Как определить направление звука

// // Интересное в сети //

У людей и многих животных два уха - это помогает с большой точностью определить источник звука, так же как два глаза помогают нам судить о расстоянии.

Наши уши имеют характерную форму, способствующую поиску источника звука. Если бы ухо было только одно, можно было бы получить лишь приблизительное представление о том, откуда исходит звук. Чтобы определить это место точнее, пришлось бы вертеть головой. Именно наличие двух ушей помогает тебе определить местонахождение источника звука очень быстро и с большой точностью - благодаря так называемой бинауральной локализации звука. Любой звук, который исходит от источника, находящегося не прямо перед тобой или позади тебя, достигает одного уха чуть раньше, чем другого. Чем ближе звук к одной из сторон, тем больше эта разница во времени (она называется интерауральной разницей во времени, или ИРВ). Мозг использует ИРВ, чтобы точно определить направление звука.

Как же мозг определяет направление высокочастотного звука? Оказывается, в этом случае мозг использует тот факт, что интенсивность звука, достигающего каждого из ушей, немного отличается. Эта разница называется интерауральной разницей интенсивности (ИРИ). Некоторые мелкие насекомые пользуются только ИРИ, потому что расстояние между их органами слуха настолько мало, что разница во времени достижения каждого из них звуком попросту неуловима. Для сов, которые вылетают на охоту ночью, очень важно определять, на какой высоте находится источник звука. Именно поэтому у этих птиц уши расположены асимметрично, то есть немного на разном уровне на каждой стороне головы. Благодаря этому звук, исходящий сверху или снизу, достигает одного из ушей раньше, чем другого. Совы умеют определять местонахождение источника звука настолько точно, что способны обнаружить добычу в темноте даже по слабейшему писку.

В старинных граммофонах усиление звука происходило только за счёт формы раструба. Коническая форма усиливает звуки и делает их громче, концентрируя звуковые волны в одном направлении. Именно так старинные граммофоны превращали слабейшие звуки, производимые иглой, вибрирующей на бороздках пластинки, в отчётливо слышимую музыку. Мегафоны, трубы и другие предметы в форме конуса усиливают звуки точно таким же образом. При игре на духовых музыкальных инструментах вибрация губ исполнителя усиливается благодаря их конической форме, а звучание зависит от размера и формы трубы.

Прибавь звук!

Попроси друга помочь тебе. Надень на глаза повязку и прижми две воронки к ушам. Твой друг должен держать нибудь источник звука (в нашем случае будильник). Он может также записывать получившиеся результаты в блокнот.

Люди с давних пор используют свойство воронок концентрировать и усиливать звук. Слабослышащие с незапамятных времён применяли полый коровий рог. Твой друг должен ходить по комнате с будильником, а ты постарайся определить, откуда идёт звук. Когда тебе покажется, что удалось определить направление, укажи его. Спроси друга, насколько ты был точен.

Повтори этот опыт несколько раз, а затем попробуй разные варианты. Во-первых, сделай всё то же самое с помощью только одной воронки, заткнув другое ухо. Потом попробуй переставить воронку с одного уха на другое. Наконец, попробуй провести эксперимент вовсе без воронок.

Активное обнаружение звука

Способность некоторых животных, например летучих мышей, ориентироваться по звуку очень высока. Вместо того чтобы улавливать сигнал от какого-то внешнего источника, летучие мыши сами издают серии звуков высокой частоты. Эти звуковые сигналы отскакивают, или отражаются, от предметов на пути животного, позволяя ему точно определить местонахождение этих предметов по разнице во времени достижения звуком одного и другого уха. И хотя разница эта очень и очень мала, летучая мышь строит «звуковую картину» окружающего мира - почти такую же чёткую, как та, что мы строим с помощью глаз. Это позволяет ей быстро летать и ловить добычу в полной темноте. Такой процесс называется эхолокацией.

