Cząsteczki powietrza stale drgają w wyniku wzajemnych zderzeń, wprawiane w ruch przez rozmaite przedmioty i siły. Te ruchy cząsteczek powietrza wywołują lokalne zaburzenia ciśnienia, które rozchodzą się w postaci fali. Są to fale dźwiękowe. Zwierzęta odbierają je za pomocą wyspecjalizowanych narządów słuchu - uszu, a następnie przetwarzają na impulsy nerwowe, przekazujące informacje o dźwiękach do mózgu. Wprawdzie nasze uszy stale odbierają różnego rodzaju fale, ale słyszalne są tylko fale w pewnym zakresie.

Budowa narządu słuchu

Nasz narząd słuchu, czyli ucho składa się z trzech części. Są to: ucho zewnętrzne, ucho środkowe i ucho wewnętrzne.

Ucho zewnętrzne stanowi małżowina uszna oraz przewód słuchowy zewnętrzny. Małżowina działa jak antena, wychwytując fale dźwiękowe z otoczenia i kierując je do przewodu słuchowego. U różnych zwierząt małżowiny uszne mają różne rozmiary i kształty, mogą też być poruszane, w celu lepszej lokalizacji źródła dźwięku. Przewód słuchowy zewnętrzny prowadzi wychwyconą falę do wnętrza ucha i przekazuje na błonę bębenkową, oddzielającą go od ucha środkowego.

Ucho środkowe to niewielka jama w kości skroniowej czaszki, zwana jamą bębenkową. Odchodzi od niej przewód zwany trąbką Eustachiusza. Trąbka łączy jamę bębenkową z gardłem, dzięki czemu w uchu środkowym utrzymywane jest stałe ciśnienie, równe temu, jakie panuje na zewnątrz. W jamie bębenkowej mieszczą się trzy kosteczki słuchowe - młoteczek, kowadełko i strzemiączko. Młoteczek połączony jest z błoną bębenkową i na niego przenoszone są drgania błony powstające pod wpływem fali dźwiękowej doprowadzonej z zewnątrz. Z młoteczka drgania przenoszone są kowadełko, a z kowadełka na strzemiączko. Ostatnia kosteczka słuchowa przekazuje drgania na błonę zamykająca okienko owalne, będące wejściem do ucha wewnętrznego.

Ucho wewnętrzne jest systemem kanałów kostnych, wyścielonych błoną. Te błoniaste przewody tworzą tzw. błędnik. Pomiędzy błędnikiem kostnym a błoniastym znajduje się płynna perylimfą. W całym tym systemie można wyróżnić przedsionek, kanały półkoliste oraz ślimak. Wszystko wypełnione jest endolimfą. W kanale ślimakowym znajdują się komórki zmysłowe wyposażone we włoski czuciowe i połączone z zakończeniami nerwu słuchowego. Stanowią one właściwe receptory dźwięku - narząd Cortiego. Komórki te leżą na błonie podstawnej, która porusza się pod wpływem drgań endolimfy, przekazywanych przez błonę okienka owalnego. Ruch błony podstawnej z komórkami receptorowymi powoduje podrażnienie ich włosków o błonę pokrywową. Podrażnienie włosków z kolei powoduje powstanie impulsu nerwowego w każdym z zakończeń nerwowych i przekazanie go zbiorczym nerwem słuchowym do mózgu. W ośrodkach mózgowych odbywa się przetworzenie sygnału i jego interpretacja - wtedy właśnie słyszymy dźwięk.

W uchu wewnętrznym znajduje się też narząd równowagi. Mieści się on w kanałach półkolistych błędnika. Kanały te są ułożone prostopadle do siebie, a ruch wypełniającej je endolimfy pozwala na określenie pozycji ciała w przestrzeni. W zwierząt również występują narządy równowagi - u meduz na przykład są to statocysty.

Natężenie dźwięków

Natężenie fal dźwiękowych mierzone jest decybelach (dB). Cichy szept ma natężenie 15 dB, hałas ruchliwej ulicy to już około 90dB. Normalna rozmowa to 30 dB. Dźwięki o natężeniu powyżej 100 dB są uciążliwe dla ucha, a 130-140 dB określa się jako próg bólu. Przy takim natężeniu odczuwa się ból, a błona bębenkowa może ulec uszkodzeniu. Długotrwałe narażenie na dźwięki o dużym natężeniu może prowadzić do uszkodzenia słuchu, a nawet głuchoty. Narażeni są np. pracownicy fabryk, gdzie ciągle panuje hałas. Podobnie działa słuchanie głośnej muzyki. Uszkodzenie słuchu może też zostać spowodowane przez jednorazowy, gwałtowny dźwięk o ogromnym natężeniu. Uszkodzenia narządu słuchu mogą powstać w wyniku różnych chorób, np. zakażeń bakteryjnych. Uszkodzona może zostać błona bębenkowa lub wnętrze jamy ucha środkowego, co upośledza funkcjonowanie kosteczek słuchowych. Głuchota może też być wynikiem uszkodzenia nerwu słuchowego, mimo że sam narząd słuchu będzie w dobrym stanie. Naturalne pogorszenie słuchu następuje wraz z wiekiem, ponieważ części kostne stają się bardziej sztywne. Praca kosteczek słuchowych nie jest więc tak sprawna, jak z młodości.

