Фотоэлектрический щуп

Значительно больших практических результатов добилась тифлотехническая лаборатория НИИД, разработав портативный аппарат конструкции инженера Р. С. Муратова, названный им фотоэлектрическим щупом, или фотофоном. Лаборатория выпустила свой аппарат в нескольких вариантах, приспособленных для разных целей: учебных (работа в классе) и бытовых.

Два из этих аппаратов изображены на рисунках 92 и 93. Наиболее удобным для использования в быту является фотоэлектрический щуп, имеющий вид карманного электрического фонарика. В металлическом корпусе размером 10,5X7x2,5 см заключены оптика, фотосопротивление, телефон, играющий роль генератора звука, и питающая батарейка. Светоприемная линза вставлена в верхнюю стенку корпуса; аппарат включается простым нажатием кнопки.

В школьном образце оптика и фотосопротивление смонтированы в отдельной трубочке — “световоде”, которая имеет сменные насадки с дополнительной оптикой, употребляемыми в разных случаях лабораторной работы в классе.

Рис. 5'3. Фотоэлектрический щуп (школьный)

Прибор реагирует на степень освещенности пространства, в которое он направлен. Если перед фотощупом находится предмет, окрашенный в темный цвет, или слабо освещенное пространство, в нем возникает низкий — гудящий — звук. Если же аппарат направлять на светлоокрашенные предметы или в ярко освещенное пространство, то в нем возникнет звук высокого тона, который будет повышаться все более по мере повышения освещенности пространства или светлоты предметов.

Посредством фотоэлектрического щупа слепые решают много практических задач в быту и на уроках физики, естествознания и некоторых других дисциплин во всех тех случаях, когда за состоянием предметов или явлений или за течением процессов можно наблюдать по различиям или изменениям светлоты окраски или освещенности. В качестве примера можно назвать следующее: определить, включен ли в комнате свет, сколько светильников и где каждый из них находится; отличить черные или темноокрашенные -предметы от белых или светлоокрашенных (нитки, пуговицы); на исписанном листе найти место для подписи; определить уровень жидкости, налитой в стеклянный сосуд; определить состояние облачности; проследить за движением облаков, плывущих по реке предметов (следовательно, определить скорость течения) и мн. др.

Подробные сведения об аппаратах этого рода и о работе с ними можно найти в статье Р. С. Муратова “Компенсация слепоты с помощью тифлоприборов”, “Известия АПН РСФСР”, вып. 90, 1957.

Фотоэлектрический щуп тифлотехнической лаборатории НИИД заслуживает широкого распространения среди слепых.

Акустические аппараты

Ультразвуковой локатор. Науку давно интересовала загадочная способность летучих мышей прекрасно ориентироваться в полете посредством слуха. Будучи ослепленными, эти животные летают, не натыкаясь даже на самые ничтожные препятствия, например на протянутые на их пути нити. Эта загадка была разгадана, когда построили приборы, улавливающие ультразвуковые колебания (неслышимые звуки) и определяющие их частоту.

Оказалось, что летучая мышь в полете издает писк очень высокого тона: она посылает вперед звуковые сигналы до 70 кгц высотой или звуки с частотой колебания до 70—75 тысяч в секунду. Человек, обладающий нормальным слухом, слышит звуки не выше 20 тысяч колебаний в секунду.

Ультразвуки распространяются в пространстве направленным лучом и отражаются даже от самых малых предметов. Летучая мышь слышит такой отраженный звук (эхо) и по нему находит отражающий предмет, например насекомое, которое служит ей пищей.

Ультразвуком широко пользуются и люди, например в эхолоте для измерения глубин океана или в аппарате для обнаружения айсбергов при плавании в тумане. Отраженными звуками достаточно широко пользуются и слепые, когда, например, постукивают тростью по панели или пощелкивают пальцами, чтобы по эху или отзвуку обнаружить предполагаемое препятствие.

С развитием электроники конструкторская мысль занялась решением задачи построения ультразвукового локатора, достаточно простого и портативного, с помощью которого могли бы обнаруживать и избегать препятствия слепые. При этом ученые инженеры не учли той огромной и принципиальной разницы, которая лежит между непосредственным использованием ультразвуков животными и использованием их человеком посредством аппарата. В то время как отраженный звук (эхо) летучими мышами локализуется в совершенно определенной точке пространства, где в данный момент находится отражающий звук предмет, локатор предупреждает человека лишь о наличии некоторого препятствия, не связывая его со всей окружающей обстановкой; да и оповещение происходит посредством звука, слышимого в телефоне, который сам по себе не имеет никакого отношения к отраженному препятствием ультразвуку. А именно это и решает судьбу локатора.

