XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние звуковых колебаний на ухо животного
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Исследовательская работа посвящена изучению вопроса: влияние звуковых колебаний на ухо животного и разработки рекомендаций по дрессировке собак.
Исследования показали, что при агрессивных методах дрессировки собак, животные плохо усваивают команды. При использовании свистка в дрессировке, требуется правильная настройка его диапазона звучания.
Актуальность нашего исследования обусловлена созданием рекомендаций по общей дрессировке собак. Если использовать в дрессировке оптимальный тон голоса и правильно настроенный свисток, то собака лучше воспримет озвученные команды.
Цель: узнать эффективно ли использование ультразвукового свистка во время дрессировки собак.
Объектом нашего исследования является процесс восприятия звуковых волн ухом собаки.
Предметом исследовательского проекта является диапазон звуковых колебаний, благоприятно влияющий на общую дрессировку собак.
Задачи:
Изучить методы дрессировки собак с использованием голоса и свистка.
Рассмотреть принцип работы свистка для собак.
Изучить процесс распространения звуковых колебаний в среде.
Рассмотреть процесс влияния звуковых колебаний на ухо животного.
Выполнить эксперимент по влиянию звуковых колебаний на ухо собаки с использованием цифрового датчика с функцией интегрирования.
Представить результаты эксперимента в наглядном виде.
Сформулировать рекомендации по общей дрессировке.
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
В нашем проекте мы разберём, что такое дрессировка собак, на какие основные методы она делится, как используют и как помогает ультразвуковой свисток в процессе дрессировки.
1.1 Дрессировка
Дрессировка животных - это воздействие человека на животного для того, чтобы тот подчинялся его указам и исполнял команды. Чаще всего дрессура применяется к собакам, потому что они более послушны и из них проще сделать помощников для человека. Воспитываю собак: охранных, спасательных, сторожевых, собак-поводырей и других.
Для начала мы рассмотрим основные четыре метода дрессировки собак:
Механический метод основывается на физическом воздействии человека на собаку (лёгкие удары, натяжение ошейника и т.д.);
Вкусопоощрительный метод для закрепления команды используется «лакомство»;
Контрастный метод является смешение двух предыдущих методов. Физическое воздействие побуждает собаку исполнить команду быстрее, а поощрение собаки улучшает запоминание этой команды;
Подражательный метод больше используется для щенков, чтобы показать им как работает команда (например, команда «голос», человек сам производить звук, тем самым прося щенка повторить за ним). [7]
Все эти методы достаточно эффективны и постоянно применяются. Может ли использование ультразвукового свистка помочь, облегчить дрессировку? В нашей проектной работе мы рассмотрим звук как физическое явление, вызванное колебательными движениями частиц воздуха, воспринимаемое человеческим ухом, а затем перейдём к изучению ультразвукового свистка.
1.2 Звук
Звуковая волна - это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества.
Рассмотрим основные характеристики звуковой волны:
Скорость распространения звуковой волны
Зависит от среды, в которой эти колебания распространяются. На неё влияют упругость среды, ее плотность и температура. Чем выше температура среды, тем в ней больше скорость звука. Таким образом, время, через которое слушатель начинает воспринимать звуковые колебания, зависит от его удаленности от источника звука, а также от характеристик среды, в которой распространяется звуковая волна. Надо заметить, что скорость распространения звука почти не зависит от частоты звуковых колебаний. Это означает, что звук воспринимается именно в той последовательности, в какой он создается источником[1].
Частота звуковой волны
Показывает количество периодов колебания звуковой волны за одну секунду и измеряется в Герцах. Чем выше частота, тем больше периодов колебания делает волна. Соответственно, чем выше звук, тем больше колебаний [2].
Громкость и высота
Диапазон слухового восприятия человека включает высоту звуков (высокий или низкий звук) и громкость. Высота измеряется в герцах (Гц), громкость – в децибелах (дБ). Для нормально слышащего человека диапазон слухового восприятия начинается на низких частотах, около 20 Гц. Это примерно соответствует самой низкой педали органа с лабиальными трубами. На другом конце диапазона находится самая высокая частота, которая не вызывает дискомфорта, на уровне 20,000 Гц. В то время как частоты от 20 до 20 000 Гц являются границами диапазона слухового восприятия человека, наш слух наиболее восприимчив в диапазоне 2000 - 5000 Гц [4].
