19.07.2019

Особенности восприятия звука человеком. Восприятие звука человеческим ухом От чего зависит восприятие звука

Человек воспринимает звук посредством уха (рис.).

Снаружи расположена раковина внешнего уха , переходящая в слуховой канал диаметром D 1 = 5 мм и длиной 3 см .

Далее расположена барабанная перепонка, которая вибрирует под действием звуковой волны (резонирует). Перепонка присоединена к костям среднего уха , передающим вибрацию другой перепонке и далее во внутреннее ухо.

Внутреннее ухо имеет вид закрученной трубки ("улитки") с жидкостью. Диаметр этой трубки D 2 = 0,2 мм длина 3 – 4 см длинной.

Поскольку колебания воздуха в звуковой волне слабые, чтобы непосредственно возбудить жидкость в улитке, то система среднего и внутренне уха совместно с их перепонками играют роль гидравлического усилителя. Площадь барабанной перепонки внутреннего уха меньше площади перепонки среднего уха. Давление, оказываемое звуком на перепонки, обратно пропорционально площади:

Поэтому давление на внутреннее существенно ухо возрастает:

Во внутреннем ухе по всей его длине натянута ещё одна мембрана (продольная), жёсткая в начале уха и мягкая в конце. Каждый участок этой продольной мембраны может колебаться с собственной частотой. В жёстком участке возбуждаются колебания высокой частоты, а в мягком – низкой. Вдоль этой мембраны расположен преддверноулитковый нерв, который воспринимают колебания и передаёт их в мозг.

Самая низкая частота колебаний источника звука 16-20 Гц воспринимается ухом как низкий басовый звук. Область наибольшей чувствительности слуха захватывает часть среднечастотного и часть высокочастотного поддиапазонов и соответствует интервалу частот от 500 Гц до 4-5 кГц . Человеческий голос и звуки, издаваемые большинством важных нам процессов в природе, имеют частоту в этом же интервале. При этом звуки частотой от 2 кГц до 5 кГц улавливаются ухом как звон или свист. Иначе говоря, самая важная информация передаётся на звуковых частотах приблизительно вплоть до 4-5 кГц .

Подсознательно человек разделяет звуки на "положительные", "отрицательные" и "нейтральные".

К отрицательным относятся звуки, которые прежде были не знакомы, странные и необъяснимые. Они вызывают страх и беспокойство. К ним также относятся низкочастотные звуки, например, низкий барабанный стук или вой волка, т. к. возбуждают страх. Кроме того, страх и ужас возбуждают неслышимые низкочастотные звук (инфразвук). Примеры :

В 30-е годы 20 века в одном из лондонских театров в качестве сценического эффекта применили громадную органную трубу. От инфразвука этой трубы всё здание задрожало, а в людях поселился ужас.

Сотрудники национальной лаборатории физики в Англии провели эксперимент, добавив к звучанию обычных акустических инструментов классической музыки сверхнизкие (инфразвуковые) частоты. Слушатели почувствовали упадок настроения и испытали чувство страха.

На кафедре акустики МГУ проводились исследования влияние рока и поп музыки не человеческий организм. Оказалось, что частота основного ритма композиции «Дип Пёпл» вызывает неконтролируемое возбуждение, потерю контроля над собой, агрессивность к окружающим или негативные эмоции к себе. Композиция «The Beatles», на первый взгляд благозвучная, оказалась вредной и даже опасной, т. к. имеет основной ритм около 6,4 Гц. Эта частота резонирует с частотами грудной клетки, брюшной полости и близка к собственной частоте головного мозга (7 Гц.). Поэтому при прослушивании этой композиции ткани живота и груди начинают болеть и постепенно разрушаться.

Инфразвук вызывает в организме человека колебания различных систем, в частности, сердечно-сосудистой. Это оказывает неблагоприятное воздействие и может привести, например, к гипертонической болезни. Колебания на частоте 12 Гц могут, если их интенсивность превысит критический порог, вызвать гибель высших организмов, в т. ч. людей. Эта и другие инфразвуковые частоты присутствуют в производственных шумах, шумах автострад и др. источников.

Замечание : У животных резонанс музыкальных частот и собственных может привести к распаду функции мозга. При звучании "металлического рока" коровы перестают давать молоко, а вот свиньи, наоборот, обожают металлический рок.

