Слуховые ощущения. Раздражителем для органа слуха являются звуковые волны, т. е. продольное колебание частиц воздуха, распространяющееся во все сто­роны от колеблющего тела, которое служит источником звука.

Все звуки, которые воспринимает человеческое ухо, могут быть разделены на две группы: музыкальные (звуки пения, звуки музыкальных инструментов и др.) и шумы (всевозможные скрипы, шорохи, стуки и т. д.). Строгой границы между этими группами звуков нет, так как музыкальные звуки содержат шумы, а шумы могут содержать элементы музыкальных звуков. Человеческая речь, как правило, одновременно содержит звуки обеих групп.

В звуковых волнах различают частоту, амплитуду и форму колебаний. Соот­ветственно этому слуховые ощущения имеют следующие три стороны: высоту звука, которая является отражением частоты колебания; громкость звука, что определяется амплитудой колебания волн; тембр, что является отражением фор­мы колебания волн.

Высота звука измеряется в герцах, т. е. в количестве колебаний звуковой волны в секунду. Чувствительность человеческого уха имеет свои пределы. Верхняя грани­ца слуха у детей — 22 000 герц. К старости эта граница понижается до 15 000 герц и даже ниже. Поэтому пожилые люди часто не слышат высоких звуков, например стрекотания кузнечиков. Нижняя граница слуха человека — 16-20 герц.

Абсолютная чувствительность наиболее высока по отношению к звукам сред­ней частоты колебаний — 1000-3000 герц, а способность различения высоты зву­ка у разных людей значительно варьируется. Наивысший порог различения на­блюдается у музыкантов и настройщиков музыкальных инструментов. Опыты Б. Н. Теплова свидетельствует, что у людей данной профессии способность раз­личать высоту звука определяется параметром в ¹/₂₀ или даже ¹/₃₀    полутона. Это означает, что между двумя соседними клавишами рояля настройщик может слы­шать 20-30 промежуточных ступеней высоты.

Громкостью звука называется субъективная интенсивность слухового ощуще­ния. Почему субъективная? Мы не можем говорить об объективных характери­стиках звука, потому что, как следует из основного психофизического закона, на­ши ощущения пропорциональны не интенсивности воздействующего раздражения, а логарифму этой интенсивности. Во-вторых, человеческое ухо обладает различ­ной чувствительностью к звукам разной высоты. Поэтому могут существовать и с высочайшей интенсивностью воздействовать на наш организм звуки, которые мы совершенно не слышим. В-третьих, существуют индивидуальные различия меж­ду людьми в отношении абсолютной чувствительности к звуковым раздражите­лям. Однако практика определяет необходимость измерения громкости звука. Единицами измерения являются децибелы. За одну единицу измерения взята ин­тенсивность звука, исходящего от тиканья часов, на расстоянии 0,5 м от челове­ческого уха. Так, громкость обычной человеческой речи на расстоянии 1 метра

Наилучшее объяснение природы слуховых ощущений дает резонансная тео­рия слуха Гельмгольца. Как известно, концевым аппаратом слухового нерва явля­ется орган Корти, покоящийся на основной перепонке, идущей вдоль всего спи­рального костного канала, называемого улиткой (рис. 7.7). Основная перепонка состоит из большого количества (около 24 000) поперечных волокон, длина кото­рых постепенно уменьшается от вершины улитки к ее основанию. По резонанс­ной теории Гельмгольца, каждое такое волокно настроено, подобно струне, на определенную частоту колебаний. Когда до улитки доходят звуковые колебания определенной частоты, то резонирует определенная группа волокон основной пе­репонки и возбуждаются только те клетки органа Корти, которые покоятся па этих волокнах. Более короткие волокна, лежащие у основания улитки, реагируют на более высокие звуки, более длинные волокна, лежащие у ее вершины, — на низ­кие.

Следует отметить, что сотрудники лаборатории И. П. Павлова, изучавшие фи­зиологию слуха, пришли к выводу, что теория Гельмгольца достаточно точно рас­крывает природу слуховых ощущений.

Зрительные ощущения. Раздражителем для органа зрения является свет, т. е. электромагнитные волны, имеющие длину от 390 до 800 миллимикронов (милли­микрон — миллионная доля миллиметра). Волны определенной длины вызывают у человека ощущение определенного цвета. Так, например, ощущения красного света вызываются волнами длиной в 630-800 миллимикронов, желтого — волна­ми от 570 до 590 миллимикронов, зеленого — волнами от 500 до 570 миллимикро­нов, синего — волнами от 430 до 480 миллимикронов.