1.3 Ультразвуковой свисток
Одной из профессиональных сфер использования ультразвука является дрессировка собак. Ультразвук - это волны продольного вида с частотой колебаний более 20000 Гц. Дрессировщики используют ультразвуковые свистки, потому что ультразвук хорошо слышим собаками, и почти не воспринимается человеком, поэтому ультразвуковые свистки часто используют для подзыва животных. Изучение и отработка команд со свистком более предпочтительны, так как тон голоса человека может меняться в зависимости от некоторых факторов. Звук, издаваемый свистком для собак, остается неизменным, и животное всегда воспринимает его так, как надо [3].
Специальный ультразвуковой свисток выполнен из прочной нержавеющей стали и алюминия. Длина составляет 6 см. Особенно актуально его использование в условиях, когда нет возможности подавать сигналы голосом из-за большой удаленности собаки. Самое большое расстояние, с которого собака может услышать ультразвук, 450 метров. [3].
Как работает ультразвуковой свисток?
Самая простая конструкция представляет две загнутых и спаянных между собой полоски жести. Однако свисток, который мы можем приобрести в зоомагазине, имеет цилиндрическою форму. Цилиндр играет роль резонансной полости, проходя через которую воздух вызывает звуковые колебания. Их частота завит от размеров полости и сопла, через которое вдувается воздух.
Современные свистки могут менять тональность. Сигналы разной тональности можно использовать как команды, добиваясь от собаки желаемого поведения. [8]
Ультразвуковой свисток представлен в приложениях на рисунке №1. Простой свисток так же представлен в приложениях на рисунке №2.
1.4 Ухо человека
Для более лучшего изучения процесса восприятия звуковых колебаний, мы сначала рассмотрим строение человеческого уха, а затем рассмотрим строение уха собаки.
Ухо - сложный вестибулярно-слуховой орган, который выполняет две функции: воспринимает звуковые импульсы и отвечает за положение тела в пространстве и способность удерживать равновесие. Это парный орган, который размещается в височных костях черепа, ограничиваясь снаружи ушными раковинами.
Подробное строение человеческого уха представлено в приложениях на рисунке № 3.
Ухо человека воспринимает звуковые волны длиной примерно от 20 м до 1,6 см, что соответствует 16-20000 Гц (колебаний в секунду). Орган слуха и равновесия представлен тремя отделами: наружным, средним и внутренним ухом, каждый из которых выполняет свои конкретные функции.
Наружное ухо является звуковым локатором, через который звуковые волны предаются дальше во внутреннюю часть слухового аппарата. Значение ушной раковины у человека намного меньше, чем у животных, поэтому у человека она практически неподвижна. Но вот многие звери, поводя ушами, способны гораздо точнее, чем человек, определить нахождение источника звука.
Складки человеческой ушной раковины вносят в поступающий в слуховой проход звук небольшие частотные искажения, зависящие от горизонтальной и вертикальной локализации звука. Таким образом мозг получает дополнительную информацию для уточнения местоположения источника звука.
Продолжение ушной раковины является хрящ наружного слухового прохода, длина которого в среднем составляет 25-30 мм. Хрящевая часть слухового прохода переходит в костную, а весь наружный слуховой проход выстлан кожей, содержащей серные железы. Этот проход заканчивается барабанной перепонкой, которая и отделяет его от среднего уха. Уловленные ушной раковиной звуковые волны ударяются в барабанную перепонку и вызывают ее колебания, которые, в свою очередь, передаются в среднее ухо.
Основной частью среднего уха является барабанная полость - небольшое пространство объемом около 1 см³, находящееся в височной кости. Здесь находятся три слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко - они передают звуковые колебания из наружного уха во внутреннее, одновременно усиливая их.
Слуховые косточки - как самые маленькие фрагменты скелета человека, представляют цепочку, передающую колебания. Рукоятка молоточка тесно срослась с барабанной перепонкой, головка молоточка соединена с наковальней, а та, своим длинным отростком - со стремечком. Основание стремечка закрывает окно преддверия, соединяясь таким образом с внутренним ухом.