Положительными являются звуки ручья, прилива моря или пения птиц; они вызывают успокоение.

Кроме того, и рок не всегда плох. Например, музыка типа «кантри», исполняемая на банджо, помогает выздоравливать, хотя плохо влияет на здоровье в самом начальном этапе заболевания.

К положительным звукам относятся классические мелодии. Например, американские учёные помещали грудных недоношенных младенцев в боксы для прослушивания музыки Баха, Моцарта, и дети быстро поправлялись, набирали вес.

Благоприятно влияет на здоровье человека колокольный звон.

Любой эффект звука усиливается в полумраке и темноте, поскольку уменьшается доля информации, поступающей с помощь зрения

Поглощение звука в воздухе и ограждающими поверхностями

Поглощение звука в воздухе

В каждый момент времени в любой точке помещения интенсивность звука равна сумме интенсивности прямого звука, непосредственно исходящего от источника, и интенсивности звука, отражённого от ограждающих поверхностей помещения:

При распространении звука в атмосферном воздухе и в любой другой среде возникают потери интенсивности. Эти потери обусловлены поглощением звуковой энергии в воздухе и ограждающими поверхностями. Рассмотрим поглощение звука с помощью волновой теории .

Поглощение звука – это явление необратимого превращения энергии звуковой волны в другой вид энергии, прежде всего в энергию теплового движения частиц среды . Поглощение звука происходит и в воздухе, и при отражении звука от ограждающих поверхностей.

Поглощение звука в воздухе сопровождается уменьшением звукового давления. Пусть звук распространяется вдоль направления r от источника. Тогда в зависимости от расстояния r относительно источника звука амплитуда звукового давления убывает по экспоненциальному закону :

, (63)

где p 0 – начальное звуковое давление при r = 0

 – коэффициент поглощения звука. Формула (63) выражает закон поглощения звука .

Физический смысл коэффициента  состоит в том, что коэффициент поглощения численно равен величине, обратной расстоянию, на котором звуковое давление уменьшается в e = 2,71 раз:

Единица измерения в СИ:

Поскольку сила звука (интенсивность) пропорциональная квадрату звукового давления, то этот же закон поглощения звука можно записать в виде:

, (63*)

где I 0 – сила звука (интенсивность) вблизи источника звука, т. е. при r = 0 :

Графики зависимости p зв (r ) и I (r ) представлены на рис. 16.

Из формулы (63*) следует, что для уровня силы звука справедливо уравнение:

. (64)

Следовательно, единица измерения коэффициента поглощения в СИ: непер на метр

кроме того, можно вычислять в белах на метр (Б/м ) или децибелах на метр (дБ/м ).

Замечание : Поглощение звука можно характеризовать коэффициентом потерь , который равен

, (65)

где  – длина звуковой волны, произведение  – логарифмический коэффициент затухания звука. Величину, равную обратной величине коэффициента потерь

называют добротностью .

Полной теории поглощении звука в воздухе (атмосфере) пока нет. Многочисленные эмпирические оценки дают разные значения коэффициента поглощения.

Первая (классическая) теория поглощения звука была создана Стоксом и основана на учёте влияния вязкости (внутреннего трения между слоями среды) и теплопроводности (выравнивания температуры между слоями среды). Упрощенная формула Стокса имеет вид:

, (66)

где  – вязкость воздуха,  – коэффициент Пуассона,  0 – плотность воздуха при 0 0 С,  – скорость звука в воздухе. Для обычных условий эта формула примет вид:

. (66*)

Однако формула Стокса (63) или (63*) справедлива лишь для одноатомных газов, атомы которых имеют три поступательные степени свободы, т. е. при  =1,67 .

Для газов из 2, 3 или многоатомных молекул значение  существенно больше, т. к. звук возбуждает вращательные и колебательные степени свободы молекул. Для таких газов (в т. ч. для воздуха) более точной является формула

, (67)

где T н = 273,15 К – абсолютная температура таяния льда ("тройная точка"), p н = 1,013 . 10 5 Па – нормальное атмосферное давление, T и p – реальные (измеряемые) температура и атмосферное давление воздуха,  =1,33 для двухатомных газов,  =1,33 для трёх- и многоатомных газов.