Kiedy zaczyna funkcjonować słuch?

Badania wykazały, że człowiek słyszy jeszcze przez urodzeniem. Narząd słuchu zaczyna funkcjonować około dwudziestego tygodnia życia płodowego, a więc nawet wcześniej niż oczy. Dzieci w łonie matki reagują na dźwięki dobiegające z otoczenia, już wtedy potrafią rozpoznawać głos matki. Po urodzeniu czują się bezpieczniej, gdy matka do nich mówi - wykazano np. że szybciej ssą pierś, słysząc znajomy, matczyny głos. Początkowo noworodki słyszą słabo i nie interpretują dźwięków. Na dźwięki głośniejsze reagują tzw. odruchem MORO - wymachując nóżkami i rączkami. Później szybko uczą się rozpoznawać nowe dźwięki, szczególnie te związane z obecnością matki, a wcześniejsze reakcje odruchowe zanikają. Niemowlęta szybciej się uśmiechają, kiedy słyszą dźwięki związane ze zbliżaniem się matki. W piątym miesiącu życia dziecko rozróżnia już mowę od innych dźwięków, co pozwala na późniejsze rozumienie poszczególnych słów.

Po co nam muzyka?

Słuchanie muzyki sprawia nam przyjemność - to nie ulega wątpliwości. Ale dlaczego? Mieszanina różnorodnych dźwięków, jaką słyszymy codziennie to dźwięki nie łączące się ze sobą w żaden sensowny sposób, chaotyczne, o różnych częstotliwościach i natężeniu. Muzyka natomiast to dźwięki uporządkowane, połączone ze sobą i stanowiące pewną całość. Układ słuchowy reaguje na takie uporządkowanie nawet nieświadomie - któż nie złapał się czasem na tym, że wybija stopą słyszany rytm, ale w ogóle o nim nie myśli? Pozytywnie na uporządkowane dźwięki reagują też dzieci. Dlatego śpiewa się im kołysanki, aby spokojnie zasnęły. Wykazano, że szczególnie kojąco działają na dzieci dźwięki powtarzające się, o niskich częstotliwościach. Obecnie można nawet dostać specjalne nagrania powtarzanych co sekundę dźwięków, które służą na nowoczesne kołysanki. Spokojna muzyka wpływa również pozytywnie na rozwój dzieci - wcześniaki, którym w inkubatorach puszczano muzykę przybierały na wadze szybciej niż inne.

Słuch absolutny - co to jest?

Naprawdę bardzo nieliczni ludzie posiadają tzw. słuch absolutny, czyli zdolność natychmiastowego rozpoznawania wysokości pojedynczego dźwięku. Taka osoba od razu może określić, że to co przed chwilą słyszała to było środkowe "c". Większość ludzi nieobdarzonych tą zdolnością potrafi natomiast bez problemu porównać wysokość dwóch dźwięków - określić, który jest wyższy, a który niższy. Słuch absolutny uważa się za zdolność wrodzoną lub wyuczoną bardzo wcześnie, pod wpływem częstego słuchania muzyki od urodzenia. W późniejszym wieku nie da się nauczyć czegoś podobnego w żaden sposób. Są też ludzie, którzy zdolność rozpoznawania wysokości dźwięków mają upośledzoną. Mówi się o nich, że "słoń im nadepnął na ucho". Praktycznie oznacza to na przykład, że nie są oni w stanie wydać z siebie dźwięków o innej wysokości, niż używane w codziennej mowie.

Efekt "cocktail party" - co to takiego?

Efekt ten polega na zdolności wybiórczego wyłapywania określonych dźwięków z mieszaniny tworzącej harmider. Potrafimy na przykład skoncentrować się na jednej rozmowie, prowadzonej w zatłoczonym pomieszczeniu, mimo że obok toczy się wiele innych rozmów i panuje ogólny hałas. Nasz słuch wychwytuje również dźwięki istotne dla nas z różnych względów - w szumie rozmów zawsze usłyszymy własne nazwisko, nawet gdyby było wypowiedziane bardzo cicho, a nie usłyszymy innych szczegółów tej samej rozmowy. Na tej samej zasadzie matka budzi się zawsze, słysząc cichy płacz swojego dziecka, a nie reaguje na inne dźwięki dobiegające podczas snu. Dyrygent orkiestry z kolei jest w stanie usłyszeć pojedynczą, źle zagraną nutę podczas próby granej przez wiele instrumentów jednocześnie.

