Существует также другой любопытный пример возникновения звука, когда трубка удерживается над струей воспламененного водорода, выходящего из капиллярной трубки в склянке.
Звучащие тела распространяют свои движения во все стороны, прямо вперед, посредством последовательных сгущений и разрежений, так что звук устремляется во всех направлениях — назад и вперед, вверх и вниз, и со всех сторон; импульсы продолжают следовать друг за другом, подобно кругам на потревоженной воде.
Звуки отличаются друг от друга как по тону, так и по интенсивности: по тону они делятся на высокие и низкие; по интенсивности — на громкие и тихие, или сильные и слабые. Тон звука зависит от скорости, с которой совершаются вибрации, ибо чем больше число вибраций за данное время, тем выше будет тон, и напротив, чем меньше число, тем ниже он будет. Тон звука не изменяется от расстояния уха до звучащего тела; но интенсивность или сила любого звука зависит от силы, с которой волны воздуха ударяют в ухо; и эта сила различна на разных расстояниях; так что звук, очень громкий, когда мы находимся близко к производящему его телу, будет слабее, если мы находимся дальше от него, хотя его тон не претерпит никаких изменений; а расстояние может быть столь велико, что мы вообще не услышим его. Было доказано, что интенсивность звука на разных расстояниях от звучащего тела обратно пропорциональна квадрату расстояния.
Звук движется с одинаковой скоростью на всех расстояниях от звучащего тела, иначе он не производил бы одинаковый тон на всех расстояниях. Звуки разных тонов также движутся с одинаковой скоростью. Это очевидно из того, что перезвон колоколов слышится в том же порядке, в каком они звонят, независимо от того, находимся мы близко или на расстоянии.
Обнаружено также, что звуки одинакового тона, но разной интенсивности распространяются с одинаковой скоростью. Тихий звук, правда, нельзя услышать на таком же расстоянии, как громкий; но звуки, будь они тихими или громкими, дойдут за равное время до любого равного расстояния, на котором оба они могут быть услышаны. Грохот пушки не движется быстрее и не преодолевает заданное пространство скорее, чем звук музыкальной струны.
Основной причиной затухания звука является отсутствие совершенной упругости в воздухе: из-за этого каждой последующей частице не передается полностью движение предыдущей частицы, как это происходит с равными и абсолютно упругими телами; следовательно, чем дальше распространяется движение, тем сильнее уменьшается скорость движения частиц; сгущение воздуха также уменьшается, а следовательно, уменьшается и его воздействие на ухо. То, что отсутствие идеальной упругости воздуха является главной причиной затухания звука, следует из того факта, что звуки воспринимаются отчетливее при преобладании северных и восточных ветров, в каковые периоды воздух сух и плотен, что видно по гигрометру и барометру; и, разумеется, воздух в таком состоянии должен быть более упругим, поскольку пары, рассеянные в атмосфере, если только они не разбавлены сильным теплом, уменьшают упругость воздуха.
То, что звук распространяется не на любые расстояния мгновенно, а требует ощутимого времени для своего перехода из одного места в другое, очевидно при удаленном выстреле из ружья; ибо звук выстрела слышен лишь спустя некоторое время после того, как замечена вспышка. Свет движется гораздо быстрее звука; он приходит от солнца за восемь минут, что составляет 74 420 лига в секунду; так что скорость света можно считать мгновенной на любом расстоянии на земле; а поскольку звук тратит на свой путь значительное время, интервал между вспышкой и выстрелом ружья показывает расстояние, которое он проходит за определенное время, составляющее, как обнаруживается, 1142 фута в секунду; так что если между моментом, когда мы видим вспышку, и моментом, когда слышим выстрел ружья, проходит три секунды, оно должно находиться на расстоянии 1142 ярдов.
Из экспериментов, проделанных в разное время различными философами, мы можем извлечь следующие результаты. Во-первых, средняя скорость звука составляет одну милю примерно за 4 3/4 секунды, или 1142 фута в секунду времени. Во-вторых, все звуки, будь то слабые или сильные, имеют одинаковую скорость. В-третьих, звук проходит равные пространства за равные времена от начала до конца.
