110 Â

WIAT

N

AUKI

Listopad 1997

P

ewnego ch∏odnego poranka kilka
miesi´cy temu moje ˝ycie zmieni-
∏o si´ nieodwracalnie. Oko∏o trze-

ciej nad ranem poczu∏em, ˝e potrzàsa
mnà mocno para silnych ràk. Wyrwany
z g∏´bokiego snu spodziewa∏em si´ uj-
rzeç jakiegoÊ szaleƒca uzbrojonego w ma-
czug´ lub siekier´. Zamiast tego zoba-
czy∏em mojà ˝on´. Wyraz jej twarzy by∏
przedziwnà mieszaninà przera˝enia i ra-
doÊci. Gapi∏em si´ na nià, zastanawiajàc
si´ przez chwil´, czy nie postrada∏a zmy-
s∏ów. „Kochanie – wyrzuci∏a z siebie, ner-
wowo wymachujàc przed moimi ocza-
mi krótkim plastikowym pr´cikiem. –
Jestem w cià˝y!”

By∏a to oczywiÊcie wspania∏a nowi-

na. A poniewa˝ oboje jesteÊmy naukow-
cami, wkrótce po uczczeniu tego wyda-
rzenia fili˝ankà goràcej czekolady za-
cz´liÊmy myÊleç o cià˝y Michelle jako
o znakomitej okazji do rozmaitych od-
kryç. Najpierw chcia∏em zmierzyç, o ile
nasze rozwijajàce si´ dziecko do chwili
swego urodzenia zwi´kszy entropi´
WszechÊwiata. WymyÊli∏em nawet pro-
ste doÊwiadczenie: Michelle kàpa∏aby
si´ co pewien czas w izolowanym zbior-
niku z letnià wodà, a ja ka˝dorazowo
mierzy∏bym, po jakim czasie ciep∏o jej
cia∏a ogrzeje wod´. Niestety, ˝ona da∏a
mi doÊç jasno do zrozumienia, ˝e ta fun-
damentalna liczba b´dzie musia∏a po-
zostaç tajemnicà. (Jest to wi´c Êwietny
projekt badawczy dla innej oczekujàcej
dziecka pary naukowców amatorów.)

Michelle zgodzi∏a si´ jednak ch´tnie

wziàç udzia∏ w innych, mniej absorbu-
jàcych eksperymentach. Zaledwie kilka
tygodni temu zmontowa∏em elektro-
niczny stetoskop, który wykrywa naj-
rozmaitsze dêwi´ki wytwarzane we-
wnàtrz ludzkiego cia∏a. Poczàtkowo
myÊla∏em tylko o ruchach dziecka oraz
biciu jego serca. Przyrzàd dzia∏a∏ jed-
nak lepiej, ni˝ si´ spodziewa∏em. Oboje
rejestrowaliÊmy teraz mnóstwo dêwi´-
ków wytwarzanych przez nasze serca,
p∏uca, ˝o∏àdki i jelita, a tak˝e niezwy-
k∏e odg∏osy, których nie sposób przypi-
saç konkretnym organom wewn´trz-
nym. Byç mo˝e naszych czytelników
zainteresuje ws∏uchiwanie si´ w takie
odg∏osy cia∏a w∏asnego czy te˝ ukocha-
nego psa lub kota. Naukowcy ama-
torzy interesujàcy si´ zwierz´tami mor-
skimi prawdopodobnie zechcà prze-
konstruowaç uk∏ad tak, by jak hydro-
fon móg∏ pracowaç pod wodà. W
ka˝dym przypadku do archiwizowania
dêwi´ków zwyk∏y magnetofon b´dzie
wystarczajàcy.

Nasz przyrzàd ∏àczy w sobie osià-

gni´cia techniki osiemnastego wieku
i wspó∏czesnej. Ju˝ od ponad 200 lat
lekarze, nie wykorzystujàc uk∏adów
elektronicznych, wzmacniajà dêwi´ki
wytwarzane wewnàtrz cia∏a, stosujàc
wy∏àcznie prawa akustyki. Niemal ca∏a
energia akustyczna docierajàca do
przedniej cz´Êci stetoskopu o wzgl´d-
nie du˝ej powierzchni jest kierowana

do cienkiej rurki, a nast´pnie – przez
s∏uchawki – do b∏ony b´benkowej w
uszach lekarza. Dzi´ki takiemu ogni-
skowaniu dêwi´ku nat´˝enie s∏ysza-
nego sygna∏u jest tym wi´ksze, im wi´k-
sza jest powierzchnia cz´Êci przedniej
stetoskopu od wewn´trznego przekro-
ju rurki.

