, отражается и в организм почти не проникает.
Обычно слух проверяют с помощью специального аппарата — аудиометра. Звук подается через наушники (воздушное проведение) или так называемый костный телефон (костно-тканевое проведение) раздельно на каждое ухо.
Минимальный звук, который человек ощущает, называют порогом слышимости. У разных людей он различен. Например, если недалеко взлетает реактивный самолет, то интенсивность звука от его моторов превышает пороговую в 1013 (10 триллионов) раз. Оперировать с такими большими числами неудобно, поэтому принято уровень громкости звука выражать в белах (единица измерения «бел» названа по имени изобретателя телефона А. Белла), а чаще всего в децибелах (одна десятая часть бела — децибел, 1 децибел равен 0,1 бела).
Исследование начинают с подачи самых слабых звуков и, постепенно усиливая их, достигают той интенсивности, при которой они воспринимаются человеком, то есть доводят громкость до порога его слухового восприятия. Специальная шкала показывает, каково у пациента понижение слуха в децибелах на определенной частоте. В результате получают пороговые кривые — аудиограммы и по соотношению костной и воздушной проводимости судят о человеческом слухе, а главное, выясняют, чем обусловлены его нарушения. Если «не срабатывает» воздушная проводимость, то «поломка» может быть исправлена с помощью микрохирургической операции. Если звук не достигает внутреннего уха даже через кость, то слух восстановить почти невозможно: повреждены чувствительные клетки улитки.
Действующие на практике аудиометры проверяют слух в ограниченных пределах: от 60 до 8 тысяч колебаний в секунду. В лаборатории профессора Сагаловича решили раздвинуть границы — «прощупать» человеческое ухо на 12 — 20 тысяч герц не только при воздушном звукопроведении (это делают и за рубежом), но и при костном, что принципиально расширило возможности диагностики. С этой целью были созданы в содружестве с инженерами и акустиками специальные высокочастотные излучатели. Но зачем понадобились такие частоты: ведь человек не пользуется ими в жизни? Однако бывает так, что человек здоров, слышит нормально, а болезнь уже начинается. При этом выявляются такие нарушения слуха, которые не обнаруживаются с помощью обычной аудиометрии. Ультразвук до 200—225 тысяч герц позволяет определить болезни слуха еще раньше.
Допустим, у человека начальная форма тугоухости, которую он сам не ощущает. В этом случае ему противопоказаны работы на шумном производстве, лечение антибиотиками.
В лаборатории патофизиологии и акустики того же института заинтересовались еще одним интересным эффектом, проявляющимся у людей с плохим слухом. Дело в том, что оба уха каждого из нас функционально совершенно одинаковы. Если же есть различие, скажем, более 10 децибел, то одно ухо как бы полностью выключается. И тогда человек или животное не способны ориентироваться в пространстве по звуку, определять его местоположение.
Обычно к одному уху, расположенному всегда ближе к источнику звука, сигнал приходит раньше, чем к другому. И за счет разности в интенсивности и времени восприятия каждым ухом в отдельности звуковой источник определяется довольно точно.
То, что человек может различать перемещение звукового источника по горизонтали, было известно. Такой способ используют, когда одно ухо слышит хуже другого. «Вертикаль» оказалась намного информативнее. Она сигнализирует об одном из первых признаков отосклероза — нарушении способности различать звуковой источник, который передвигают за спиной исследуемого вверх-вниз. Использование такого теста дает возможность очень рано выявить также болезнь Меньера, опухоль слухового нерва и другие формы тугоухости. Но с возрастом эта способность снижается, а у пожилых людей пропадает совсем.
Особое значение в физиологии и патологии слуха имеют центральные отделы слухового анализатора мозга. Уже разработаны методы, позволяющие уточнять их состояние по записям биопотенциалов с коры головного мозга. Причем с помощью регистрации биопотенциалов слуховая система оценивается объективно, то есть без учета мнения самого пациента. Это тем более важно при обследовании детей, так как от них сложно требовать точного ответа.
Чувствительность электроэнцефалографа — прибора, который уже давно применяется для усиления и записи электрической активности мозга, сейчас достигла феноменального уровня. Помещая электроды на различные участки черепа, ведут запись электрической активности в любом отделе головного мозга.
Однако само по себе изменение энцефалограммы в результате действия звукового сигнала не может быть принято безоговорочно при определении состояния слуха больного, потому что какое-то возникающее изменение способно быстро угаснуть и не повториться вновь. Тогда стали регистрировать реакции коры и подкорковых образований на звуковые стимулы определенных параметров. Но этому мешали сопутствующие шумы, например движущаяся по сосудам кровь, и было очень трудно уловить ничтожные по величине электрические ответы.
Как же устранить шум при записи вызванных биопотенциалов коры головного мозга, отделить полезную информацию от ненужного фона? Решение задачи оказалось под силу ЭВМ. Шум дает беспорядочную амплитуду, а сигналы, идущие из слуховых центров мозга, имеют характерную длительность и интенсивность. При наложении тысячи таких сигналов на фоновые шумы компьютер «узнает» полезные звуки, избавляясь от помех.
Сегодня, используя данный метод, можно выяснить объективную реакцию на звук любого человека, даже плода в утробе матери, и сказать, будет ребенок слышать или нет. Компьютерная аудиометрия эффективна в экспертизе, когда надо исключить симуляцию глухоты или, наоборот, установить, что человек, скажем летчик, тугоухий, хотя он это отвергает.
Попробуйте определить остроту своего слуха. Для этого исследуемое ухо обратите к говорящему (но так, чтобы не видеть его), а другое плотно закройте пальцем. В комнате должна быть полная тишина. Слова произносятся шепотом, после спокойного выдоха, используя оставшийся в легких воздух.
Первая группа слов (например — вор, он, ум, ворон, двор) состоит из низких звуков и в среднем должна быть слышна на расстоянии 5 метров.
Вторая группа (чай, сажа, дача, жесть, шесть) составлена из высоких звуков и в среднем слышна в 20 метрах.
Если плохо воспринимаются низкие звуки, значит, что-то не в порядке со звукопроводящей системой (барабанная перепонка, слуховые косточки).
Восприятие второй группы слов ухудшается при каких-либо нарушениях внутреннего уха.