Kriticheskie_urovni_1 (А.В. Жирмунский, В.И. Кузьмин - Критические уровни в развитии природных систем), страница 26

За редкими исключениями, (по одному рубежу для человека, курицы, овцы) рубежи, иа которых происходит пзменеинс тенденции роста, согласованы с критическими границами звена развития для ритмов внешней среды. Абсолютная шкала внешних ритмов, определяемая основными границами звена развития, характеризует большинство критических возрастов, во время которых в развивающихся биологических системах происходят качественные преобразования. Эта шкала описывает ритмы синхронизации движений Солнца, Земли и Луны и определяет изменения характеристик среды, в которой происходят процессы развития на Земле.

Отсюда естественно, что коренные преобразования в развитии биологических систем, формирование стадий их развития и критических явлений, связанных с морфофункциональными перестройками, происходят синхронно с изменениями характеристик внешней среды. В самом деле, адаптация биологических систем к внешним условиям среды требует полного согласования характеристик, синхронности функционирования организма и среды. Следовательно, представления о всеобщей вза- имосвязанности и взаимной 1 обусловленности, природных процессов находят свое количественное подтверждение и проявление.

В последнее время проблема биоритмов и влияния на ннх изменений внешних факторов, в частности климатологических и метеоро- 5 йр 15 г0 25 50 55 40 мсс ат ° о % 15г 50 125 гг0 124 115 -бО 'б -70 105 -ОО О.г 0.51 5 7 10 к/м О.г 05 1 г 5 10«уц логических, вызывает значительный интерес. Однако прн этом, как правило, рассматривают отдельные ритмы, которым уделяют неправомерно большое внимание. В частности, очень повезло 11- летним ритмам солнечной активности по их влиянию на биосферу в результате работ основоположника гелиобиологии Чижевского (1976). Проведено много исследований по околосуточным (циркадным) ритмам в функциональной активности организмов и их систем.

Однако единая система ритмичности, взаимосвязи между ритмами различной длительности, их взаимодействия и взаимные влияния, определяющие функциональную активность систем, выпадают из поля исследования. Имеются работы, в которых делаются эмпирические обобщения данных по ритмам различной длительности, ориентированные на построение шкал ритмов. Но без теоретического модельного осмысления эти результаты не находят распространения, 4.5.

Ритмы восприятия человеком акустических сигналов Возникает вопрос, являются ли ритмы едиными для биологических систем на различных уровнях организации и в связи с этим, насколько применимы результаты, получаемые на одних биологических объектах, к другим объектам. Насонов и его сотрудники измеряли степень окрашиваемости препаратов нервных клеток спинного мозга кроликов и портняжных мышц лягушки при воздействии акустическими сигналами различной частоты (Насонов, 1962). На рис. 47 видно, что максимум окрашиваемости для обоих типов клеток получается в диапазоне частот от 2 до 3.5 кГц независимо от способа окрашивания. Из этих экспериментов был сделан вывод, что действие звука с частотой около 3 кГц вызывает существенные изменения свойств протоплазмы. Ткани уха содержат протоплазму, поэтому можно ожидать изменение чувствительности уха в этом диапазоне частот.

Сопоставление кривых, характеризующих сорбционные свойства мышц лягушки н порогов слышимости уха человека (рис. 48) подтвердило это предположение (Насонов, 1962). Зависимость относительного количества воспринимаемой информации от частоты звукового сигнала приведена на рпс. 49, откуда видно, что максимум семантической (смысловой) информации принимается в пределах полосы частот вблизи 2 — 3 кГц, а смешение в область 8 кГц дает локальный максимум эстетического восприятия. Отсюда исходит осуществляемая в радиоаппаратуре смена диапазонов частот при прослушивании речи и музыки (Линдсей, Норман, 1974).

Особенности восприятия акустических сигналов с частотой в диапазоне 3 — 4 кГц обусловлены и физиологически. Наружный слуховой проход можно представить как трубку, открытую на одном конце и закрытую на другом, которая резонирует, когда длина волны сигнала в 4 раза больше длины трубки. Длина наружного Рпс 47 Зависимость окрашиваемости клеток от частоты дсйствуюшего звука. à — нервные клетки сцннного мозга кролика; 2 — портняжные мышцы лягушки. По оси абсцисс — часто~а, кгц; по оси ординат — изменение связывания красителя.

е )нз: Насонов, 1952, с. 33). Рис. 48. Зависимости окрашиваецосгн мышц лягушки (1) и порогов слышимости уха человека (2) от частоты пействуюшего звука. По оси абсцисс — частота, кгц; по оси ординат: 1 в изменение свЯзываниЯ кРасителЯ, е; 2 в норог слышимости, цб (по: Насонов. ~962. с. 35К слухового прохода у человека около 2.3 см, откуда звуковой резонанс должен находиться на частоте с длиной волны около 9.2 см, т. е. около 3.8 кГц, что подтверждается экспериментально наличием сглаженного пика амплитуды сигнала в наружном слуховом проходе в области от 2 до 5 кГц (Гельфанд, 1984).