Opierajàc si´ na tym zjawisku, mo˝-

na bez trudu zbudowaç praktyczny ste-
toskop, wykorzystujàc niewielki lejek.
Wystarczy umieÊciç jego wlot na klatce
piersiowej badanej osoby. Kiedy przy-
∏o˝ymy ucho do wylotu lejka (nale˝y to
jednak zrobiç ostro˝nie, by nie uszko-
dziç b∏ony b´benkowej), us∏yszymy
doÊç wyraênie odg∏osy serca i p∏uc. Je-
˝eli uzupe∏nimy uk∏ad krótkim kawa∏-
kiem rurki, której jeden koniec na∏o˝y-
my na szyjk´ lejka, a drugi delikatnie
umieÊcimy wewnàtrz kana∏u usznego,
b´dziemy mogli przys∏uchiwaç si´
dêwi´kom wytwarzanym wewnàtrz na-
szego cia∏a.

Dêwi´ki te, wzmocnione ju˝ przez le-

jek, mo˝na odbieraç za pomocà niewiel-
kiego mikrofonu, a nast´pnie przetwa-
rzaç elektronicznie. Wspó∏czesne mi-
krofony dobrej klasy sà bardzo tanie,
a bardziej skomplikowane uk∏ady mo˝-
na samemu zbudowaç za mniej ni˝ 20
dolarów. (B´dziemy potrzebowali prze-
twornika elektretowego, niskoszumne-
go wzmacniacza operacyjnego, przewo-
du ekranowanego oraz kilku ró˝nych
rezystorów i kondensatorów. Zapaleni
majsterkowicze znajdà szczegó∏y w In-
ternecie na stronie Society for Amateur
Scientists.) Znacznie ∏atwiej jest po pro-

NAUKOWIEC AMATOR

Shawn Carlson

Rejestrujemy dêwi´ki ˝ycia

BRYAN CHRISTIE

STETOSKOP ELEKTRONICZNY pozwala rejestrowaç

dêwi´ki wytwarzane wewnàtrz cia∏a.

MIKROFON

PIANKA

stu kupiç ma∏y mikrofon reporterski
przypinany do ubrania. Jest na ogó∏
przystosowany do bezpoÊredniego po-
∏àczenia ze zwyk∏ym magnetofonem
dowolnego rodzaju wyposa˝onym w
gniazdo wejÊciowe typu jack o Êrednicy

1

/

8

cala. Je˝eli magnetofon ma gniazdo

o innej Êrednicy, potrzebna b´dzie odpo-
wiednia przejÊciówka.

Mikrofon mo˝na zamocowaç we-

wnàtrz lejka za pomocà kawa∏ka gumy
piankowej lub podobnego materia∏u.
Przesuwamy nasz przetwornik przez
szyjk´, tak jak to pokazano na sàsiedniej
stronie. Do jego zamocowania zastoso-
wa∏em krótki, cienki pasek gàbki anty-
statycznej. Paskiem kilkakrotnie owinà-
∏em mikrofon. Nast´pnie umieÊci∏em
ca∏oÊç w szyjce lejka w taki sposób, aby
przetwornik znalaz∏ si´ dok∏adnie w
wierzcho∏ku sto˝ka.

Aby sprawdziç uk∏ad, dociskamy

mocno wlot lejka do klatki piersiowej
i w∏àczamy magnetofon. Je˝eli jest to
magnetofon z „wie˝y”, we wzmacnia-
czu ustawiamy regulator wzmocnienia
w pozycji minimalnej. Gdy spróbujemy
nagrywaç dêwi´ki serca i jednoczeÊnie
s∏uchaç ich przez g∏oÊniki, wszyscy sà-
siedzi us∏yszà przeraêliwy pisk spowo-
dowany akustycznym sprz´˝eniem
zwrotnym. Na poczàtku próbowa∏em
uniknàç tego problemu, pos∏ugujàc si´
s∏uchawkami. To by∏ b∏àd. Mikrofon
okaza∏ si´ tak czu∏y, ˝e wychwytywa∏
nawet s∏abe dêwi´ki przenikajàce ze s∏u-
chawek na zewnàtrz i kierowa∏ je z po-
wrotem do wejÊcia wzmacniacza. W re-
zultacie wprost do moich uszu dotar∏
gwizd o wysokiej cz´stotliwoÊci, co
sprawi∏o mi taki ból, ˝e natychmiast
przerwa∏em eksperyment.

