Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Если в точку, где расположен измеритель звукового давления, направить две звуковые волны, то прибор не будет в отдельности реагировать на каждую из них, а покажет суммарное давление. Потому что в какой-либо точке пространства звук не помнит, какие силы его создавали и сколько было этих сил. Важен лишь конечный результат, важна сумма сил, подобно тому, как для покупателя важен суммарный вес гирь, которые стоят на чаше весов.

В качестве стандартной составляющей для измерения площади сложных геометрических фигур мы выбрали квадрат, потому что очень просто определить его площадь. В качестве стандартной составляющей для описания сложного звука выбрана синусоида. Причин несколько, вот две из них, достаточно веские.

В начале прошлого века французский математик Жан Батист Жозеф Фурье нашел способ вычислять набор синусоидальных составляющих — именно синусоидальных! — сумма которых может дать сложный звук определенной формы. Такой набор составляющих получил название спектр. Если известно математическое описание сложного звука, то по формулам Фурье можно найти его спектр — найти частоты, амплитуды и фазы стандартных синусоидальных звуков, которые, сложившись, воспроизведут сложный звук во всей его сложности и неповторимости (Р-64;3).

Разработанные Фурье удобные математические приемы определения спектра — это есть первое «за» в части выбора синусоиды на роль стандартной составляющей сложных звуков. А вот и второе «за» — существуют устройства, которые могут уже не на бумаге, не с помощью математических формул, а реально, в натуре разделить сложный звук на сумму синусоидальных составляющих и выделить любую из них из сложного звука. Одно из таких устройств — наше ухо.

Кстати, Фурье установил, что если сложный звук периодически повторяется, то его спектр состоит из синусоидальных составляющих с кратными частотами. Музыканты называют эти составляющие обертонами, радисты — гармониками, имея в виду второе имя синусоиды — «гармоническая зависимость». Так, например, если частота сложного звука f = 30 Гц, то в спектр войдут составляющие с частотами f = 30 Гц (первая гармоника), 2f = 60 Гц (вторая гармоника), 3f = 90 Гц (третья гармоника), 4f = 120 Гц (четвертая гармоника) и т. д. Амплитуды гармоник могут быть самые разные, это-то как раз и зависит от формы кривой сложного звука (Р-64;3).

Т-101. Орган слуха — высокочувствительный приемник и анализатор сложных звуковых сигналов. Наземная станция метро — это лишь небольшая часть того, что мы называем словом «метро», главные же его сооружения — прекрасные дворцы-станции, бесконечные туннели, эскалаторы, поезда, системы электроснабжения и связи — все это скрыто под землей. Вот так и то, что мы привыкли называть ухом, это не более чем своего рода наземная станция метро. Главные же части нашего звукоприемника — среднее и внутреннее ухо — нам не видны, они спрятаны глубоко и защищены костями черепа (Р-65).

Р-65

Попав в ушную раковину, звуковые волны пробегают извилистый слуховой проход (его длина около 2,5 см) и, попав на барабанную перепонку, приводят ее в движение (так же, как звук заставлял двигаться струну-приемник; Р-63). Движение барабанной перепонки через систему косточек (молоточек, наковальня, стремечко, общий вес около 0,05 г) передается в самый главный отдел внутреннего уха — в улитку. Такое название эта «деталь» получила потому, что у млекопитающих она похожа на спиралевидный домик улитки (постепенно сужающаяся трубка длиной около 3 см, закрученная на 2,7 оборота). У животных, которые стоят на низших ступенях развитие улитки еще нет, ее место занимает более простая «деталь», похожая на изогнутую луковицу.

Улитка — это конечная станция, куда поступают механические колебания от слуховых косточек. Здесь, в улитке, эти колебания преобразуются в серии нервных импульсов, которые по нервным волокнам поступают в слуховой нерв, а по нему уже прямо в слуховые отделы головного мозга. «Деталь» внутреннего уха, где происходят эти преобразования, по имени одного из первых ее исследователей А. Корти, получила название орган Корти или кортиев орган.

Кортиев орган находится в спиральном лабиринте улитки и чем-то напоминает спиралевидный и плоский слоеный пирог. Нижний слой, основание «пирога», — лента основной мембраны, сотканная из двадцати пяти тысяч тонких поперечных нитей, которые часто сравнивают со струнами рояля или арфы. По мере того как основная мембрана расширяется, нити-струны становятся длиннее: у основания улитки, в районе овального окна, к которому примыкает стремечко, длина нитей — около 0,1 мм, а у вершины улитки — около 0,5 мм.