В мире запахов и звуков

На одном из ленинградских заводов имел место такой случай. Один кузнец в обеденный перерыв захотел отдохнуть и улегся на станину кузнечного пресса. Его товарищ решил пошутить и напугать спящего. Он забрался под станину и что было силы ударил по ней молотком. Шутка окончилась плачевно — спящий кузнец оглох.

В чем причина внезапно наступившей глухоты? Каков ее механизм? Чтобы понять это, нам надо разобраться, каким путем звуковая волна достигает внутреннего уха, какие изменения она при этом претерпевает.

В предыдущей главе мы познакомились с системой среднего уха, барабанной полостью. В одном из дрезденских музеев посетителям предлагают совершить экскурсию по человеческому уху. Муляж гигантских размеров не только воспроизводит строение слухового органа человека, но и показывает процессы, идущие в нем при восприятии звука. Давайте тоже мысленно совершим прогулку по барабанной полости. Так вот, барабанная полость содержит три маленькие косточки, самые маленькие косточки нашего организма. Одна из них напоминает молоток и потому названа молоточком. Действительно, в ней различают рукоятку, головку, шейку. Другая по своему внешнему виду похожа на кузнечную наковальню и названа наковальней. Отдаленно она напоминает зуб с двумя корнями — более длинным и более коротким. Поэтому в этой косточке различают длинный отросток, короткий отросток и тело наковальни. И, наконец, третья косточка называется стремечко, так как похожа на настоящее стремя. Рукоятка молоточка вплетена в барабанную перепонку, головка его соединяется с наковальней, и длинный отросток наковальни — со стремечком. Подножная пластинка стремечка (та часть стремени, куда всадник ставил ногу) помещается в овальном окне лабиринта. Но лабиринт — это уже система внутреннего уха, и о нем вы узнаете чуть позже.

К этим косточкам присоединяются две маленькие мышцы, меньше которых трудно найти в организме. Одна из них присоединяется к стремечку и называется стремянной мышцей, а другая — к рукоятке молоточка и называется «мышца, натягивающая барабанную перепонку», так как при ее сокращении действительно натягивается барабанная перепонка и воспринимаются более слабые колебания. Мы прислушиваемся… натягиваются мышцы и мы различаем звуки, неслышимые раньше. Иногда даже говорят: он напряг слух.

Но далеко не всегда нам надо «напрягать слух». На концертах современных рок-ансамблей это совсем излишне. Даже наоборот — хочется закрыть уши, спрятаться от чрезмерно громких звуков, преследующих нас. Тут снова приходят на выручку мышцы — они сильно-сильно сокращаются, и косточки перестают колебаться совсем. Сработала защитная реакция, наступил блок.

Для чего же нужна столь сложная система звукопроведения? Для усиления звуков. Звуковая волна, пройдя систему среднего уха, многократно усиливается. Усиливается она за счет двух законов механики — закона разницы площадей и закона рычага.

Закон разницы площадей гласит: с уменьшением площади усиливается давление на эту площадь. Представьте себе: лето, по горячему асфальту рядом идут мужчина и женщина. Вес мужчины намного превышает вес женщины, но его туфли-платформы не оставляют следов на расплавленном асфальте. А вот каблучки-шпильки женщины глубоко проваливаются в асфальт. Площадь шпилек намного меньше площади подошвы-платформы, отсюда и результат, наглядно подтверждающий закон разницы площадей. Площадь барабанной перепонки превышает площадь овального окна в 14–18 раз. Следовательно, по закону разницы площадей, звук при прохождении через систему косточек среднего уха усиливается тоже в 14–18 раз.

По закону рычага во сколько раз одно плечо рычага больше другого, во столько раз происходит выигрыш в силе. И молоточек, и наковальня со своими отростками являются своеобразными рычагами. Благодаря особенностям взаимного сочленения косточек среднего уха и их связи с барабанной перепонкой образуется система рычагов с соотношением плеч, равным 1,3:1. Учитывая при этом, что эффективная поверхность барабанной перепонки в 14–18 раз больше площади основания стремечка, с уверенностью можно считать, что звуковое давление у круглого окна улитки усиливается примерно в 20 раз. Эту величину называют коэффициентом передачи звукового давления в среднем ухе.

Интересно отметить, что в ходе эволюции позвоночных животных произошло значительное изменение строения среднего уха. Эта трансформация заключалась в том, что в среднем ухе вместо одной косточки — колумеллы, как, например, у птиц, появилось три — молоточек, наковальня и стремечко, что обеспечило млекопитающих механической системой, увеличивающей давление на мембрану овального окна внутреннего уха по сравнению с давлением на барабанной перепонке.