Wiele magnetofonów jest wyposa˝o-

nych we wskaênik wysterowania. Je˝e-
li nasz nie ma takiego wskaênika, od-
powiednie wzmocnienie dobiera si´
eksperymentalnie. W tym celu nale˝y
dowolnie ustawiç regulator wzmocnie-
nia, dokonaç kilkusekundowego nagra-
nia, przes∏uchaç je i zmieniç odpowied-
nio ustawienie regulatora. Procedur´ t´
powtarzamy do uzyskania podczas od-
twarzania jak najg∏oÊniejszego, ale jesz-
cze nie zniekszta∏conego sygna∏u.

Niestety nasz mikrofon rejestruje nie

tylko dêwi´ki z wn´trza cia∏a. Wy-
chwytuje równie˝ wszystkie ha∏asy z
otoczenia. Aby poradziç sobie z tym
problemem, stosujemy prosty uk∏ad RC
jako filtr dolnoprzepustowy odcinajàcy
wszystkie sygna∏y o cz´stotliwoÊci
wi´kszej ni˝ w przybli˝eniu 800 Hz
(schemat poni˝ej). Filtr taki nie t∏umi
wi´kszoÊci dêwi´ków wytwarzanych
wewnàtrz cia∏a, pozwala natomiast wy-
eliminowaç çwierkanie ptaków, tràbie-
nie klaksonów i muzyk´ zza Êciany. Mi-
mo ˝e uk∏ad z∏o˝ony z pojedynczego
rezystora i kondensatora b´dzie spe∏-
nia∏ swoje zadanie, kaskadowe po∏àcze-
nie dwóch takich uk∏adów, pokazane
na rysunku, dzia∏a skuteczniej, szcze-
gólnie w pobli˝u cz´stotliwoÊci granicz-
nej filtru. Wszystkie uk∏ady elektronicz-
ne nale˝y umieÊciç w metalowej,
dok∏adnie uziemionej obudowie, a do
po∏àczeƒ sygna∏owych u˝yç przewodu
ekranowanego.

Wyboru cz´stotliwoÊci granicznej fil-

tru (800 Hz) dokona∏em ca∏kowicie arbi-
tralnie. Jej wartoÊç powinna zale˝eç od
zastosowania. Cz´stotliwoÊç graniczna
(wyra˝ona w hercach) prostego filtru
RC jest po prostu odwrotnoÊcià iloczy-

nu rezystancji (w omach), pojemnoÊci
(w faradach) i 2p (6.28).

Bicie serca naszego dziecka nagrywa-

my z Michelle regularnie od poczàtku
lipca. Zauwa˝yliÊmy, ˝e w ciàgu minio-
nych miesi´cy dêwi´k stawa∏ si´ coraz
g∏oÊniejszy. Spodziewamy si´ wkrótce
zwolnienia tempa uderzeƒ, co nast´pu-
je, gdy dziecko roÊnie. (W piàtym mie-
siàcu cià˝y serce dziecka uderza prze-
wa˝nie oko∏o 160 razy na minut´, w
dziewiàtym natomiast – tylko 140.)

PoÊwi´ciwszy tak wiele czasu na

pods∏uchiwanie, jak funkcjonuje rozwi-
jajàcy si´ organizm, odczuwamy szcze-
gólnego rodzaju wi´ê z naszym majà-
cym si´ wkrótce urodziç potomkiem.
DoÊwiadcza tego wielu naukowców, za-
równo profesjonalistów, jak i amatorów
– z˝ywajà si´ g∏´boko z obiektem ba-
daƒ. Cz´sto w∏aÊnie ten osobisty zwià-
zek staje si´ bardzo silnym bodêcem
w osiàganiu ostatecznego celu – zrozu-
mienia. Motywacja do prowadzenia ob-
serwacji jest oczywiÊcie szczególnie sil-
na, gdy ich obiektem jest nasza w∏asna
ma∏a dziewczynka. (Dêwi´ki nie zdra-
dzi∏y nam p∏ci dziecka – ustalono jà
w wyniku rutynowych badaƒ ultraso-
nograficznych).

Aby uzyskaç informacje na temat tego

oraz innych projektów przeznaczonych dla
naukowców amatorów, mo˝na napisaç do
Society for Amateur Scientists, 4735 Clai-
remont Square, Suite 179, San Diego, CA
92117, zajrzeç do Internetu (http://www.
thesphere.com/SAS/), zadzwoniç pod nu-
mer [phone] lub zostawiç wiadomoÊç
pod numerem [phone].

T∏umaczy∏

Tomasz Zmierczak

1 kΩ

1 kΩ

0.2 µF

0.2 µF

Z MIKROFONU

OBUDOWA

METALOWA

DO MAGNETOFONU

PRZEWÓD
EKRANOWANY

U

wy