Dotychczas zasadniczo tematem rozważań były cechy fizyczne bodźca słuchowego — drgań różnych ośrodków (przedmiotów) przenoszonych przez powietrze do ucha oraz przewodzenie i przetworzenie bodźca w narządzie zmysłu i w układzie nerwowym. Czas teraz zająć się doznaniem zmysłowym i zadać sobie pytanie: „co słyszymy?" Pytanie proste, żeby nie powiedzieć głupawe, a do tego irytująco zbliża się do zdawkowego „co słychać", na które niekiedy nie wiadomo, co odpowiedzieć. Odpowiedź jednak nie jest całkiem prosta, jeśli zapytać o doznania słuchowe. Jak można przystąpić do odpowiedzi? Najprościej i najwygodniej jest porównać doznania słuchowe ze zjawiskami fizycznymi zachodzącymi w ośrodku przenoszącym dźwięki. Wspomniano już o skali natężenia dźwięku wyrażonej w decybelach. Najwygodniej przy tym jest posłużyć się skalą względną doznań słuchowych. Można więc przyłożyć do ucha słuchawkę telefoniczną o znanych nam dokładnie cechach. Jeżeli przyciśnie się słuchawkę do ucha tak, aby szczelnie przylegała, to znana będzie objętość powietrza zawarta pomiędzy błoną drgającą słuchawki, tj. źródłem dźwięku, a błoną bębenkową. Znając charakterystykę słuchawki, można obliczyć na podstawie zmian zapisanych wartości elektrycznych prądu przebiegającego przez słuchawkę, jakie ciśnienie działa na błonę bębenkową. Mając te dane bada się, jaki dźwięk jest zaledwie słyszalny — dźwięk o natężeniu progowym. Okazało się, że ucho reaguje na tak małe zmiany ciśnienia, iż nie ma metod fizycznych pozwalających na bezpośredni pomiar tych wahań. Można je tylko obliczyć stosując wzory matematyczne i wykonując pomiar dźwięków o większym natężeniu. Oczywiście pomiar możliwy jest tylko przy niskich częstotliwościach, można jednak obliczyć wielkość wychyleń błony bębenkowej przy progowym natężeniu dźwięku dla różnych częstotliwości. Z obliczeń tych wynika, że progowa (zaledwie słyszalna) amplituda drgań przy częstotliwościach 3000 cykli (drgań/sek) wynosi 10-9 cm, tj. 0,000 000 001 część centymetra. Wspomniano już o skali fizycznej natężenia dźwięku, w której 0 leży przy zmianach ciśnienia o wartości 1 dyny na cm2. Wartość progowa przyjęta dla doznań słuchowych, tj. zero skali czuciowej, leży przy wartości minus 73,8 dB. Wartości te mogą służyć za przykład czułości normalnego narządu słuchu. Trzeba jednak pamiętać, że wartość progowa natężenia dźwięku zmienia się zależnie od jego częstotliwości, jak to przedstawiono na rysunku str. 694. Czułość słuchu jest jednak odmienna u różnych ludzi, zmienia się również z wiekiem. Toteż opracowano aparaty do jej pomiaru. Noszą one nazwę audiometrów. Typowy taki aparat jest urządzeniem elektrycznym ze słuchawkami i skalą wykalibrówaną w wartościach względnych „czuciowych". Badany zakłada słuchawki i podaje, kiedy zaczyna słyszeć dany dźwięk o określonej częstotliwości. Badający reguluje natężenie dźwięku i nanosi natężenia na wykres, który nazywamy audiogramem. Jeżeli pewne tony są słabiej słyszane (to znaczy należy zwiększyć ich natężenie powyżej normalnie słyszalnego), mówimy wówczas o utracie słuchu, którą można wyrazić procentowo. Interesującą rzeczą jest, że na ogół po sześćdziesiątce, występuje utrata słuchu dla tonów o wyższej częstotliwości, tony zaś o częstotliwości poniżej 1000 cykli są dobrze słyszane. Inne zagadnienie stanowi zdolność uchwycenia zmiany w natężeniu