Иллюзия непрерывности звука: почему слух не различает отдельные колебания

Подобно тому как зрительная система человека объединяет отдельные световые раздражения в непрерывный образ, если они воздействуют на слишком близкие участки сетчатки или следуют друг за другом с большой скоростью, слуховой аппарат функционирует по аналогичному принципу. Это свойство перцептивных процессов нередко становится причиной формирования ложных представлений о природе звуковых явлений. Когда мы воспринимаем протяжный нежный звук, у нас возникает устойчивое впечатление, будто его причина кроется в абсолютно непрерывном, равномерном раздражении слухового рецептора. Однако объективная физическая реальность устроена принципиально иначе.

В действительности даже самый нежный и мелодичный звук представляет собой серию последовательных воздушных волн, порождаемых ритмическими толчками среды. Эти колебания возникают вследствие вибрации упругих тел, входящих в конструкцию музыкальных инструментов. Например, в язычковых трубах источником звука служит колеблющаяся пластинка, которая в акустике получила название язычок. Количество колебаний, необходимое для возникновения слухового ощущения, варьируется в очень широких пределах: наиболее низкие музыкальные тоны формируются при частоте около 40 колебаний в секунду, тогда как высокие требуют уже 4000 колебаний за тот же временной интервал. Восприимчивость человеческого слуха еще шире и в норме охватывает диапазон от 16 до 38 000 герц.

Возникает закономерный вопрос: если звуковые ощущения порождаются серией дискретных толчков воздуха, почему же мы не воспринимаем их как раздельные, следующие друг за другом сигналы? При определенных условиях такая дискретность становится ощутимой. Когда человек говорит низким, грудным голосом, прижимаясь спиной к деревянной скамье, другой человек, опирающийся на ту же поверхность, способен тактильно ощутить вибрацию. Аналогичный эффект наблюдается, если положить руку на грудь или спину говорящего в момент произнесения им слов "басом". При попытке воспроизвести звуки, лежащие за пределами нижней границы музыкального диапазона, ухо начинает различать отдельные колебания, которым эти инфранизкие тона обязаны своим происхождением. Именно этим объясняется тот факт, что шкала музыкальных тонов ýже общего диапазона слышимых звуков.

Каким же образом высокочастотные колебания трансформируются в нашем восприятии из серии дискретных щелчков в непрерывный тон? Фундаментальная причина кроется в физиологической инерции слуховой системы. Слуховые впечатления, подобно зрительным, не прекращаются мгновенно с окончанием действия раздражителя, а сохраняются в течение некоторого конечного времени. Это явление последействия лежит, в частности, в основе работы синематографа: быстро сменяющие друг друга кадры сливаются в глазу в плавное движение благодаря тому, что впечатление от предыдущего изображения еще сохраняется в тот момент, когда следующее, незначительно отличающееся, уже начинает действовать на сетчатку.

Абсолютно тот же механизм реализован в слуховой модальности. Каждое отдельное звуковое впечатление обладает определенной длительностью существования в нервной системе. Пока след предыдущего воздействия еще активен, возникает новое раздражение, которое субъективно воспринимается как естественное продолжение первого. Таким образом, серия быстрых дискретных акустических колебаний трансформируется в слитное звуковое ощущение, которое мы идентифицируем как музыкальный тон. Критическим условием здесь является достаточная скорость следования стимулов: если частота превышает порог слияния, раздельность исчезает.

Данный феномен служит наглядной иллюстрацией ограниченности наших органов чувств как инструментов научного познания. В процессе биологической эволюции сенсорные системы развивались не для постижения фундаментальных законов природы, а для обеспечения выживания в конкретной экологической нише. В повседневной жизни, пока цивилизация не предъявляет к ним повышенных требований, они вполне адекватно информируют нас о значимых событиях окружающей среды. Однако когда мы пытаемся проникнуть в сущность явлений, выявить их скрытые механизмы и причины, полагаться исключительно на показания чувств становится методологически неверно — необходимо применение объективных измерительных приборов и научного анализа.

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.