Дельфины, морские свиньи (из отряда китообразных), касатки и кашалоты тоже используют эхолокацию - чтобы не заблудиться во мраке морских вод. Однако они издают не высокий звук, как летучие мыши, а серии быстрых щелчков. Корабли и подводные лодки тоже используют эхолокацию: с помощью оборудования, которое посылает короткий высокочастотный звуковой сигнал и улавливает эхо, определяют расположение подводных объектов.

Подведение итогов

Ты смог проверить на опыте, насколько бинауральный слух (двумя ушами) лучше определяет направление звука, чем моноауральный (одним ухом). Ты также мог убедиться, что без слуховых трубок положение источника звука определить гораздо легче, чем с ними, хотя, казалось бы, через трубку будильник звучит громче.

Результат может показаться неожиданным. Концевые части двух слуховых трубок отстоят друг от друга намного дальше, чем уши, и можно было бы ожидать, что, поскольку ИРВ больше, определить направление звука будет легче. Выходит, форма ушей тоже имеет большое значение в определении направления. Звук от источника проходит через гребешки и витки ушной раковины, которые преобразуют сигнал, давая твоему мозгу дополнительные команды. Воронка этого сделать не может. У лошадей строение ушных раковин таково, что они не только улавливают звуковые волны, но и усиливают их. Подвижные ушные раковины всегда, как локаторы, поворачиваются в сторону источника звука. Когда лошадь попадает в незнакомое место, она играет, или «прядёт», ушами, внимательно прислушиваясь.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Ауральный означает «относящийся ко всему, связанному со слухом и ушами».

Бинауральный означает «слух двумя ушами». Моноауральный означает «слух одним ухом».

ВИДЕТЬ УШАМИ

Во время полёта летучие мыши беспрерывно испускают очень высокие звуки - слишком высокие для человеческого слуха. Этот ультразвук отражается от разных предметов на пути мышей, и они слышат эхо. Мозг летучих мышей строит звуковую «картинку» - такую точную, что даже в полной темноте они могут безопасно огибать предметы и ловить насекомых прямо на лету.

ЭТО ИНТЕРЕСНО

Музыкальные плееры посылают несколько отличающиеся звуки в каждый из наушников или динамиков, чтобы создать стереоэффект — иллюзию, что разные ноты исходят из разных мест в пространстве. Это правило не очень хорошо работает для высоких звуков.

Откуда звук!

В ходе этого опыта ты будешь использовать слуховые трубки. Ты сможешь убедиться, что для определения местонахождения источника звука нужны именно два уха. Опыт также показывает, что важную роль в определении направления звука играет форма твоих ушей.

ЧТО ТЕБЕ ПОТРЕБУЕТСЯ:

  • 4 пластмассовые воронки;
  • 2 отрезка гибкой трубки, каждый около 1,2 м длиной;
  • ножницы;
  • клейкая лента;
  • линейка или деревянная планка около 1 м длиной;
  • глина для лепки;
  • табуретка или стул;
  • повязка на глаза;

Присоедини по воронке к каждому из концов обоих отрезков трубки. С помощью клейкой ленты прикрепи по одной воронке с каждого отрезка трубки к концам линейки. Положи кусочек глины на табуретку и вставь середину линейки в глину. Попробуй различные варианты, чтобы убедиться, что две воронки лучше, чем одна, и что твои уши способны определять направление лучше, чем трубки.

Последние материалы "Нано Дайджеста":

Наносенсор. Сенсор на базе нанотехнологий в тысячу раз чувствительнее современных аналогов.

Нанотехнологии в строительстве. Инновации в строительстве приведут к созданию новых материалов.

Нанотехнологии в медицине. Нанотехнологии позволят создать эффективное лекарство от рака и других опасных заболеваний.

Оптоган. Узнай подробнее об одном из крупнейших предприятий России в сфере нанотехнологий.

Нанотехнологии в электронике. В ближайшие годы эксперты прогнозируют бум на рынке микроэлектроники.