dźwięku. To znaczy, kiedy badany odczuwa, że natężenie zmniejszyło się czy zwiększyło? Okazało się, że wiele czynników wpływa na zdolność rozróżnienia intensywności dźwięków. Ucho zachowuje się inaczej, zależnie od tego, czy najpierw słyszany jest dźwięk o natężeniu silnym czy słabym; czy przejście jest stopniowe, czy natężenie zmienia się skokowo. Dużą rolę odgrywa częstotliwość dźwięku. Najlepiej rozróżniane są zmiany intensywności dźwięku o częstotliwości 2500 cykli, a więc w tym samym zakresie, w którym wartość progowa jest najniższa. W tym zakresie już zmiana o V2o w natężeniu dźwięku jest uchwytna przy wyjściowej wartości 100 dB, podczas gdy przy 35 cyklach i 5 dB zdrowe ucho chwyta różnicę dopiero po 7,5-krotnym zwiększeniu natężenia dźwięku. Podobne zagadnienie stanowi zdolność rozróżniania dźwięków o różnej częstotliwości. W zasadzie zdrowe ucho reaguje na dźwięki o częstotliwości od 20 do 20 000 cykli. W tym zakresie według niektórych autorów ucho ludzkie może odróżniać aż 11 000 różnych dźwięków zależnie od ich częstotliwości, inni zaś badacze podają tylko 1500 odmiennych częstotliwości, które można rozpoznać. Prawda zapewne leży pośrodku. Natężenie i częstotliwości dźwięku są cechami fizycznymi bodźca słuchowego. Z psychologicznego punktu widzenia można wyróżnić głośność i wysokość — ton dźwięku. Doznania te utożsamiane są zazwyczaj z natężeniem i częstotliwością, ale związek pomiędzy cechami fizycznymi dźwięku a doznaniem jest złożony i uwarunkowany przetworzeniem — transdukcją w układzie biologicznym. Tak więc niskie tony (tj. o niskiej częstotliwości) odczuwane są przez odbiorcę jako coraz niższe w miarę wzrastania natężenia, wysokie zaś — jako coraz wyższe. Poza tymi cechami dźwięków można wyróżnić dodatkowe cechy doznań słuchowych. Można mówić o „objętości" * i „gęstości" dźwięku, które to „cechy psychologiczne" dźwięków zależą zarówno od częstości, jak i natężenia dźwięku. Dla uprzytomnienia sobie jakości tych doznań trzeba posłużyć się przykładami muzycznymi. Dźwięki trąb w muzyce Wagnera są masywne, o dużej „objętości" i „gęstości", gra na flecie daje wrażenie, że dźwięki tego instrumentu są „małe" i „rzadkie". Inną ciekawą cechą dźwięków jest doznanie, że pewne z nich są „tępe", inne zaś „ostre", „przejmujące". Wreszcie tony mogą być „dźwięczne" lub „bezdźwięczne". Z kolei zwrócić uwagę należy na ciekawy związek pomiędzy dźwiękami różniącymi się między sobą o oktawę co do częstotliwości. W języku polskim' używa się pojęcia siły dźwięku, dosłowne tłumaczenie angielskiego wyrażenia volume wydawało mi się bardziej obrazowe i łatwiejsze do odróżnienia od natężenia dźwięku i jego głośności. Głośność i siła dźwięku są dwoma różnymi doznaniami. tego że pomiędzy tymi dźwiękami znajdują się różne tony o częstotliwościach pośrednich. Tony pośrednie, bliskie częstotliwościom tonów c i C, są natomiast odczuwalne jako zdecydowanie różne od nich. Dodać tu należy, że w niektórych sytuacjach dochodzi do włączenia dodatkowego mechanizmu odbiorczego, którego udział i znaczenie w doznaniach słuchowych jest niedostatecznie poznany. Analiza dźwię-, ków wydawanych przez organy wykazała, że część ich (niskie tony dużych organów) ma częstotliwość około 16 cykli, a więc w zasadzie dźwięki te nie są słyszalne. Mogą one działać na zakończenia nerwowe wrażliwe na dotyk, które znajdują