Здесь же происходит смена режима переработки сигналов, так как слуховой нерв способен следить за сигналами с частотой до 3 — 4 кГц. При частотах выше 4 кГц регулярный циклический ответ слухового нерва превращается в беспорядочный непрерывный цоток импульсов. За счет этого качество передачи семантической информации на частотах выше 4 кГц резко ухудшается. Имеются критические особенности восприятия акустических сигналов человеком и в других частотных диапазонах. При введении микроэлектрода в слуховой нерв установлено наличие фоновой (спонтанной) активности до 150 импульсов в секунду при отсутствии внешнего сигнала.

При предъявлении чистого звука умеренной интенсивности и высокой частоты и затем медленном снижении частоты фиксируется критическая частота, при достижении которой ответ нейрона усиливается до максимума (рис. 50). Эту зависимость называют кривой настройки, так как здесь находится частота камертона (440 Гц), по которой настраивают музыкальные инструменты. Установленные экспериментально контуры равных громкостей (рис. 51) показывают, что при понижении частоты ниже 1 кГц требуется повышать интенсивность звука для сохранения постоянного уровня слышимости (Линдсей, Норман, 1974). 123 гб (го 60 об 40 440 (гОО )гОО ОООО гк Лдб Имл.

/с 450 (го 90 УдШЫЛО« 600 бР 4600 гц г5 900 400 6РО Гц 124 0 т О.г П.Ч 0.67 г (( 6 20 нГ(( Ряс. 49. Зависимость степени восприятия речи н уровня эстетической реакцнн от частоты акустического сигнала. Па аси абсцисс †часто сигнала, кГц; па аси ординат †степе восприятия речи нв полос> частот (силашиие приеме) н относительный уровень эстетической реакции (штриховые «риеие) (по: Линдсей, Наривп, )974). В ритмах переработки информации, связанных с акустическими сигналами, выделяется ряд частотных диапазонов, на границах которых меняется механизм восприятия.

Гельфанд (1984) приводит зависимость для относительных уровней звукового воздействия и костного пути проведения звука от частоты (рис. 52). Обнаружено, что череп человека при воздействии на него звука с частотой ниже 200 Гц вибрирует как единое целое (Ве)(езу, йозепЬИЬ, 1958). При звуке с частотой около 800 Гц передний и задний отделы костей черепа вибрируют в противофазе друг к другу.

При частоте звука выше 1800 Гц кости головы начинают вибрировать в четырех отделах. Отметим, что приятно звучащие голоса имеют максимальную амплитуду на частотах, где меняются механизмы восприятия акустических сигналов. На рис. 53 приведены данные о спектре мужского голоса (Морозов, 1977); видно, что максимумы интенсивности расставлены регулярно и отмечают приведенные выше частоты (форманты). В женских голосах также выявляются три максимума, соответствующих мужским голосам, однако область осноакого Рнс, 50. Кривая настройки. Объвспенн» в тексте (по: Линдсей, Нориан. )924). гп 400 (РОО 5000 (0000 Гц Рнс.

51. Изолнннн равных слышнмостей прн разных уроннях громкости. По аси абсцисс — частота. пГц! па аси ординат — интенсивность звука, дБ, Салашиие ликии— нзадппнв слишниостя при апределеевои уровне гроияастя,Гатри«аеая линия — порог слыши- мости (по; Линдсей, Норман, )974). Рнс. 52. Относительный уровень звукового воздействия (а) н колебання костей черепа (б) прн действии на лобные костн звуками различной частоты. Па аси абсчисс — частота звука, Гц! ио аси ардииаг — интенсивность звука, дБ (па: Гель. Фанд, !9а4). го Рубеж, й Частота, гц Особенности рубежа 21.6 68.8 160 436 1 180 3 210 8 730 23 700 Акуипичеекий Оиаппупп кГц 126 П5 ГВО 45О ООО г5ОО 4ОООо Гч г ез елеу Рис.

63. Интегрально. статистический спектр мужского голоса (тенор), отражаю- щий его спектральный состав. Р,— основной тон (115-225 Гц), Р,— инзкзя певческая формвнтв (500 — 000 Гц), у,— средняя певческая формвнтв 700-1300 Гц), Р,— верхняя певческая ферменте (2100-3000 Гц). Йизкзя певческая формзнтз придает голосу мягкость и мзсснвиость, высокая в звонкость, «серебрис- тость», легкость и мелодичность. Шкала логарифмическая (по: Морозов. 1977).

тона, располагающаяся на октаву выше, практически совпадает с областью низкой певческой частоты. Средняя частота выражена более четко, чем у мужского голоса, высокая располагается в области от 3 до 3.5 кГц. Отмечается большое влияние на восприятие звука с частотами, не относящимися к воспринимаемому человеком звуковому диапазону, который расположен от 20 Гц до 20 кГц. Периодическая модуляция звука по амплитуде и частоте, которая при правильном ее использовании делает тембр более приятным, называется вибрато. Считают, что вибрато в человеческом голосе является частью механизма, регулирующего частоту. Оптимальной в пении является частота вибрато 6 — 8 Гц. Для контроля высоты звука своего голоса требуется иметь обратную связь, т.

е. слышать свой голос или через воздух, или через кости черепа. Время задержки звука вэтом механизме составляет окало 0.15 с, что соответствует частоте 6.5 Гц, свойственной вибрато человеческого голоса. Проведенная оценка положения критических частот в соответствии со звеном развития показала следующее (Кузьмин, 1984). Для расчета положения критических рубежей определим реперную частоту.