Слуховой анализатор человека

Слуховой анализатор человека – совокупность механических, рецепторных и нервных структур, деятельность которых обеспечивает восприятие человеком звуковых колебаний.

У человека слуховой анализатор состоит из трех частей: ушной раковины (также называемой внешним ухом), среднего уха и внутреннего уха – улитки. Проходя через различные части уха звук, претерпевает различные преобразования.

Снаружи мы видим, так называемое внешнее ухо (рис. 17).

Рис. 17. Слуховой анализатор человека

Звуковая волна проходит через ушную раковину и попадает в слуховой канал – диаметром около 5 мм и длинной около 30 мм. Одна из функций внешнего уха – улучшение локализации источника звука в пространстве. Благодаря его несимметричной форме амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) звуков приходящих из разных направлений, изменяется по разному. Ушная раковина может влиять лишь на сигналы с длинной волны, сопоставимой с размерами внешнего уха (больше 2 кГц). Внешний ушной канал резонирует на частоте около 2 кГц, что дает повышенную чувствительность в данном диапазоне.

Далее звуковая волна попадает на барабанную перепонку, соединенную с костями среднего уха, расположенными в толще височной кости. Специальным каналом – слуховой трубой она соединяется с глоткой. Слуховая труба нужна, чтобы по обе стороны барабанной перепонки всегда было одинаковое давление (при резком перепаде давления – взрыве, давление в глотке не успевает повыситься так же быстро, как снаружи от барабанной перепонки и происходит ее разрыв). Внутри среднего уха располагаются 3 соединенные между собой суставами слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. Молоточек сочленен с внутренней поверхностью барабанной перепонки; от нее он получает энергию звуковых колебаний, затем бьет по наковальне, а та давит на стремечко, передавая вибрацию барабанной перепонки – на перепонку внутреннего уха. Колебания воздуха слишком слабы, чтобы напрямую колебать жидкость, и среднее ухо вместе с барабанной перепонкой и перепонкой внутреннего уха составляют своеобразный гидравлический усилитель. Площадь барабанной перепонки во много раз больше перепонки внутреннего уха, поэтому давление
Р = F/S усиливается в десятки раз. В функции среднего уха входит также защита от низкочастотных звуков чрезмерной интенсивности.

В толще пирамиды, самой плотной части височной кости, располагается внутреннее ухо. Оно одновременно является органом двух сенсорных систем – слуха и вестибулярного аппарата – отвечающего за чувство равновесия.

Внутреннее ухо (улитка) – представляет собой трубку с жидкостью, диаметром около 0,2 мм и длинной 30–40 мм, с постепенно уменьшающимся диаметром, свернутую в форме улитки. Улитка выполняет роль частотного анализатора. Внутри костного лабиринта улитки находится перепончатый лабиринт. Удары стремечка по перепонке внутреннего уха вызывают ее колебания. Внутри перепончатого лабиринта по всей длине витков улитки тянутся 5 рядов клеток с тончайшими волосками (по 60–70 у каждой клетки). Это волосковые звуковые клетки, в улитке их около 24000. Нижней стороной волосковые клетки крепятся к мембране, которая похожа на арфу и состоит из отдельных волокон. Ее «струны», как и у настоящей арфы, разной длины. Самые короткие (135 мкм) находятся у основания улитки, а самые длинные (234 мкм) – у ее вершины. Всего таких «струн» ровно столько, сколько и волосковых клеток. Различные области улитки входят в резонанс при получении сигнала соответствующей частоты. Над ними нависает ряд других клеток, образующих покровную мембрану. При возникновении колебаний в жидкости улитки мембрана касается волосков слуховых клеток, порождая в них электрические импульсы различной интенсивности, а слуховой нерв передает их через подкорковые узлы в кору височных долей головного мозга.

Чувствительность слухового анализатора человека зависит от частоты. Максимальная чувствительность наблюдается в районе 1–4 кГц, в этом диапазоне заключен человеческий голос и звуки, издаваемые большинством жизненно важных для нас процессов в природе. Корректная передача звуковоспроизводящей аппаратурой этого частотного диапазона – первое условие естественности звучания.

Человек обладает способностью определять направление на источник звука, благодаря бинауральному слуху (binauralis; лат. bini два, пара + auris ухо – относящийся к обоим ушам). Из-за того, что уши расположены на некотором расстоянии друг от друга, звук приходит к ним, различаясь по фазе и интенсивности, что ведет к различию сигналов, поступающих в центральную нервную систему от правого и левого уха, и позволяет определять направление на источник звука.

Есть два принципа восприятия, которые соответствуют двум принципам передачи звуковой информации из уха в мозг.

Первый принцип – для частот ниже 2 кГц. Эти частоты воспринимаются ударным способом, передавая в мозг информацию об отдельных звуковых импульсах. Временное различие передачи нервных импульсов позволяет использовать эту информацию для определения направления на источник звука. Если звук в одно ухо приходит раньше другого (разница порядка десятков микросекунд), наш мозг можем определить его расположение в пространстве, так как запаздывание происходит из-за того, что звуку пришлось пройти еще дополнительно расстояние до другого уха, затратив на это какое-то время. Фаза сигнала левого и правого уха при этом не совпадает.

Второй принцип – используется для всех частот, но в большей степени – для частот более 2 кГц. Производится определение разницы в интенсивности сигналов (громкости) между двумя ушами.

Еще один важный момент, позволяющий нам более точно определять местоположение источника звука – возможность повернуть голову и сравнить изменение параметров звучания. Принято считать, что пространственное разрешение (способность к локализации источника звука) определяется с точностью до 1 градуса.

Таким образом, для объемного восприятия во всем диапазоне звуковых частот важна громкость левого и правого канала восприятия звука, а на частотах до 2 кГц, дополнительно анализируются и относительные фазовые сдвиги. Фазовая информация имеет приоритет над разницей в громкости.

Слуховой анализатор человека способен различать звуки по частоте, интенсивности, направлению на источник звука и др. Поэтому создание звуковоспроизводящей аппаратуры, способной воспроизводить звуки неотличимые от естественных, является технически сложной задачей.

Дата добавления: 2014-01-03