Файл: Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика.pdf

ж е н н ый в височной

кости, в котором находятся

три связанные

д р у г

с другом

небольшие

косточки: молоточек,

наковальня и стремя. Мо­

лоточек

примыкает

с внутренней

стороны

к барабанной

перепонке,

а стремя — к

овальному окну,

которым

начинается

спиральный

(улиточный)

ход в

височной

кости и к

которому примыкает

е щ е

три полукружных

канала,

относящиеся

к

органу

равновесия .

ствительные нервные окончания слухового органа.

Спиральный

ход разделен вдоль по всей длине двумя

перегородками: рейсне-

ровой мембраной и базилярной (основной)

мембраной .

Б а з и л я р н а я

ковые клетки расположены

в пять рядов вдоль улиточного

хода

(четыре ряда н а р у ж н ы х и один внутренний) .

Чувствительные волоски

заканчиваются в текториальной

мем­

ряется (волокна

ее становятся длиннее) по

мере удаления от

овального

окна.

В верхушечной части, в самом широком

месте

мембраны,

часть

спирального хода, отделенная

рейснеровой

мем­

зываемое геликотермой, соединяется с частью,

находящейся

под

базилярной мембраной (с б а р а б а н н ы м х о д о м ) .

Б а р а б а н н ы й

ход

с противоположной стороны (около овального окна) заканчивается

подходит

евстахиева труба — канал,

соединяющий

полость

сред­

него уха с носоглоткой. Средняя часть спирального

хода

заполне ­

на

жидкостью — эндолимфой, а б а р а б а н н ы й

и вестибулярный

хо­

ды — перилимфой .

Весь слуховой орган (среднее и

внутреннее

ухо) человека

по

наибольшему размеру не превосходит 35—40 мм.

Спиральный

ход

составляет

2 3 / 4

оборота. Развернутый в прямую

линию

он

имел

бы длину всего 32 мм.

1.2.

М Е Х А Н И З М В О З Б У Ж Д Е Н И Я

СЛУХОВОГО

Н Е Р В А

Механизм

передачи звукового

давления

к

нервным

оконча­

ружного

уха, создают переменную

силу давления на

б а р а б а н н у ю

перепонку, которая приходит в колебание под действием

этой

си­

лы и, в

свою очередь, з а с т а в л я е т

вибрировать

молоточек.

Вибра ­

ции молоточка через наковальню передаются

стремени. Это за ­

ставляет

колебаться перепонку в

овальном окне и

через

нее

—

ж и д к о с ть в вестибулярном ходе

(в

части улиточного

хода, отде­

ленной рейснеровой

м е м б р а н о й ) .

Если

давление

на

б а р а б а н н у ю

перепонку меняется

очень медленно,

то

жидкость,

вытесняемая из

мембраны и кортиев

орган остаются

в покое

и ощущения звука

не

возникает.

При

достаточно

высокой частоте

колебаний (от

15—20 Гц

и

выше)

жидкость в

вестибулярном ходе не

успевает

переливаться

ние которого под действием жидкости имеет максимальную

ам­

плитуду. Таким образом, при звуке определенной частоты

сильнее

всего

колеблются волосковые клетки, находящиеся на определен­

ном

месте мембраны, и к а ж д о й частоте звука соответствует

мак­

симальное возбуждение определенных нервных волокон.

1.3.

Т Е О Р И Я С Л У Х А

Крупнейшим физиком и врачом Г. Гельмгольцем было про­

ведено

подробное исследование строения внутреннего уха

и

пред­

л о ж е н а

т а к н а з ы в а е м а я резонансная теория слуха. Согласно

этой

шого

числа резонаторов,

к а ж д ы й из которых отзывается

на

коле ­

бания

определенной

частоты и в о з б у ж д а е т

соответственные

нерв­

ные окончания

слухового

нерва . Д а л ь н е й ш и е исследования

пока­

зали, что волокна основной мембраны

с в я з а н ы

между собой,

и,

кроме того, будучи погружены в жидкость,

имеют большое затуха ­

ние, т а к

что их

отдельные

резонансные

колебания

'.практически

не­

возможны .