Из трех отделов органа слуха и равновесия наиболее сложным является внутреннее ухо, которое из-за своего сложного устройства называется лабиринтом. В костном лабиринте находится улитка, заполненная лимфатическими жидкостями. Внутри улитки находится перепончатый канал, также заполненный жидкостью, на нижней стенке которого расположен рецепторный аппарат слухового анализатора, покрытый волосковыми клетками. Волосковые клетки улавливают колебания жидкости, заполняющей канал. Каждая волосковая клетка настроена на определенную звуковую частоту, причем клетки, настроенные на низкие частоты, располагаются в верхней части улитки, а высокие частоты улавливаются клетками нижней части улитки. [6]
1.5 Ухо собаки
Строение уха собаки представлено в приложениях на рисунке №4.
Удивительно знать, что ухо собаки в состоянии воспринимать звуки в четыре раза быстрее, чем ухо человека. Кроме того, оно, благодаря своей структуре, способно улавливать ультразвуки вплоть до 40000 Гц!
Уши могут быть разного вида в зависимости от породы собаки. Но у всех пород есть так называемое высокочастотное ухо, которое может слышать те звуки, которые обычный человек никогда не услышит. Различают наружное ухо (его форма различается у разных пород), среднее и внутреннее ухо. Именно внутреннее ухо включает в себя перепончатые лабиринты, которые и являются рецепторами слуха.
Среднее ухо состоит из барабанной перепонки и барабанной полости, где расположены три важных слуховых элемента: молоточек, стремечко и наковальня. Они выполняют функцию рычагов в нелегком слуховом механизме передачи звуков. Три элемента соединены друг с другом так, что при попадании звука в ушную раковину, они производят вибрации, переходящие затем в барабанную перепонку. Наружным ухом является ушная раковина. Она выполняет функцию улавливание звуковых колебаний.
В целом собачий слуховой аппарат сходен по своему строению с человеческим. Но тем не менее, собака слышит в несколько раз лучше, чем человек. Дело в том, что у собаки слуховой канал намного длиннее, чем у человека. Барабанная полость также больше. Этот фактор позволяет максимально защитить барабанную перепонку и обеспечить уникальную остроту слуха у собаки.
Стоит заметить, что размер ушей также влияет на качество восприятия звуков. Чем длиннее и шире ухо, тем лучше у собаки слух. Интересно, что размер самой собаки тоже может влиять на слуховое восприятие. Маленькие породы более восприимчивы к звукам, в то время как собаки большого размера имеют менее чувствительный слух [5]. Удивительно, но есть звуки, которые не могут слышать даже люди с безупречным слухом. Мы не можем улавливать звук собачьего свиста, но собака может, потому что у собак слуховой диапазон гораздо шире, чем у людей. Более низкие частоты, например, рев ветряной турбины, также находятся вне диапазона слухового восприятия и воспринимаются как вибрации, а не звуки.
В нашей проектной работе мы планируем провести эксперимент по оценке влияния звуковых колебаний на ухо собаки с использованием цифрового датчика звука с функцией интегрирования.
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Наша задача состояла в том, чтобы лучше разобраться как нужно дрессировать собаку, и какие методы следует использовать. Например, каким тоном голоса учить собаку, нужно ли использовать какие-либо дополнительные устройства, такие как ультразвуковой свисток, для более улучшенного обучения. Поэтому мы решили провести эксперимент: измерять частоту и громкость звука, а затем смотреть как собака будет реагировать на разные звуковые устройства и тоны голоса.
Для проведения эксперимента нам понадобилось следующее:
Цифровой датчик звука с функцией интегрирования
Программа «Практикум»
Ультразвуковой свисток для собак
Свистулька
Гитара
Колокольчик
Ход эксперимента:
Цифровой датчик мы подсоединили к компьютеру и подключили к программе «Практикум»;
Затем мы воспроизводили звук из каждого звукового устройства (ультразвуковой свисток и т.д.) на протяжении 10 секунд;
Далее мы измеряли громкость и частоту звука;
Потом снова проводили те же эксперименты, только теперь мы наблюдали реакцию собаки на каждый звук;
В конце мы заносили в таблицу №1 результаты наших измерений и описывали реакцию собаки на эти звуки.