Нам известны схемы ультразвуковых локаторов для слепых, над которыми работали в СССР и США. Этот аппарат чрезвычайно похож на радиолокационную установку— радар. Он включает в себя генератор ультразвука в пределах частот 30—60 тысяч колебаний в секунду (30—60 кгц), выходной и приемные рупоры, звукоприемное и преобразующее ультразвук в слышимый звук устройства и наушный телефон. Были произведены попытки преобразовать ультразвук в тактильные раздражения, но они, как и в случаях с фотолокатором, слепыми были отвергнуты. Опишем здесь конструктивно наиболее законченную американскую модель.

Этот локатор представляет собой металлическую коробку размером 20 X 10 X 8 см весом около трех килограммов, которая носится на лямке через плечо. В ней помещаются передающее, приемное и преобразующее устройства, имеющие 12 ламп, а также и питающая батарея. Излучающий и приемный рупоры смонтированы на одной рамке и имеют вид большого театрального бинокля, соединенного с аппаратом гибким проводом; этот “бинокль” слепой держит в руках, водя им в разные стороны; на ухо слепого надет телефон. В ручке рупоров имеется кнопка электрического вибратора, действующего на указательный палец слепого посредством импульсов слабого электрического тока. Уверенное обнаружение препятствия возможно в пределах четырех метров.

Ультразвуковая система локации обладает теми же недостатками, что и фотоэлектрическая. Этот локатор способен обнаружить нитку, протянутую поперек пути слепого, лишь бы она находилась под прямым углом к звуковому лучу; в то же время он не реагирует даже на гладкую стену, если последняя ориентирована под некоторым углом к лучу. Чрезвычайно путают картину звуки, отраженные от сложной поверхности предмета, а также и звуки иного происхождения, случайно попавшие в приемник аппарата. Последний очень чувствителен и к состоянию атмосферы, что, в частности, вызывает резкие колебания силы звука.

Все эти недостатки, происходящие как от физических особенностей ультразвуковых колебаний, так и от несовершенства Техники, удерживают локаторы этого рода в стадии лабораторных .испытаний и обусловливают отрицательную оценку со стороны слепых.

Будущие исследователи и конструкторы ультразвуковых локаторов для слепых должны учесть все это. Они должны учесть, что более удобными для наших целей являются ультразвуки относительно низких частот, примерно около 30 кгц. Но именно колебания этих частот требуют наиболее громоздких преобразователей звука. Правда, решению этой задачи, вероятно, помогут те же полупроводники. Не подлежит никакому сомнению, что конструкторы должны отказаться от наушного телефона и заменить его костным или, что еще лучше, усилить звук на выходе настолько, чтобы он был слышен непосредственно через воздух. В этом случае аппарат будет мешать только некоторым отвлечением внимания слепого, но вовсе не будет мешать нормальной деятельности слухового анализатора.

Желающих получить подробные сведения о теории ультразвуковых локаторов для слепых отсылаем к статье Слеймейкер Ф. Г. и Мийкер У. Ф. (“Электронике”, май, 1948, вып. 20).

Звуковые импульсные сигнализаторы. Принципиально отличными от ультразвуковых локаторов являются аппараты или приспособления, основанные на прослушивании звуков, доступных непосредственному восприятию человеческого уха. Как уже было упомянуто, слепые достаточно широко пользуются отраженными звуками в процессе 'пространственной ориентировки, применяя для возбуждения звуков различные подручные средства.

Подробный анализ значения отраженных звуков для ориентировки слепых интересующиеся найдут в книге В. С. Сверлова “Пространственная ориентировка слепых” '.

Звуковой фонарик. Этот несложный аппарат сконструирован и построен группой студентов одного колледжа в Нью-Йорке. Он посылает в пространство короткие звуковые импульсы очень высокого тона, эхо которых слышится исходящим из некоторой точки отражающей

поверхности. Эта точка, а следовательно, и отражающий предмет (препятствие) очень точно локализуются в пространстве. Ввиду того, что, как показала практика, звуковой фонарик дал довольно хорошие результаты и представляет определенный интерес, опишем его несколько подробнее.

Аппарат представляет собой диффузор размером 10 см по оси и столько же в диаметре раструба, снабженный ручкой (рис. 94). В фокусе диффузора установлен наушный телефон, в качестве генератора звука самоиндукция телефона в комбинации с конденсатором на 0,002 микрофарада образует резонансный контур, обеспечивающий частоту звука в диапазоне 8 — 15 кгц. Гибкий провод соединяет систему с одноламповым усилителем и питающей батарейкой (типа употребляемых в аппаратах для тугоухих), лежащими в кармане. Звук включается на-

¹ Сверлов В. С., Пространственная ориентировка слепых, Учпедгиз, М., 1951.

жимом кнопки, установленной на ручке диффузора. Схема устройства изображена на рисунке 95.