Все, что мы видим, имеет цвет, поэтому зрительные ощущения — это ощуще­ния цвета. Все цвета делятся на две большие группы: цвета ахроматические и цвета хроматические. К ахроматическим относятся белый, черный и серый. К хрома­тическим относятся все остальные цвета (красный, синий, зеленый и т. д.).

Солнечный свет, как и свет любого искусственного источника, состоит из волн различной длины. В то же время любой предмет, или физическое тело, будет вос­приниматься в строго определенном цвете (сочетании цветов). Цвет конкретного предмета зависит от того, какие волны и в какой пропорции отражаются этим предметом. Если предмет равномерно отражает все волны, т. е. он характеризует­ся отсутствием избирательности отражения, то его цвет будет ахроматическим. Если же он характеризуется избирательностью отражения волн, т. е. отражает 

преимущественно волны определенной длины, а остальные поглощает, то пред­мет будет окрашен в определенный хроматический цвет.

Ахроматические цвета отличаются друг от друга только светлотой. Светлота зависит от коэффициента отражения предмета, т. е. от того, какую часть падающе­го света он отражает. Чем больше коэффициент отражения, тем светлее цвет. Так, например, белая писчая бумага, в зависимости от ее сорта, отражает от 65 до 85 % падающего на нее света. Черная бумага, в которую заворачивают фотобумагу, име­ет коэффициент отражения 0,04 , т. е. отражает всего лишь 4 % падающего света, а хороший черный бархат отражает всего 0,3% падающего на него света — его ко­эффициент отражения составляет 0,003.

Хроматические цвета характеризуются тремя свойствами: светлотой, цветовым тоном и насыщенностью. Цветовой тон зависит от того, какие именно длины волн преобладают в световом потоке, отражаемом данным предметом. Насыщенностью называется степень выраженности данного цветового тона, т. е. степень отличия цвета от серого, одинакового с ним по светлоте. Насыщенность цвета зависит от того, насколько преобладают в световом потоке те длины волн, которые определя­ют его цветовой тон.

Следует отметить, что наш глаз обладает неодинаковой чувствительностью к световым волнам различной длины. В результате цвета спектра при объектив­ном равенстве интенсивности кажутся нами неодинаковыми по светлоте. Самым светлым нам кажется желтый цвет, а наиболее темным — синий, потому что чув­ствительность глаза к волнам этой длины в 40 раз ниже, чем чувствительность глаза к желтому цвету. Следует отметить, что чувствительность человеческого глаза очень велика. Например, между черным и белым цветом человек может раз­личить около 200 переходных цветов. Однако необходимо разделять понятия «чувствительность глаза» и «острота зрения».

Остротой зрения принято называть способность различать мелкие и удален­ные предметы. Чем мельче объекты, которые глаз в состоянии видеть в конкрет­ных условиях, тем выше его острота зрения. Острота зрения характеризуется ми­нимальным промежутком между двумя точками, которые с данного расстояния воспринимаются отдельно друг от друга, а не сливаются в одну. Эту величину можно назвать пространственным порогом зрения.

На практике все воспринимаемые нами цвета, даже те, которые кажутся одно­тонными, являются результатом сложного взаимодействия световых волн различ­ной длины. В наш глаз одновременно попадают волны различной длины, при этом происходит смешивание волн, в результате чего мы видим один определенный цвет. Работами Ньютона и Гельмгольца были установлены законы смешивания цветов. Из этих законов два представляют для нас наибольший интерес. Во-пер­вых, для каждого хроматического цвета можно подобрать другой хроматический цвет, который при смешении с первым дает ахроматический цвет, т. с. белый или серый. Такие два цвета принято называть дополнительными. И во-вторых, сме­шением двух не дополнительных цветов получается третий — промежуточный между двумя первыми цвет. Из приведенных выше законов вытекает одно очень важное положение: все цветовые тона можно получить путем смешения трех соот­ветственно выбранных хроматических цветов. Это положение чрезвычайно важ­но для понимания природы цветного зрения.