Таблица №1
|
Тип звукового сигнала |
Звук в дБ |
Частота в Гц |
Реакция пса |
|
|
Гитара |
63,189 |
464,625 |
451,35 |
Испуг, страх |
|
Свисток |
64,049 |
470,9485294 |
457,4928571 |
Становился очень внимательным, водил ушами, слышит его далеко |
|
Свистулька |
67,0969 |
493,3595588 |
479,2635714 |
Потупил взгляд, звук был неприятен |
|
Колокольчик |
75,4016 |
554,4235294 |
538,5828571 |
Раздражал его |
|
Шёпот |
6,78 |
49,85294118 |
48,42857143 |
Был максимально сосредоточен |
|
Крик |
68,12 |
500,8823529 |
486,5714286 |
Был испуган, ошарашен, взволнован |
В приложениях представлены диаграммы каждого звукового колебания.
Вывод: самая лучшая, внимательная и сосредоточенная реакция собаки была на свисток. Также пёс неплохо среагировал на шёпот. Следовательно, во время дрессировки желательно использовать ультразвуковой свисток и разговаривать с собакой в умеренном тоне.
Пёс, участвующий в эксперименте, небольшого размера и с большими стоячими ушами, породы West-Highland-White-Terrier. То есть, как было сказано ранее, он имеет более чувствительный слух, чем более крупные породы. Мы рекомендуем использовать свисток при обучении собаки.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проектная работа была посвящена оценке эффективности ультразвукового свистка при дрессировке собак. В ходе проектной работы мы изучили методы дрессировки собак, рассмотрели процессы влияния звуковых колебаний на ухо животного и человека. Нами был выполнен эксперимент по влиянию различных звуковых раздражителей на собаку породы West-Highland-White-Terrier. Мы изучили характеристики звуковых колебаний с использованием цифрового датчика звука и обработав результаты эксперимента, сформулировали перечень рекомендаций по дрессировке собак.
Рекомендации по дрессировке собак
Обучение собаки стоит начинать в пустом от людей месте, чтобы внимание собак ничто не отвлекало;
В начале привлеките внимание собаки: можно позвать по имени или использовать свисток. Лучше использовать свисток, потому что его звук собака сможет услышать с более дальнего расстояния, так как мы выяснили, что ухо собаки более восприимчиво к ультразвуку, а его частота составляет 457,5-470,9 Гц;
Не забывайте поощрять собаку;
Всегда разговаривайте с собакой в уверенном спокойном тоне, иначе если вы будете кричать на неё, то она будет вас бояться, а не слушаться. Благоприятный частотный диапазон, когда вы отдаёте команды, составляет от 48,4-49,9 Гц.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Электронный ресурс: http://soundwave.ru/articles/signals/364/ Дата обращения: 15.01.2021
Электронный ресурс: http://soundwave.ru/articles/signals/364/ Дата обращения: 14.01.2021
Электронный ресурс: https://petscage.ru/product/svistok-dlja-sobak-ultrazvukovoj-cvetnoj-5-sm/ Дата обращения: 14.01.2021
Электронный ресурс: https://www.widex.ru/ru-ru/blog/hearing-range Дата обращения: 21.01.2021
Электронный ресурс: https://zoodrug.ru/s/ukho-sobaki-osobennosti-stroeniya-bolezni-ushey-u-sobak.html Дата обращения: 07.02.2021
Электронный ресурс: https://www.zdorovje.ru/artitem/stroenie-uha/ Дата обращения: 16.01.2021
Электронный ресурс: http://kinlib.ru/books/item/f00/s00/z0000018/st042.shtml Дата обращения: 20.04.2021
Электронный ресурс: https://zen.yandex.ru/media/id/5d3ed3f944742600aeefd918/ultrazvukovye-svistki-dlia-sobak--instrument-vospitaniia-i-orujie-5dee4f9174f1bc00b2d99a04 Дата обращения: 26.04.2021
ПРИЛОЖЕНИЯ
Рисунок №1
Рисунок №2
Рисунок № 3
Рисунок № 4
Диаграмма звуковых колебаний «шёпот»
Диаграмма звуковых колебаний «свистулька»
Диаграмма звуковых колебаний «гитара»
Диаграмма звуковых колебаний «колокольчик»
Диаграмма звуковых колебаний «крик»
Рисунок № 10 Диаграмма звуковых колебаний «свисток»
Собака, участвующая в эксперименте
Цифровой датчик звука с функцией интегрирования