Поглощение звука ограждающими поверхносятми

Поглощение звука ограждающими поверхностями происходит при отражении от них звука. При этом часть энергии звуковой волны отражается и обуславливает возникновения стоячих звуковых волн, а другая энергии преобразуется в энергию теплового движения частиц преграды. Эти процессы характеризуют коэффициентом отражения и коэффициентом поглощения ограждающей конструкции.

Коэффициент отражения звука от преграды – это безразмерная величина, равная отношению части энергии волны W отр , отражённой от преграды, ко всей энергии волны W пад , падающей на преграду

Поглощение звука преградой характеризуют коэффициентом поглощения – безразмерной величиной, равной отношению части энергии волны W погл , поглощённой преградой (и перешедшей во внутреннюю энергию вещества преграды), ко всей энергии волны W пад , падающей на преграду

Средний коэффициент поглощения звука всеми ограждающими поверхностями равен

, (68*)

где  i – коэффициент поглощения звука материалом i -й преграды, S i – площадь i -й преграды, S – общая площадь преград, n - количество разных преград.

Из этого выражения можно сделать вывод, что средний коэффициент поглощения соответствует единому материалу, которым можно было бы покрыть все поверхности преград помещения с сохранением общего звукопоглощения (А ), равного

. (69)

Физический смысл общего звукопоглощения (А) : оно численно равно коэффициенту поглощения звука открытым проёмом площадью 1 м 2 .

Единица измерения звукопоглощения называется сэбин :

Рассмотрев теорию распространения и механизмы возникновения звуковых волн, целесообразно понять, каким образом звук "интерпретируется" или воспринимается человеком. За восприятие звуковых волн в человеческом организме отвечает парный орган - ухо. Человеческое ухо - весьма сложный орган, который отвечает за две функции: 1) воспринимает звуковые импульсы 2) выполняет роль вестибулярного аппарата всего человеческого организма, определяет положение тела в пространстве и даёт жизненно важную способность удерживать равновесие. Среднестатистическое человеческое ухо способно улавливать колебания 20 - 20000 Гц, однако бывают отклонения в большую или меньшую сторону. В идеале, слышимый частотный диапазон составляет 16 - 20000 Гц, что так же соответствует 16 м - 20 см длины волны. Ухо делится на три составляющие: внешнее, среднее и внутреннее ухо. Каждое из этих "отделов" выполняет свою собственную функцию, однако все три отдела тесно связаны друг с другом и фактически осуществляют передачу волны звуковых колебаний друг другу.

Внешнее (наружнее) ухо

Внешнее ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода. Ушная раковина - упругий хрящ сложной формы, покрытый кожей. В нижней части ушной раковины располагается мочка, которая состоит из жировой ткани и также покрыта кожей. Ушная раковина выполняет роль приёмника звуковых волн из окружающего пространства. Особая форма строения ушной раковины позволяет лучше улавливать звуки, в особенности звуки среднечастотного диапазона, отвечающего за передачу речевой информации. Этот факт во многом обусловлен эволюционной необходимостью, поскольку человек большую часть жизни проводит в устном общении с представителями своего вида. Ушная раковина человека практически неподвижна, в отличии от большого числа представителей животного вида, которые используют движения ушами для более точной настройки на источник звука.

Складки человеческой ушной раковины устроены таким образом, что вносят поправки (незначительные искажения) относительно вертикальной и горизонтальной локации источника звука в пространстве. Именно за счёт этой уникальной особенности человек способен достаточно чётко определять местоположение объекта в пространстве относительно него самого, ориентируясь только по звуку. Эта особенность так же хорошо известна под термином "локализация звука". Основная функция ушной раковины - уловить как можно больше звуков в слышимом диапазоне частот. Дальнейшая судьба "пойманых" звуковых волн решается в слуховом проходе, длина которого 25-30 мм. В нём хрящевая часть внешней ушной раковины переходит в костную, а кожная поверхность слухового прохода наделена сальными и серными железами. В конце слухового прохода располагается эластичная барабанная перепонка, до которой доходят колебания звуковых волн, вызывая тем самым её ответные колебания. Барабанная перепонка в свою очередь передаёт эти полученные вибрации в область среднего уха.