Модель возбуждения основной мембраны как целой натянутой

гибкой перепонки, окруженной к а н а л а м и с

жидкостью, была

рас­

смотрена

Г. Бекеши

(1948

г.), который показал, что на такой

мем­

бране

в

зависимости

от

частоты колебаний, сообщаемых

одному

из

к а н а л о в в его начале, образуется в определенном

месте

область

с

колебаниями

большой

амплитуды .

Эта

область

тем

б л и ж е

к

па волокон

будет в о з б у ж д е н а в 'картиево'м органе. Число волоеко-

вых клеток

органа

Корти составляет 24 ООО, а число нервных во ­

локон, отходящих

от них-—3000. Таким образом, число различных

типов

р а з д р а ж е н и й , производимых звуками

в

слуховом органе,

очень

велико. Б л а г о д а р я этому ухо

человека

позволяет

ему раз ­

личать

весьма тонкие особенности

в звуках

по

их силе,

частоте

Экспериментальными исследованиями

удалось

установить

р я д основных

свойств слуха человека

и

некоторых

животных.

П р е ж д е

всего

было

установлено,

что

чувствительность

человече­

ского уха к звуковым

воздействиям

огромна.

Д л я

того чтобы в полной тишине звук с частотой 1000 Гц был

уха

д о л ж н а достигать

всего лишь

2 , 8 4 - Ю - 5 Н / м 2 (0,00029

дин/см 2 )

или

эффективное значение его 2 - Ю - 5 Н/м 2 , что составляет

только

2 - Ю - 1 0

атмосферного

давления .

Интенсивность

соответствующей

плоской

волны в воздухе при этом составит 10~1 2 В т / м 2 . Интересно

заметить, что амплитуда смещения частиц воздуха

при этом

мень­

ше десятой доли радиуса молекулы . Величина случайных

флуктуа ­

ции

силы давления

на

б а р а б а н н у ю

перепонку,

связанная

с

тепло­

вым

молекулярным

движением,

всего в 5—10

раз меньше

силы

д а в л е н и я звука, заметного в полной

тишине. Д л я

человека

с ост­

рым

слухом случайные

флуктуации

л и ш ь немного

н и ж е давления,

ошибочными. В

д а л ь н е й ш е м

определения

порога

слышимости

предпринимались

неоднократно.

Б ы л о

выяснено, что

пороги слы­

шимости, определенные у ряда

людей,

могут

сильно

различаться .

тем,

измерив

его

в определенных

условиях

у

большого

числа

людей.

Такие статистические определения

предпринимались

в

С Ш А

(1938—1939 гг.), Англии (1956—1957

гг.), С С С Р

(1958 г . ) . Н а ос­

новании международного соглашения в качестве

стандарта

при­

нята к р и в а я зависимости порога слышимости от частоты

дл я

чис­

того синусоидального звука, приведенная на рис.

1.2

(кривая

1).

Она соответствует условию, что 50% всех испытуемых имеет

порог

более

низкий

(слух

более острый)

и 5 0 % — порог

более

высокий.

П р и

этом в

качестве испытуемых

используются

лица

в

возрасте

от 18 до 23 лет с заведомо

совершенно здоровыми органами слу­

ха. Кривые 2 ограничивают

область порогов дл я 90% и 10% испы­

туемых.

К а к видно из рис. 1.2,

порог слышимости сильно зависит от

при интенсивности д а ж е

меньшей

Ю - 1

2 Вт/м 2 . В то ж е

время на

частоте

50

Гц

порог

слышимости

в

5• 105

раз,

а

на

частоте

20 000 Гц — в 106

раз выше, чем на частоте 1000 Гц. Ка к бы мы ни

увеличивали интенсивность зву­

ка, на

частоте

выше

20 000

Гц

1

ощущение

звука

не

возникает,

, \

звуки

с

частотой

выше

\\ \

1

і

и

20 000

Гц л е ж а т

за пределами

частот слышимых звуков

боль­

\

ч \

1

\

N .