Для того чтобы осмыслить природу цветного зрения, познакомимся поближе с теорией трехцветного зрения, идея которой в 1756 г. была выдвинута Ломоносо­вым, через 50 лет высказана Т. Юнгом, а еще через 50 лет более подробно разрабо­тана Гельмгольцем. Согласно теории Гельмгольца, предполагается наличие у гла­за трех следующих физиологических аппаратов: красноощущающего, зеленоощущающего и фиолетовоощущающего. Изолированное возбуждение первого дает ощущение красного цвета. Изолированное ощущение второго аппарата дает ощу­щение зеленого цвета, а возбуждение третьего — фиолетовый цвет. Однако, как правило, свет одновременно действует на все три аппарата или по крайней мере на два из них. При этом возбуждение этих физиологических аппаратов с различной интенсивностью и в различных пропорциях по отношению друг к другу дает все известные хроматические цвета. Ощущение белого цвета возникает при равномер­ном возбуждение всех трех аппаратов.

Эта теория хорошо объясняет многие явления, в том числе болезнь частичной цветовой слепоты, при которой человек не различает отдельные цвета или цвето­вые оттенки. Чаще всего отмечается невозможность различить оттенки красного или зеленого цвета. Эта болезнь была названа именем английского химика Даль­тона, страдавшего ею.

Возможность видеть определяется наличием у глаза сетчатки, представляю­щей собой разветвление зрительного нерва, входящего сзади в глазное яблоко. В сетчатке имеются аппараты двух типов: колбочки и палочки (названные так из-за своей формы). Палочки и колбочки являются концевыми аппаратами нервных волокон зрительного нерва. В сетчатке человеческого глаза насчитывается около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек, которые неравномерно распре­делены по сетчатке. Колбочки заполняют центральную ямку сетчатки, т. е. то ме­сто, куда падает изображение предмета, на который мы смотрим. К краям сетчат­ки количество колбочек уменьшается. Палочек же больше на краях сетчатки, в се­редине они практически отсутствуют (рис 7.8).

Колбочки обладают малой чувствительностью. Чтобы вызвать их реакцию, ну­жен достаточно сильный свет. Поэтому с помощью колбочек мы видим при ярком свете. Их еще называют аппаратом дневного зрения. Палочки обладают большей чувствительностью, и с их помощью мы видим ночью, поэтому их называют аппа­ратом ночного зрения. Однако только с помощью колбочек мы различаем цвета, так как именно они определяют способность вызывать хроматические ощущения. Кроме этого, колбочки обеспечивают необходимую остроту зрения.

Бывают люди, у которых не функционирует колбочковый аппарат, и все окру­жающее они видят только в сером цвете. Такая болезнь называется полной цвето­вой слепотой. И наоборот, бывают случаи, когда не функционирует палочковый аппарат. Такие люди не видят в темноте. Их болезнь называется гемералопией (или «куриной слепотой»).

Завершая рассмотрение природы зрительных ощущений, нам необходимо оста­новиться еще на нескольких феноменах зрения. Так, зрительное ощущение не пре­кращается в то же мгновение, как прекращается действие раздражителя. Оно длится еще некоторое время. Это происходит потому, что зрительное возбужде­ние обладает определенной инерцией. Такое продолжение ощущения в течение некоторого времени называется положительным последовательным образом.

Чтобы наблюдать это явление на практике, вечером сядьте возле лампы и на две-три минуты закройте глаза. Затем откройте глаза и в течение двух-трех се­кунд смотрите на лампу, после чего снова закройте глаза и прикройте их рукой (чтобы свет не проникал сквозь веки). Вы увидите на темном фоне светлый образ лампы. Следует отметить, что именно благодаря этому явлению мы смотрим кино, когда мы не замечаем движения пленки из-за положительного последовательного образа, возникающего после засветки кадра.

Другой феномен зрения связан с отрицательным последовательным образом. Суть данного феномена состоит в том, что после воздействия света в течение не­которого времени сохраняется ощущение противоположного по светлоте воздей­ствующего раздражителя. Например, положите перед собой два чистых белых листа бумаги. На середину одного из них положите квадратик красной бумаги. В середине красного квадратика нарисуйте маленький крестик и в течение 20-30 секунд смотрите на него, не отрывая взора. Затем переведите взгляд на чистый белый лист бумаги. Через некоторое время вы увидите на нем образ красного квад­ратика. Только цвет у него будет другой — голубовато-зеленый. Через несколько секунд он начнет бледнеть и вскоре исчезнет. Образ квадратика и есть отрица­тельный последовательный образ. Почему образ квадратика зеленовато-голубой? Дело в том, что этот цвет является дополнительным по отношению к красному цвету, т. е. их слияние дает ахроматический цвет.

Может возникнуть вопрос: почему в обычных условиях мы не замечаем воз­никновения отрицательных последовательных образов? Только потому, что наши глаза постоянно двигаются и отдельные участки сетчатки не успевают утомиться.