Słuch u zwierząt

Słuch to obok wzroku jeden z najważniejszych zmysłów zwierząt. Pozwala namierzyć i upolować ofiarę lub odpowiednio wcześnie ostrzega przed niebezpieczeństwem. Dźwięki pozwalają zlokalizować partnera do rozrodu na podstawie jego głosów godowych oraz służą do porozumiewania się w stadzie (przywoływanie, ostrzeganie itp.). Prawie każde zwierzę reaguje na światło i dźwięk dzięki odpowiednim receptorom. Nawet dżdżownica ucieka do norki, kiedy słyszy kroki wroga lub zostaje oświetlona. Proste receptory dają tylko informacje o obecności bodźca, nie ma jednak możliwości określenia ich dokładnego charakteru. Dokładny obraz świata można otrzymać jedynie za pomocą wyspecjalizowanych narządów zmysłu. W tym przypadku - uszu.

Jak już wiemy, dźwięki rozchodzą się w postaci fal w powietrzu. Powstają jednak wskutek drgań i ruchów cząsteczek stałych - to z nich drgania przechodzą na cząsteczki powietrza lub wody. Większość zwierząt odbiera fale dźwiękowe z powietrza. Niektóre jednak potrafią wychwytywać drgania stałego podłoża. Takimi zwierzętami są na przykład węże. Drgania podłoża odbierane są przez kości szczękowe, mające połączenie z uchem wewnętrznym. Węże doskonale słyszą więc kroki zwierząt przemieszczających się po ziemi, np., gryzoni, nie słyszą natomiast dźwięków o wysokiej częstotliwości, czyli pisków i gwizdów rozbrzmiewających w powietrzu.

Zakres dźwięków słyszanych przez zwierzęta jest bardzo różny. Przykładowo gady i płazy słyszą tylko częstotliwości w wąskim zakresie. Żaby bowiem reagują tylko na odgłosy godowe innych żab. Dźwięków o innej częstotliwości nie słyszą. Ptaki i ssaki natomiast słyszą dźwięki w bardzo szerokim zakresie, co jest uzależnione między innymi od wielkości zwierzęcia. Przykładowo wieloryby wydają i odbierają dźwięki o niskich wysokościach, niesłyszalne dla ludzi. W ten sposób mogą się porozumiewać nawet na ogromne odległości, sygnały dźwiękowe bowiem rozchodzą się w wodzie. Nietoperze z kolei posługują się dźwiękami o częstotliwościach wysokich (ultradźwięki), również niesłyszalnych dla ludzi. Pozwala im to na stosowanie echolokacji podczas lotu i polowania w ciemnościach. Są za to niewrażliwe na dźwięki niskie.

Niektóre zwierzęta mają szczególnie dobrze rozwinięty zmysł słuchu. Świetny słuch mają sowy. Płomykówka na przykład polując nocą, opiera się na słuchu, choć widzi w ciemnościach bardzo dobrze. Zmysł słuchu sowy jest wyczulony na ciche szelesty, wydawane przez żerujące w poszyciu lasu drobne gryzonie - myszy, norniki i ryjówki. Uszy sowy są przystosowane do precyzyjnego lokalizowania źródła dźwięku. Ucho prawe jest umieszczone wyżej niż lewe i mogą one niezależnie od siebie się odchylać. Prawe odbiera dźwięki pochodzące z góry, lewe - z dołu. W ten sposób dźwięki te są w każdym uchu słyszane inaczej i mogą być różnicowane. Po zlokalizowaniu kierunku, z którego dobiega dźwięk, sowa bezszelestnie podlatuje do ofiary i atakuje.

Świetny słuch ma także fenek - lis pustynny. Jego małżowiny uszne są ogromne w stosunku do reszty ciała i pozwalają na dokładne wyłapywanie dźwięków. Ponadto ich duża powierzchnia jest przystosowaniem do wypromieniowywania nadmiaru ciepła. Fenek posiada też dość duże ucho środkowe, co również przyczynia się do uzyskania wysokiej jakości słuchu.

Samce komarów są wabione przez samice za pomocą brzęczenia. Dźwięk wydawany jest przez nieustannie bijące skrzydła samicy, z częstotliwością około 600 razy na sekundę. Dźwięk ten przypomina nieco odgłos lecącego w oddali samolotu i jest obecny praktycznie wszędzie w rejonach tropikalnych i arktycznych. Każdy owad brzęczy z nieco inną częstotliwością, toteż samiec może rozpoznawać indywidualnie partnerki. Dźwięk brzęczenia skrzydeł samicy jest odbierany przez narządy Johnstona, zlokalizowane u podstawy czułków samca. W wyniku odbieranych wibracji, czułki samca również zaczynają drgać i "nastawiają" narządy Johnstona na właściwą częstotliwość. Zaobserwowano samce komarów zmylone przez człowieka - próbowały one wlatywać do ust śpiewaków, wydających właśnie dźwięk "c" o skrajnie wysokiej częstotliwości. Komary zbierały się również na neonach, których transformatory wydawały dźwięk o częstotliwości zbliżonej do brzęczenia skrzydeł samicy.