Чрезвычайно важным является то, что частота колебаний импульсов может произвольно меняться в указанных выше пределах. Дело в том, что чем выше звук, тем более узким, а следовательно, и более направленным является пучок излучаемых аппаратом волн. В данном аппарате звуковой пучок изменяется в пределах 12—30 градусов. Чем уже пучок, тем более он направлен, тем лучше “обшаривать” им пространство, тем точнее локализуются отдельные препятствия. Однако частоты свыше десяти тысяч колебаний в секунду хорошо воспринимаются только людьми, обладающими очень острым слухом. Работа со звуковым фонариком показала, что частотой в 10 кгц слепые могли пользоваться только в том случае, если они не были утомлены и сосредоточенно прислушивались к эху.

Нам кажется, что будет правильнее конструировать локатор с частотами в пределах 5—8 кгц. В нижней части этого диапазона эхо будет слышно без всякого напряжения в обстановке нормальной для населенного пункта, не считая очень шумных перекрестков улиц, но в последних вообще исключена работа с любым локационным устройством. Правда, звуки частот 5—8 кгц будут слышать не только пользующиеся аппаратом слепые, но и посторонние прохожие, однако это, как показал опыт, не является помехой, так как сигналы носят характер коротких импульсов и посылаются лишь время от времени. Идущие впереди слепого или навстречу ему прохожие сами являются для него зондом пространства и прибегать в этом случае к помощи сигнализатора слепому едва ли нужно.

Диффузор рассматриваемого аппарата сделан из алюминия и покрыт картоном. Трансформатор телефона изолирован от металла прокладкой из губчатой резины и картона. Аппарат описан в статье Тверского, Импульсный звуковой сигнализатор для слепых, “Электронике”, ноябрь, 1945, т. 21.

Звуковой пистолет. Автор настоящей книги предлагает звуковой локатор еще более простой конструкции. Приспособление представляет собой укороченный рупор (играющий роль скорее рефлектора), сделанный по типу только что описанного, укрепленный на ручке. Внутри рупора помещен механический генератор звука. Он состоит из плоской пружины с приливом на свободном конце. Спусковой крючок, подобный пистолетному, взводит и освобождает пружинку. Пружинка в момент спуска ударяет приливом по плоскому пустотелому цилиндрику и вызывает звук (щелчок) с частотой колебаний около пяти килогерц и ниже. Эхо такого звука хорошо слышимо на расстоянии нескольких десятков метров и может служить хорошим зондом пространства.

Однако теоретики считают такую конструкцию не приемлемой по следующим соображениям:

а) данная конструкция не может обеспечить необходимого ослабления звукового поля вокруг уха наблюдателя;

б) в связи с этим отраженный звук (эхо) будет сливаться с первоначальным звуком во всех случаях, когда отражающая поверхность будет отстоять от наблюдателя ближе четырнадцати метров. Сведения о препятствиях, находящихся на таком расстоянии от слепого, последнему якобы бесполезны и не нужны;

в) при данной частоте колебаний и данной конструкции рупора не может получиться направленного звука, и эхо будет доноситься из разных точек пространства, где окажутся предметы с благоприятно расположенными отражающими поверхностями;

г) при значительной интенсивности звук будет вызывать нежелательную реакцию со стороны случайных окружающих.

Все эти доводы справедливы по существу, но приводимые в них положения на практике не могут служить помехой для пользования сигнализатором.

В самом деле, наш слуховой анализатор устроен так, что мы в процессе ориентировки одновременно слышим большое число разнообразных звуков,' но воспринимаем их по-разному. Одни из них вовсе выпадают из нашего внимания ввиду их малой значимости, хотя они иногда достаточно интенсивны. Другие — воспринимаются нами синтетически в виде комплексного, единого сигнала. Наконец, третьи — вычленяются нами, иногда как ведущие, несмотря на незначительную их интенсивность, и только в силу их большой жизненной значимости.

Благодаря этим и некоторым другим особенностям психических процессов человека не так уже существенно, что слепой будет слышать звук своего сигнализатора; он просто не будет реагировать на этот звук.

Нет сомнения в том, что звук, отраженный некоторыми близко расположенными предметами, будет сливаться с первичным, почему ясно выраженного эха слепой не услышит. Но натренированное слуховое внимание его всегда вычленит отзвук — ослабленное продолжение первичного звука, как это происходит с отзвуком шагов и других шумов, что особенно характерно для так называемого ощущения или чувства препятствия.

Бесспорным является и то, что посланный слепым сигнал пробудит эхо в нескольких, благоприятно для отражения звука расположенных предметах. Но явится ли это помехой в ориентировке? Совсем наоборот — это доставит слепому некоторые сведения об общей обстановке, что не помешает ориентировке, а улучшит ее.

Что же касается последнего возражения по поводу нежелательной реакции окружающих, то о его несостоятельности было сказано ранее.