się w uchu. Przy przekroczeniu pewnych wartości natężenia dźwięków o różnych słyszalnych częstotliwościach powstają zniekształcenia doznań słuchowych przez — uruchomienie „czujników dotyku" znajdujących się w uchu. Ze względu na bezpieczeństwo badanego i obawę uszkodzenia narządu słuchu badania te nie były prowadzone systematycznie. Można jedynie twierdzić, że „składowa dotykowa" doznań słuchowych istnieje przynajmniej w niektórych warunkach, trudno jednak określić jej znaczenie. Szczegółowa analiza zestawienia cech fizycznych dźwięków i jakości doznań słuchowych przekracza ramy tej książki. Ograniczyć się trzeba do stwierdzenia, że zasadniczą cechą transduktora biologicznego — zmysłu słuchu — jest przekształcenie cech dźwięków tak, że zostają one wzbogacone i stają się bardziej zróżnicowane. O ile z fizycznego punktu widzenia można rozważać dwa parametry — dwa „wymiary" — dźwięku, jego natężenie i częstotliwość, o tyle z punktu widzenia odbioru doznań słuchowych można rozważać wiele parametrów — wiele „wymiarów" dźwięku — głośność, ton, barwę, objętość, dźwięczność itp. Dotychczasowa analiza doznań słuchowych dotyczyła tonów czystych, które spotyka się w życiu codziennym rzadko. Najczęściej występują dźwięki złożone, które sprowadzić można do jednoczesnego, wielokrotnego pobudzenia narządu słuchu. Przed omówieniem, bardzo zresztą pobieżnym, tego zagadnienia, wspomnieć należy o „własnych składowych harmonicznych", powstających w uchu podczas pobudzenia przez ton czysty. Nowoczesna metoda analizy tego zjawiska polega na zapisie prądów elektrycznych powstających w uchu wewnętrznym. Mianowicie po podłączeniu elektrod do ucha wewnętrznego można w momencie pobudzenia ucha przez bodziec dźwiękowy uzyskać zapis prądów elektrycznych w postaci krzywych. Analiza kształtu tych krzywych pozwala na stwierdzenie, że pod wpływem czystego tonu o określonej pojedynczej częstotliwości powstają w ślimaku prądy elektryczne, których zapis daje krzywą złożoną. Jeśli dokonać rozkładu tej krzywej na składowe proste, można wykazać, że przebieg prądów odpowiada wykresowi częstotliwości dźwięku pobudzającego oraz wyższym składo- wym harmonicznym, o częstotliwościach będących wielokrotnością I częstotliwości charakterystycznej dla dźwięku pobudzającego i jego j natężenia. Niskie tony o małym natężeniu można usłyszeć, a więc odebrać jako „czysty" ton. Przy zwiększeniu natężenia pojawia siwi składowa odpowiadająca dwukrotnej, trzykrotnej itp. częstotliwości. W analizie widma tych prądów, zwanych prądami mikrofonowymi" ślimaka, można znaleźć od 1 do 16 wyższych składowych harmonicznych. Większa liczba tych składowych pojawia się przy wyższych częstotliwościach i oczywiście przy wyższych natężeniach. Dokonując analizy widma otrzymuje się różne amplitudy (pamiętamy, że te odpowiadają natężeniu dźwięku). Okazało się, że wyższe składowe mogą odpowiadać więcej niż połowie natężenia dźwięku, tj. więcej niż połowie sumy amplitud powstającego dźwięku złożonego. A więc zniekształcenie albo lepiej wzbogacenie słyszanego — doznawanego dźwięku przeważa nad odbiorem „czystego" tonu, który jest przyczyną pobudzenia zmysłu słuchu. Składowe harmoniczne mogą być parzystą wielokrotnością częstotliwości tonu wzbudzającego lub nieparzystą. W uchu ssaków przeważają' składowe parzyste, przy czym amplitudy poszczególnych