31-3 Reč a sluch

31-3 Reč a sluch

Zo sociálneho pohľadu človeka (človek je prevažne sociálny tvor) hrá prvotnú úlohu reč: jedna osoba hovorí, druhá ho počúva. Zvuky reči, hlasy sú vytvárané chvením hlasiviek umiestnených pri dýchacom otvore hrtanu – ďalej sú modifikované rezonanciami ústnej dutiny a lebečnými dutinami. Ak niekto mlčí, štrbina medzi jeho hlasivkami je úplne otvorená, čím je umožnené voľné a ľahké prúdenie vzduchu pri dýchaní. Pokiaľ však osoba začne hovoriť, kričať, či spievať, hlasivky sú (svalmi pripnutými k  chrupavke hrtanu) napnuté, otvor medzi nimi sa zúži, a pôsobením vzduchu prúdiaceho z pľúc sa začnú chvieť. Sila, ktorou svaly hlasivky napínajú, reguluje výšku hlasu.

Hlasy normálnej reči vychádzajúce z úst človeka nie sú čisté hudobné zvuky, aké vytvára ladička. Hlas reči je súhrn mnohých rôznych frekvencií, a zmes týchto frekvencií určuje, či vydávaný zvuk je „á“, „ó“, alebo „r“, či iná hláska. Táto zmes frekvencií sa vytvára pomocou nepravidelných dutín hrdla a úst. Dutiny sú rôzne – sú odlišných veľkostí a sú rôzne rozmiestnené – a niektoré frekvencie zosilnia, iné zase zoslabia.

Nevedomou zmenou veľkosti a tvaru ústnej dutiny niektoré frekvencie zdôrazníme, iné zase potláčame, čím určíme, že aký hlas vydáme.

Vyššie harmonické tóny a úlohu rezonančných dutín vieme ľahko predviesť, ak sa nadýchneme z balónu plneného héliom (a trochu si odkašleme, aby sa hélium dostal aj do menších dutín lebky)⁶, a začneme hovoriť. Náš hlas dostane prímes o  jeden aj pol oktávy vyššie, bude znieť ako detský a skoro nám nebude rozumieť. Základné frekvencie sú nezmenené – tie sú ovládané napínaním hlasiviek, to pri reči nezmeníme – aj formovanie úst a hrdla je rovnaké, aj slová vyslovujeme rovnakým spôsobom, tu teda nie je žiadna zmena vo výške tónu. Aj stojaté vlny vytvárané dutinami sú rovnaké, majú rovnakú vlnovú dĺžku vo vzduchu ako v héliu (o tom rozhodujú rozmery dutín). Aká je však rýchlosť zvuku v héliu? V kapitole 9 (Zvuk) sme videli, že rýchlosť zvuku v plyne závisí od hustoty plynu: čím je hustota nižšia, tým je rýchlosť vyššia. V héliu, ktorý má výrazne nižšiu hustotu než vzduch, je rýchlosť zvuku výrazne vyššia (približne trikrát). Na základe vzťahu

pri tej istej vlnovej dĺžke (λ) vyššia rýchlosť zvuku (v) v  plyne znamená vyššiu frekvenciu (f) zvuku: zvuk je vyšší, vyostrený, aj keď základná frekvencia je rovnaká. Rezonančné dutiny spôsobia, že v reči sa objaví prímes o oktávu a pol vyššie – a ich pomer je prekvapivo vysoký.

Vonkajšie ucho je relatívne zložitý orgán (obr. 31.5). Pozostáva z troch častí: vonkajšie ucho je na jednej strane otvorená komora, ktorou prijímame zvuk, a ktorú na druhej strane uzatvára bubienok. Vonkajšia komora privádza zvuk k ďalším častiam ucha, je teda zvukovod (aj keď nie jediný, lebo samotná lebka tiež prenáša zvuk). Stredné ucho – ktoré je jedným kanálom spojené ústnou dutinou – je sústavou troch vzájomne prepojených kostičiek; tie sú kladivko, nákovka, strmienok (názvy kostičiek boli inšpirované ich tvarom). Vnútorné ucho vytvára veľmi dôležitý orgán slimák (cohlea), ktorý sa skutočne podobá na slimáka, presnejšie na jeho ulitu. Na rozdiel od vonkajšieho a stredného ucha je vnútorné ucho vyplnené kvapalinou, ktorá prenáša zvukové vlny sprostredkované trojicou kostičiek. Na obr. 31.5 vidíme priečny rez jedným závitom slimáka (slimák je ako stočená rúrka, rez je kolmo na „os“ rúrky), a v  reze vidíme tektoriálnu membránu, ktorá beží pozdĺž stočenej rúrky slimáka od ústia až po špičku slináka. Tu sa nachádza aj iná membrána, tzv. bazálna membrána, či základná membrána, ktorá vyzerá ako kefa. Pozdĺž, teda pozdĺž slimákovito stočenej osi, ju obklopujú štetinky v troch vonkajších radách a v jednom vnútornom rade. Tieto vlásočnicové štetinky sú ukončeniami (dendritmi) nervových zväzkov, a sú napojené na oblasť sluchu v mozgu. Membrána, ktorá beží v kanále slimáka dokola mení svoju hrúbku a mení sa aj jej napätie pozdĺž kanála, preto je schopná sa rozkmitať pôsobením zvuku vo veľmi širokej škále frekvencií – každá frekvencia má svoje miesto. V širšom základe slimáka (báza) sa snímajú vyššie frekvencie (vysoké tóny), a čím sa dostávame hlbšie do závitov slimáka, sú snímané nižšie frekvencie (hlbšie tóny), v samotnej špičke (apex) slimáka je snímaná frekvencia najnižšia. Ak sa do ucha dostane presne určený hudobný tón (pozostávajúci z kmitov jedinej frekvencie), pomocou trojice kostičiek sú kmity zo stredného ucha prevedené do vnútorného ucha, kde v kvapaline vzniknú tiež kmity a príslušná časť membrány (tá časť, ktorej vlastné kmity sú rovnaké ako kmity vlnenia) kmitá spolu s kvapalinou, rezonuje, čím dráždi štetinky, nervové ukončenia na príslušnom mieste. Tak sa signál dostane do sluchového centra mozgu. Mozog potom signál spracuje a my skonštatujeme, že „spevák spieva Cis trochu vyššie, než by mal“.

Citlivosť tejto sústavy membrán, pák a rezonátorov je tak citlivá, že by sme tomu ani neverili, pokiaľ by sme to nepočuli na vlastné uši. Ucho je najcitlivejšie na zvuky s frekvenciou okolo 1000 Hz, a na tejto frekvencii počuje aj zvuk, ktorej intenzita (hustota energie) je len 10−12 W/m−2, či 10−16 W/cm2. To, že aká malá hodnota to je, ilustrujme iným spôsobom. Predpokladajme, že zvuk prenáša energiu k uchu v tejto miere. Aká je amplitúda výchyliek molekúl vzduchu dopredu a dozadu pri tomto zvuku? Pomocou jedného spoľahlivého vzťahu (ale zložitého vzťahu, s ktorým sa tu zaoberať nemôžeme) sa dá vypočítať, že amplitúda týchto kmitov je 10−11 m, teda približne 1/40-tina priemeru jednej molekuly vzduchu!