Среднее ухо

Колебания, переданные барабанной перепонкой, попадают в область среднего уха, называемой "барабанная область". Это область объёмом около одного кубического сантиметра, в которой расположены три слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. Именно эти "промежуточные" элементы выполняют важнейшую функцию: передача звуковых волн во внутреннее ухо и одновременное усиление. Слуховые косточки представляют собой чрезвычайно сложную цепочку передачи звучания. Все три косточки тесно соединены друг с другом, а так же с барабанной перепонкой, за счёт чего и происходит передача колебаний "по цепочке". На подходе к области внутреннего уха имеется окно преддверия, которое перекрывается основанием стремечка. Для выравнивания давления с двух сторон барабанной перепонки (например, в случае изменений внешнего давления), область среднего уха соединяется с носоглоткой посредством евстахиевой трубы. Всем нам хорошо знаком эффект закладывания ушей, который возникает именно по причине такой тонкой настройки. Из среднего уха звуковые колебания, уже усиленные, попадают в область внутреннего уха, наиболее сложную и чувствительную.

Внутреннее ухо

Наиболее сложную форму представляет внутреннее ухо, названное по этой причине лабиринтом. Костный лабиринт включает в себя: преддверие, улитку и полукружные каналы, а также вестибулярный аппарат , отвечающий за равновесие. Непосредственно к слуху в этой связке относится именно улитка. Улитка представляет собой спиралевидный перепончатый канал, заполненый лимфатической жидкостью. Внутри канал делится на две части ещё одной перепончатой перегородкой под названием "основная мембрана". Данная мембрана представляют собой волокна различной длины (общим количеством более 24000), натянутые как струны, каждая струна резонирует на свой определённый звук. Деление канала мембраной осуществляется на верхнюю и нижнюю лестницу, сообщающиеся у верхушки улитки. С противоположного конца канал соединяется с рецепторным аппаратом слухового анализатора, который покрыт мельчайшими волосковыми клетками. Этот аппарат слухового анализатора так же носит название "Кортиев орган". Когда колебания из среднего уха попадают в улитку, лимфатическая жидкость, заполняющая канал, также начинает вибрировать, передавая колебания основной мембране. В этот момент в действие вступает аппарат слухового анализатора, волосковые клетки которого, расположенные в несколько рядов, осуществляют превращение звуковых колебаний в электрические "нервные" импульсы, которые по слуховому нерву передаются в височную зону коры головного мозга. Таким сложным и витиеватым образом человек в конечном случае услышит искомый звук.

Особенности восприятия и формирования речи

Механизм речеобразования формировался у человека на протяжении всего эволюционного этапа. Смысл этой способности заключается в передачи вербальной и невербальной информации. Первая несёт в себе словесную и смысловую нагрузку, вторая отвечает за передачу эмоциональной составляющей. Процесс создания и восприятия речи включает в себя: формулировка сообщения; кодирование в элементы по правилам существующего языка; переходные нейромускульные действия; движения голосовых связок; излучение акустического сигнала; Далее в действие вступает слушатель, осуществляя: спектральный анализ полученного акустического сигнала и выделение акустических признаков в периферической слуховой системе, передача выделенных признаков по нейронным сетям, распознавание языкового кода (лингвистический анализ), понимание смысла сообщения.
Аппарат формирования речевых сигналов можно сравнить со сложным духовым инструментом, однако многогранность и гибкость настройки и возможности воспроизведения малейших тонкостей и деталей не имеет аналогов в природе. Голосообразующий механизм состоит из трёх неразрывных составляющих:

Генератор - лёгкие в качестве резервуара воздушного объёма. В лёгких запасается энергия избыточного давления, далее через выводящий канал при помощи мускульной системы осуществляется вывод этой энергии через трахею, соединённой с гортанью. На этом этапе воздушная струя прерывается и видоизменяется;
Вибратор - состоит из голосовых связок. Так же на поток воздействуют воздушные турбулентные струи (создают краевые тоны) и импульсные источники (взрывы);
Резонатор - включает резонансные полости сложной геометрической формы (глотка, ротовая и носовая полости).

В совокупности индивидуального устройства данных элементов формируется неповторимый и индивидуальный тембр голоса каждого человека в отдельности.