składowych nie są wprost proporcjonalne do amplitudy pobudzającego czystego tonu. Czytelnik mający zacięcie matematyczno-fizyczne łatwo wywnioskuje z tego, że ucho ssaków jest asymetrycznym, nieliniowym układem przewodzenia dźwięku." Podczas odbioru kilku tonów jednocześnie zachodzi zjawisko nakładania się fal. Powstają więc tony, których częstotliwość może być sumą lub różnicą częstotliwości tonów. Jednocześnie występować może zjawisko dudnienia, wzmagania się lub obniżania głośności tonów. Dodatkowo dochodzi zagadnienie zgodności lub niezgodności tonów — sprawa zasadnicza dla teorii muzyki. Potocznie mówi się o dźwiękach nieprzyjemnych, zgrzytach, że stanowią dysonans (z łaciny sonus — ton i przedrostek dys oznaczający niezgodność). Zasadniczo zgodność lub niezgodność tonu zależy przede wszystkim od wzajemnego stosunku ich częstotliwości do siebie. Natężenie dźwięków odgrywa również rolę, gdyż zależnie od niego powstają dodatkowe wyższe składowe harmoniczne. Jeżeli uwzględni się to zjawisko, zrozumiałe staje się również inne, pokrewne zagadnienie, mianowicie mechanizm zagłuszania. Jeżeli na ucho działają dwa tony o różnej częstotliwości i natężeniu, ton niższy i silniejszy zagłusza wyższy. Dzieje się to dzięki obecności wyższych składowych harmonicznych, które tłumią dźwięk o wysokiej częstotliwości. Nie trzeba chyba tłumaczyć znaczenia analizy odbioru dźwięków złożonych i zagadnienia zagłuszania. Ma ona zasadnicze znaczenie przy opracowywaniu systemów łączności telefonicznej i radiowej. Aparaty radiowe i telefoniczne mogą przekształcać dźwięki i na podstawie badań można wprowadzić korzystne zniekształcenia głosu, polepszając zrozumiałość mowy. Zależnie od sposobu przekazywania głosu, ogólniej mówiąc sygnałów dźwiękowych, mogą powstawać dodatkowe zakłócenia w postaci trzasków, szumów itp. Mechanizmów powstawania takich zakłóceń jest wiele i z naszego punktu widzenia sprawa ta nie jest istotna, a znaczenia ich nie trzeba chyba tłumaczyć radioamatorom. Badając zdolność odróżniania dźwięków, można tak skonstruować układ nadawczo-odbiorczy, aby sygnały nadawane celowo różniły się jak najbardziej od zakłóceń. Innym niezwykle ważnym praktycznym zastosowaniem jest opracowywanie aparatów polepszających słuch. Na zakończenie przydługiego nieco rozdziału należy stwierdzić ze smutkiem, że istota analizy dźwięków, ich odbioru i przekształcenia w zmyśle słuchu pozostaje nie wyjaśniona. O ile zjawiska fizyczne zachodzące w uchu są dokładnie zbadane i opracowane, o tyle zagadnienie przenoszenia i transdukcji bodźców dźwiękowych począwszy od komórek narządu Cortiego jest niejasne. Zasadniczą trudność stanowi fakt, że rozpoznajemy i słyszymy dźwięki o częstotliwości 20 000 cykli. Prądy czynnościowe ślimaka — prądy mikrofonowe — mają również wysokie częstotliwości. Natomiast prądy czynnościowe komórek nerwowych i ich wypustek przewodzących bodźce słuchowe mogą osiągnąć najwyżej częstotliwość 1000 cykli. A więc rozróżnienie wyższych częstotliwości polegać musi na „przetłumaczeniu" tej cechy na inną wartość. Wspomniano już o teorii rezonansu Helmholtza, nie tłumaczy ona jednak wszystkich faktów zaobserwowanych doświadczalnie. Można by wyliczyć co najmniej pięć odmiennych teorii słyszenia, ale żadna z nich nie pozwala na zbudowanie logicznej całości mechanizmu działania transduktora słuchowego.