Тон музыкальной струны или колокола кажется непрерывным. Это зависит от закона восприятия, упоминавшегося ранее, а именно: впечатления, производимые на любые органы чувств, исчезают не сразу, а сохраняются некоторое время; и мы слышим звук непрерывным от этих вибраций по той же причине, по которой мы слышим его непрерывным, когда проводим палкой быстро вдоль рельса или пером по зубьям гребенки; вибрации следуют друг за другом настолько быстро, что мы слышим последующее до того, как затухнет эффект предыдущего; хотя должно быть очевидно, что впечатление, производимое каждым импульсом или волной воздуха, совершенно отчетливо и обособленно.
Акт объединения звуков таким образом, чтобы они были приятны для слуха, называется музыкой. Это искусство обычно делится на мелодию и гармонию. Благозвучная последовательность звуков называется мелодией; но когда два или более звуков производятся вместе и доставляют приятное ощущение, этот эффект называется гармонией. Когда два звука производятся вместе и доставляют удовольствие органу слуха, этот эффект называется созвучием, или конкордом; но когда производимое ощущение является резким или неприятным, оно называется диссонансом. Эти различные эффекты, по-видимому, зависят от совпадения вибраций двух струн и, следовательно, от совпадения импульсов, которые они возбуждают в воздухе. Когда струны одинаково натянуты и имеют одинаковую длину и толщину, их вибрации всегда совпадают, и они производят столь похожие друг на друга звуки, что это называется унисоном, который является наиболее совершенным созвучием. Когда одна струна имеет лишь половинную длину по сравнению с другой, вибрации совпадают при каждом втором колебании более короткой струны: это производит сложный звук, который более приятен для слуха, чем любой другой, за исключением унисона; эта нота при сравнении с тоном, производимым более длинной струной, называется ее октавой, потому что интервал между двумя нотами так делится музыкантами, что от одной до другой они насчитывают восемь различных тонов.
Если струны соотносятся по длине как два к трем, совпадение импульсов будет происходить реже, а именно при каждом третьем колебании более короткой струны, и созвучие будет менее совершенным. Это образует то, что называется квартой или квинтой [прим: в тексте пятой]. Чем реже совпадают вибрации, тем менее совершенным будет созвучие или тем меньше удовольствия оно доставит сознанию; до тех пор, пока вибрации не станут совпадать так редко, что звук, производимый обеими струнами одновременно, станет резким и неприятным, и будет называться диссонансом.
Эффекты музыки на разум, сила, с которой она трогает сердце, затрагивает страсти и возбуждает то высочайшую радость, то глубочайшую меланхолию, зависят от мелодии. Простая мелодия трогает как невежд, так и людей, сведущих в музыке. Удовольствия, проистекающие из гармонии или комбинации звуков, являются приобретенными, а не естественными. Ее радости суть результат опыта и познаний в музыке; музыка представляет собой источник невинного и неисчерпаемого наслаждения, но ее эффекты различны у разных людей: одни обожают ее до исступления, в то время как другие слушают сладостнейшие мелодии с апатией, граничащей с равнодушием. Предполагается, что это зависит от музыкального слуха, который дается природой не каждому. Причина этого различия вовсе не очевидна. Она не зависит от тонкости слуха, ибо есть полуглухие люди, которые испытывают величайшее наслаждение от музыки, в то время как другие с очень острым слухом не имеют к музыке никакого вкуса. В некоторых случаях, как мне кажется, музыкальный слух приобретался там, где первоначально он не наблюдался.
Сила звука увеличивается благодаря отражению от многих тел, особенно таких, которые являются твердыми или упругими и которые принимают волны или импульсы воздуха и отражают их обратно; эти отраженные импульсы, ударяя в ухо вместе с исходными, усиливают первоначальный звук. Отсюда проистекает то, что голос говорящего звучит громче и слышнее в комнате, чем на открытом воздухе. Я сказал, что эти отраженные звуки проникают в ухо одновременно с оригиналом: однако это не совсем так, ибо они должны попадать в ухо после оригинала, поскольку звуку приходится преодолевать большее расстояние; но они проникают в ухо так быстро после оригинала, что наши чувства не могут заметить разницу. Если же отражающее тело расположено на таком расстоянии, что отраженный звук попадает в ухо через значительное или ощутимое время после оригинала, будет слышно эхо или отчетливый звук.
Из экспериментов следует, что ухо опытного музыканта способно различать лишь такие звуки, которые следуют друг за другом с частотой девять или десять в секунду, или с меньшей частотой; и поэтому, чтобы у нас было четкое восприятие прямого и отраженного звука, между ними должен быть интервал по меньшей мере в 1/9 секунды; но за это время звук проходит сто двадцать семь футов, и следовательно, если пространство между звучащим телом и отражающей поверхностью в сумме с расстоянием между отражающей поверхностью и ухом не превышает ста двадцати семи футов, никакого эхо слышно не будет, поскольку отраженный звук попадет в ухо слишком быстро после оригинала, так что разницу невозможно будет различить; и потому он послужит лишь для усиления первоначального звука.
