Беседы о бионике - [151]
И тем не менее существуют животные, у которых ушной раковины нет совсем, да и сам орган слуха уж очень не похож на человеческий.
"Уши" насекомых, например, расположены в очень неподходящих для этого местах (с точки зрения человека). Знаете, где уши у паука? Настоящих ушей у него, правда, нет, но он все же может слышать. В дополнение к восьми глазам у пауков есть еще высокочувствительные органы слуха на лапках (рис. 3). Углубление в хитиновом скелете заменяет ему нашу ушную раковину. Слуховой орган, расположенный около ножного сустава, открывается и закрывается в ответ на звуки и вибрацию.
Рис. 3. Ухо паука (показано стрелкой)
Несмотря на кажущуюся простоту, органы слуха насекомых способны воспринимать звуки в чрезвычайно широком диапазоне частот. В ухе ночной бабочки, например, имеется всего три нервных волокна, но оно обнаруживает ультразвуки, издаваемые летучей мышью. Слуховой орган моли воспринимает частоты от 10 до 100 кгц и позволяет обнаруживать приближение летучих мышей на расстоянии до 30 м. "Ухо" моли настолько совершенно и настолько чувствительно, что его использовали для приема сигналов, посылаемых летучими мышами. Для этой цели к нервным волокнам, идущим от слухового органа моли, присоединяли миниатюрные электроды; электрические сигналы милли-секундной длительности, снимаемые со "слухового выхода", записывали на магнитную ленту и затем соответствующим образом обрабатывали для выяснения количества информации, получаемой молью о движении летучей мыши. Работы, проведенные Центром исследований и разработок ВВС США в Кембридже, показали, что два элемента, образующие слуховой орган моли, различаются по чувствительности на 20 — 25 дб.
Немало споров вызвал вопрос о слухе земноводных. Некоторые ученые даже утверждали, что они глухи и не способны воспринимать звуки, которые сами производят. В действительности же последние исследования по нейрофизиологии доказали, что земноводные слышат, но их слух нельзя сравнивать ни со слухом рыб, ни со слухом наземных млекопитающих. Возможно, что некоторое количество вибраций передается не прямо в наружное ухо, а доходит до внутреннего уха кружным путем, через все тело. Некоторые жабы лучше воспринимают звук, когда их слуховые органы наполовину погружены в воду. Прерывистые звуки они слышат лучше, чем непрерывные. Впрочем, разные виды земноводных слышат по-разному, так что какие бы то ни было обобщения здесь затруднительны. Однако несомненно, что обстоятельное изучение органов слуха животных и прежде всего слухового аппарата человека будет способствовать созданию электронных систем, обладающих принципиально новыми свойствами.
Уже одно достижение такой чувствительности у приборов, улавливающих звук, какой характеризуется человеческое ухо, безусловно, имело бы огромное значение для разработки целой гаммы важнейших научно-технических приборов и устройств. Ведь энергетический порог чувствительности нашего уха в 10 раз выше, чем у глаза! Об исключительно высокой чувствительности слухового анализатора человека можно судить по следующим данным. Люди с острым слухом воспринимают звук при звуковом давлении в слуховом проходе, примерно равном 0,0001 дин/см2, что соответствует перемещению элементов улитки уха на величину порядка 10-11 см. Это в 1000 раз меньше диаметра атома водорода! Разрешающая способность человеческого уха также весьма велика. Достаточно сказать, что люди с хорошо развитым слухом могут отличить звук частотой 1000 гц от звука частотой 1001 гц. Отсюда следует, что чувствительность уха человека близка к абсолютной границе различения. Добиться подобной чувствительности технических приборов и систем было бы весьма полезным.
В последнее время в ряде стран получили широкий размах исследования так называемого квазислухового опознавания, имеющие целью создание устройств, моделирующих слуховой аппарат. Исследования органов слуха проводятся главным образом в следующих направлениях:
механизм обработки акустической информации;
акустические сервомеханизмы;
конструктивные особенности органов слуха.
Кроме того, проводится математическое моделирование органов слуха. Некоторые устройства, воспроизводящие функции органов слуха, уже созданы и испытаны. Так, в Лейденском университете в связи с исследованием механизма восприятия звуков человеком разработана электронная модель уха (в виде системы фильтров), воспроизводящая частотные характеристики уха. Моделирование позволило уточнить механизм слуха и, в частности, объяснить такие явления, как восприятие тембра и звуков в их динамике. Одна зарубежная фирма создала электронную модель уха, обеспечивающую, подобно человеческому уху, различение слабых сигналов на фоне шумов за счет корреляционного процесса. Другая разработала модель внутреннего уха, где используются аналоги нейронов — нейромимы.
Интересная разработка выполнена сотрудниками Ленинградского электротехнического института связи имени проф. Бонч-Бруевича. Они создали систему, получившую название "электронное ухо". Электронный прибор определяет, насколько хорошо звучат музыкальные инструменты. Для оценки качества звучания гитары устройству требуется меньше минуты, тогда как весьма компетентный экспертный совет затрачивает на это несколько часов. "Электронное ухо", как опытный педагог-музыкант, выводит инструменту "отметку" по пятибалльной системе.
