Особенности восприятия направления и расстояния звука человеческим ухом: роль слуха и когнитивных процессов

Орган слуха человека сам по себе не способен точно определить ни направление, в котором находится источник звука, ни расстояние до него. Функционально ухо воспринимает исключительно физические параметры звуковой волны: её силу (громкость), высоту (частоту) и тембр (спектральный состав). Дальнейшая локализация источника является результатом сложной аналитической работы мозга, который интерпретирует поступившие сенсорные данные и на их основе строит субъективное заключение о положении объекта в пространстве. Для демонстрации этого феномена можно обратиться к классическому эксперименту, схема которого представлена на рисунке 79.

Рис. 79. Схема эксперимента по определению направления на источник звука при фиксированном положении головы.

В ходе данного опыта испытуемый с завязанными глазами располагается в центре. Два ассистента занимают позиции по бокам от него. Один из них использует пару монет или иной предмет, способный издавать негромкий, отчетливый звук. Шум генерируется в различных точках, расположенных строго в плоскости симметрии головы испытуемого. После каждого звука участника просят указать предполагаемое направление. Важной методологической деталью является синхронное движение второго ассистента, имитирующее звуки, что позволяет исключить возможность ориентации по побочным шумам (шороху одежды).

Результаты такого тестирования наглядно демонстрируют несостоятельность слухового анализатора в определении направления без участия когнитивных функций. Испытуемый не может сформировать достоверное суждение о месте возникновения звука. В лучшем случае его догадки носят случайный характер. Характерной ошибкой является указание на точку D, в то время как источник находится в A, или отнесение звука из точки F к позиции C. Это доказывает, что первичный сенсорный сигнал недостаточен для точной пространственной ориентации.

Тем не менее, частичная информация о направлении всё же доступна, но она требует дополнительной обработки сознанием. Этот процесс происходит настолько быстро и автоматически, что часто ошибочно воспринимается как непосредственное свойство слуха. Например, если в описанном эксперименте источник звука смещается в сторону от сагиттальной плоскости, одно ухо начинает воспринимать звук с большей интенсивностью. В такой ситуации испытуемый уже способен корректно указать сторону, с которой исходит шум. Однако и в этом случае ухо сообщает только о разнице в громкости, а вывод о направлении делает мозг.

Данный принцип лежит в основе повседневного поведения человека. Когда мы пытаемся определить, где находится поющая кукушка, мы бессознательно выполняем серию микроповоротов головы. Мы фиксируем то положение, при котором звук кажется наиболее громким и ясным. При изменении положения головы звук начинает восприниматься другим ухом более отчетливо. Сопоставляя изменения в громкости с проприоцептивной информацией о положении головы, наш разум делает логический вывод о том, что источник звука находится с той стороны, где сигнал сильнее.

Аналогичным образом обстоит дело и с оценкой удаленности источника. Ухо не предоставляет прямых данных о дистанции; эта характеристика также является продуктом умозаключения. Подтверждением тому служат многочисленные случаи слуховых иллюзий. Классический пример произошел в большой комнате, где на расстоянии около 4 метров друг от друга спали два человека. Один из них проснулся среди ночи от звука, который он идентифицировал как шаги по гравийной дорожке под окном. Звук повторялся, создавая полную иллюзию присутствия постороннего. Лишь после тщательного исследования выяснилось, что источником была бабочка, бьющаяся крыльями между оконным стеклом и занавеской.

В этой ситуации слуховой аппарат обоих наблюдателей сработал безупречно, передав в мозг точные параметры звука. Однако разум, интерпретируя эти данные, совершил ошибку, так как контекст и предшествующий опыт подсказали ему ложную, но наиболее вероятную модель происходящего. Слабый, приглушенный звук в закрытом помещении был ошибочно соотнесен с более сильным и отдаленным звуком шагов на улице. Это пример того, как высокая когнитивная функция, призванная дополнять ограниченные возможности органов чувств, может генерировать ошибочные суждения в условиях недостатка информации.

Еще одним показательным примером является случай, произошедший в предместье большого города в августе. Ночью жители отчетливо услышали характерный громкий шум работающей молотилки. Звук казался исходящим с крестьянского двора, расположенного примерно в километре, однако это было невозможно, так как до ближайшего хозяйства было два километра за холмами. Интенсивность звука менялась, создавая впечатление, что ветер меняет направление. После тщательного осмотра выяснилось, что источник находится в комнате: ветер дул в щель между стеной и обшивкой окна, заставляя вибрировать кусочек отсохшей штукатурки. Тот работал как язычок духового инструмента, генерируя звук, тембр которого сознание ошибочно связало с образом молотилки.

Эти наблюдения показывают, что процесс формирования слухового образа является двухэтапным: сначала ухо фиксирует объективные параметры звука (высоту, силу, тембр), а затем мозг строит гипотезу об их источнике. В обычных условиях это происходит мгновенно, и нам кажется, что мы «слышим» направление. Но разделение этих этапов становится очевидным при возникновении иллюзий. Именно на этом разрыве между сенсорным восприятием и его когнитивной интерпретацией построено искусство чревовещания.

В случае с чревовещателем ухо зрителя не может указать на истинное направление звука. Когда артисту необходимо создать иллюзию голоса, доносящегося с крыши, он использует шепот, имитируя удаление. Мозг зрителя, получая слабый звук и сопоставляя его с контекстом (сюжетом сценки), делает логический вывод о том, что говорящий находится далеко и снаружи. Иллюзия усиливается за счет контраста: громкий, чистый голос самого чревовещателя воспринимается как его собственная реплика, а тихий — как реплика партнера.

Слабым местом этого обмана могло бы стать несоответствие направления, но поскольку ухо не способно его определить, а рассудок поддается внушению, иллюзия сохраняется. Артист использует специальные приемы, чтобы скрыть факт собственной речи: отворачивается, прикрывает рот рукой или имитирует прислушивание. Многие зрители, видя малозаметные движения губ, ошибочно полагают, что голос исходит из живота артиста, что и породило исторически сложившееся, но неточное название «чревовещатель». На самом деле секрет кроется в неспособности нашего уха к пространственной ориентации без помощи сознания, которым, в свою очередь, можно искусно манипулировать.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: В. Гампсон, К. Шеффер

Источник: Парадоксы природы

Данные публикации будут полезны студентам физических и технических специальностей, изучающих механику и принципы работы простых механизмов, начинающим инженерам и конструкторам, интересующимся эргономикой и оптимизацией транспортных средств, а также всем, кто увлекается историей техники и неочевидными физическими явлениями в повседневной жизни.