Из сказанного очевидно, что для того, чтобы человек мог услышать эхо собственного голоса, он должен стоять на расстоянии по меньшей мере шестидесяти трех или шестидесяти четырех футов от отражающего препятствия, дабы звук успел пройти не менее ста двадцати семи футов, прежде чем дойти до его уха, иначе он не сможет отличить его от первоначального звука.
Но хотя первые отраженные импульсы могут не производить эха как из-за их малочисленности, так и из-за слишком быстрого возвращения в ухо, тем не менее должно быть очевидно, что отражающая поверхность может быть сформирована так, что импульсы, достигающие уха после двух или более отражений, пройдя сто двадцать семь футов или более, прибудут в ухо в достаточном количестве для образования эха, даже если расстояние от отражающей поверхности до уха меньше предела эха. Примером тому служат отзвуки, которые мы слышим в некоторых пещерах или гротах.
Орган слуха более подвержен повреждениям или заболеваниям, чем любое из других чувств, что, впрочем, неудивительно, если учесть, что его структура сложна и состоит из множества мелких частей, легко выходящих из строя.
Иногда он становится слишком чувствительным, и это может происходить либо из-за чрезмерной раздражительности всей нервной системы, что часто наблюдается при истерии, а также при френите и некоторых лихорадках, либо из-за воспаленного состояния самого уха.
Слух ослабевает и часто полностью исчезает; это может происходить по различным причинам, таким как изначальный дефект наружного уха или слухового прохода, либо обоих; наружный слуховой проход часто забивается серой или другими веществами, при удалении которых слух восстанавливается полностью. Глухота также может возникать из-за жесткости барабанной перепонки, вследствие ее эрозии или разрыва, либо из-за непроходимости Евстахиевой трубы. Она может быть следствием паралича или оцепенения слухового нерва, болезненного состояния лабиринта либо болезненного состояния головного мозга и нервов. Существует особая разновидность нервной глухоты, которая наступает внезапно и часто столь же внезапно покидает пациента.
Имеются, однако, различные случаи, в которых барабанная перепонка была разорвана или разрушена без полной потери слуха или какого-либо значительного его ослабления. Рассмотрение этих обстоятельств навело мистера Эстли Купера на мысль о ее перфорации в случаях глухоты, вызванной постоянной непроходимостью Евстахиевой трубы, и он часто выполнял эту операцию с большим успехом. Об этом он сообщил в последней части Философских трудов. Однако эту операцию следует проводить только в случае закрытия Евстахиевой трубы. Случаи такого рода можно отличить по следующим критериям. Если человек при сильном сморкании чувствует распирание в ухе из-за того, что барабанная перепонка выдавливается наружу, труба открыта; и если даже труба закрыта, но биение часов, помещенных между зубами или прижатых к боковой стороне головы, не слышно, операция не принесет облегчения, поскольку чувствительность слухового нерва должна быть утрачена. При закрытой Евстахиевой трубе в голове нет шума, подобного тому, что сопровождает нервную глухоту.
Существует один вид глухоты, который встречается очень часто и обычно наблюдается у пожилых людей, хотя порой случается у хрупких и раздражительных людей в более ранние периоды жизни. Известно, что ее вызывают тревога и душевные страдания. Ее наступление обычно бывает постепенным, пациент слышит то лучше, то хуже; пасмурный день, теплая комната, возбужденное состояние духа или действие страха вызывают значительное ослабление способностей органа. На открытом воздухе слух лучше, чем в замкнутом пространстве; в шумном обществе — лучше, чем в тихом; в движущейся карете — лучше, чем в неподвижной. В ухе часто ощущается пульсация; слышится шум, напоминающий иногда рев моря, а в другое время — звон отдаленных колоколов. Эта глухота обычно начинается с уменьшения секреции ушной серы, что пациент приписывает простуде. Ее можно вылечить, особенно в начале, применением стимуляторов, способных вызвать выделение из церуминозных желез; для чего их следует вводить в наружный слуховой проход.