ш

шинства людей. Точно так ж е

/

дело обстоит со звуками с час­

/V

тотой ниже 16—20 Гц. Счита­

~

г/

ется, что

область

слышимых

1

'

звуков

л е ж и т

в

пределах

20-:--

0,02 0,05

0,1 02 0,5

I .

2

5 10 Ыц

20 000 Гц.

ІРЛС. 1І.2. Кривая порога слышимости:

Механические

колебания

и

— стандартный

порог;

волны

в

газах,

жидкостях

и

ницы порогов слышимости для 10% и 90%

твердых телах с частотой

н и ж е

всех испытуемых

20 Гц

по аналогии с электромагнитными

Еолнами,

имеющими час­

инфракрасным .электромагнитным излучением, называются

инфра­

звуками,

а механические

колебания и волны в различных

средах,

имеющие

частоты выше 20 000 Гц,

называются

ультразвуками

(сравни ультрафиолетовое излучение). В последнее

время в опытах

с физическими средами и телами применяют механические

колеба ­

ния и волны с частотами

109 —10й Гц. Такие колебания со сверхвы­

сокими дл я звуковой шкалы частотами называются

гиперзвуками.

Если амплитуду д а в л е н и я слышимой частоты постепенно уве­

личивать, то на слух будет казаться, что громкость

звука

увеличи­

вается. Пр и некотором

достаточно

большом звуковом давлении

шимости сходятся. Объясняется это тем, что при

воздействии на

ухо колебаний с частотами ниже 20 Г ц или выше

20

000 Гц

звука

мы не слышим, однако при большой

интенсивности

колебаний ощу­

щаем боль — неприятное давление

в

ушах . Д а в л е н и е на

пороге

болевого ощущения

примерно в 3 - Ю 6

раза больше, чем на пороге

слышимости при 1000 Гц.

В последнее время были проведены новые исследования по оп­

ределению порога

слышимости в

связи с тем, что

вблизи

этой

границы очень сильно проявляются

индивидуальные

свойства слу-

ответу очень трудно. Человеку может казаться,

что

он

слышит

звук,

д а ж е

когда

этого звука нет, и, наоборот, он

может не

созна­

вать, что слышит данный звук, в то время как

р а з д р а ж е н и е

от

этого

звука

принято внутренним ухом — кортиевым

органом — и

создан соответствующий импульс в слуховом нерве.

Классическая

методика определения порога

слышимости

сос­

сивность этих тонов

увеличивается,

пока

слушатель

не сообщит,

что он заметил тон.

Н о поскольку

слушатель з а р а н е е

знает, что

•7он есть, его утвердительный ответ не говорит о том,

действительно

ли он слышит звук

пли только принимает

случайные

внутренние

дать», был ли подан звук или нет в течение известного

интервала

времени. Интервалы времени, в течение которых звук

подавался,

следуют в случайном

порядке. Тогда в о з м о ж н ы четыре

ответа:

A. «Слышу», когда

звук подан — правильный .

B. «Не слышу», когда звука нет — правильный .

C. «Слышу», когда

звука нет — неправильный .

D. « Н е слышу», когда звук есть — неправильный .

Н а

основании большого числа таких опытов можно

определить

процент ответов А, В, С, D. Очевидно, что в сумме все ответы со­

ставят

100%, однако

какая доля упадет, например, на

ответы А,

чением ответов

А

может возрасти и число ответов С. То есть вмес­

те

с правильными

ответами появятся «ложные тревоги» или «ка­

ж у щ и е с я

звуки».

Если

ж е слушателя

ш т р а ф о в а т ь за

ответы С,

то

он

будет

склонен

пропускать случаи,

когда

сигнал

услышан,

но

нет

уверенности

в этом. Тогда

возрастут ответы D. Н а основании

а н а л и з а

таких

ответов

удается

установить

объективную способ­