В некоторых подобных случаях, когда слуховой нерв был в некоторой степени оцепенелым или, быть может, когда наблюдалось нечто вроде паралича или бездействия мышц, которые натягивают барабанную перепонку и поддерживают цепочку косточек в надлежащем состоянии, человек не мог слышать иначе как во время сильного шума. Уиллис упоминает случай с человеком, который мог слышать только тогда, когда рядом били в барабан; и нам рассказывают о женщине, которая не слышала ни слова, кроме тех случаев, когда рядом раздавался звук барабана, и тогда она слышала превосходно. Когда она вышла замуж, ее муж нанял в слуги барабанщика. В подобных случаях шум, вероятно, стимулирует активность оцепенелых мышц, которые затем приводят аппарат в надлежащее для слуха состояние.
ЛЕКЦИЯ VIII. ЗРЕНИЕ. Чтобы должным образом понять теорию зрения, необходимо предварительно изложить анатомическое описание глаза; но я ограничусь столь кратким описанием, скокое достаточно для объяснения производимого им на лучи света воздействия с целью получения четкого зрительного образа предмета.
Форма глаза близка к сферической; он состоит из нескольких оболочек или туник, расположенных одна внутри другой, и наполнен прозрачными жидкостями разной плотности.
Собственные оболочки глаза насчитывают пять штук, а именно: склеру, роговицу, сосудистую оболочку, радужку (или увею) и сетчатку.
После удаления конъюнктивы, или аднаты (оболочки, которая, выстлав веки наподобие эпидермиса, окружает переднюю часть глазного яблока), мы обнаруживаем белую плотную мембрану, называемую склерой, которая берет начало в той части глазного яблока, где входит зрительный нерв, и окружает весь глаз, за исключением небольшой передней части; в этой передней части находится мембрана, называемая роговицей, о которой будет сказано непосредственно ниже. Склера сквозь конъюнктиву образует то, что называется белком глаза. Некоторые анатомы предполагали, что эта оболочка является продолжением твердой мозговой оболочки, окружающей зрительный нерв, однако более поздние наблюдения показали, что это мнение лишена оснований. Склера состоит из двух слоев, которые разделяются с трудом.
Следующей оболочкой является роговица, названная так из-за своего сходства с прозрачным рогом; она берет начало там, где заканчивается склера, и образует переднюю часть глаза. Роговица представляет собой сегмент меньшей сферы, чем остальная часть глаза, и вследствие этого делает его более выпуклым спереди; она прозрачна и прочно соединена своими краями со склерой.
Непосредственно прилегая к склере изнутри, располагается сосудистая оболочка, которая берет начало в той части глаза, где входит зрительный нерв, и сопровождает склеру до места ее соединения с роговицей; здесь она очень тесно соединена со склерой, образуя то кольцо, которое называется ресничным связочным аппаратом; затем, отходя от склеры, она заворачивается внутрь и окружает хрусталик; но поскольку этот круг, охватывающий хрусталик, гораздо уже того места, где мембрана покидает склеру, она красиво гофрируется, каковые складки или гофрировки древние анатомы неправильно называли ресничными отростками.
К той же части сосудистой оболочки, где начинается ресничная связка, прикреплена подвижная и любопытная мембрана, называемая радужкой; в центре этой мембраны имеется отверстие, называемое зрачком, для пропускания лучей света. Радужка состоит из волокон двух видов: одни из них направлены подобно радиусам круга к ее центру, а другие образуют ряд концентрических кругов вокруг того же центра. Зрачок непостоянен по величине, ибо при рассмотрении очень яркого предмета круговые волокна радужки сокращаются и уменьшают его отверстие; напротив, при темных и нечетких предметах эти волокна расслабляются и позволяют зрачку расшириться, чтобы пропустить в глаз большее количество света; считается, что радиальные волокна также способствуют расширению зрачка. Радужка окрашена по-разному у разных людей, но без какого-либо определенного правила; хотя в целом у тех, кто имеет светлые волосы и белый цвет лица, радужка синяя или серая, и наоборот, у тех, у кого волосы и цвет лица темные, радужка темно-карего цвета; однако приводит ли это различие в цвете к какому-либо различию в ощущениях, пока не обнаружено. В человеческом глазу вся сосудистая оболочка и даже внутренняя поверхность радужки (увеи) выстланы черной слизью; эта слизь, или пигмент, как его называют, темнее у молодых людей и становится светлее с возрастом. У многих животных, особенно у тех, которые ловят добычу ночью, этот пигмент имеет яркую окраску; его назначение проявится позже.