Генерация энергии воздушного столба осуществляется в легких, которые создают определённый поток воздуха при вдохе и выдохе за счет разницы атмосферного и внутрилегочного давления. Процесс накопления энергии осуществляется посредством вдоха, процесс освобождения характеизуется выдохом. Происходит это за счет сжатия и расширения грудной клетки, которые осуществляются с помощью двух групп мышц: межреберных и диафрагмы, при глубоком усиленном дыхании и пении сокращаются также мышцы брюшного пресса, груди и шеи. При вдохе диафрагма сжимается и опускается вниз, сокращение наружных межреберных мышц поднимает ребра и отводит их в стороны, а грудину вперед. Увеличение грудной клетки приводит к падению давления внутри лёгких (по отношению к атмосферному), и это пространство стремительно заполняется воздухом. При выдохе соответственно происходит расслабление мускул и всё возвращается в прежнее состояние (грудная клетка возвращается в исходное состояние за счёт своей собственной тяжести, диафрагма поднимается, уменьшается объём ранее расширившихся легких, давление внутрилёгочное растет). Вдох можно описать как процесс, требующий затраты энергии (активный); выдох – процесс накопления энергии (пассивный). Управление процессом дыхания и формирования речи происходит бессознательно, но при пении постановка дыхания требует осознанного подхода и длительного дополнительного обучения.

Количество энергии, которое впоследствии расходуется на формирование речи и голоса, зависит от объема запасенного воздуха и от величины дополнительного давления в легких. Максимально развиваемое давление у тренированного оперного певца может достигать 100-112 дБ. Модуляция воздушного потока вибрацией голосовых связок и создание подглоточного избыточного давления, эти процессы совершаются в гортани, которая представляет собой своеобразный клапан, расположенный на конце трахеи. Клапан выполняет двойственную функцию: предохраняет лёгкие от попадания посторонних предметов и поддерживает высокое давление. Именно гортань выступает в качестве источника речи и пения. Гортань представляет собой совокупность хрящей, соединённых мышцами. Гортань имеет достаточно сложное строение, главным элементом которой являются пара голосовых связок. Именно голосовые связки - основной (но не единственный) источник голосообразования или "вибратор". Во время этого процесса голосовые связки приходят в движение, сопровождаемое трением. Для защиты от этого выделяется особая слизистая секреция, выполняющая роль смазки. Образование речевых звуков определяется колебаниями связок, что приводит к формированию потока воздуха, выдыхаемого из легких, к определённому виду амплитудной характеристики. Между голосовыми складками располагаются небольшие полости, выполняющие роль акустических фильтров и резонаторов тогда, когда это требуется.

Особенности слухового восприятия, безопасность прослушивания, слуховые пороги, адаптация, правильный уровень громкости

Как видно из описания строения человеческого уха, орган этот весьма нежный и достаточно сложный по строению. Принимая этот факт во внимание, нетрудно определить, что этот чрезвычайно тонкий и чувствительный аппарат имеет набор ограничений, порогов и т.д. Человеческая слуховая система приспособлена к восприятию тихих звуков, а так же звуков средней интенсивности. Длительное воздействие громких звуков влечёт за собой необратимые сдвиги слуховых порогов, а так же прочие проблемы со слухом, вплоть до полной глухоты. Степень повреждения прямопропорциональна времени воздействия в громкой среде. В этот момент так же вступает в силу механизм адаптации - т.е. под действием длительных громких звуков чувствительность постепенно снижается, ощущаемая громкость уменьшается, слух адаптируется.

Адаптация изначально стремится защитить органы слуха от слишком громких звуков, однако, именно влияние этого процесса чаще всего заставляет человека неконтролируемо прибавлять уровень громкости аудиосистемы. Защита реализуется благодаря работы механизма среднего и внутреннего уха: стремечко отводится от овального окна, тем самым предохраняя от излишне громких звуков. Но механизм защиты не идеален и имеет задержку по времени, срабатывая только через 30-40 мс после начала поступления звука, притом полная защита не достигается ещё при длительности 150 мс. Механизм защиты активизуруется, когда уровень громкости переходит уровень 85 Дб, притом сама защита до 20 Дб.
Наиболее опасным, в данном случае, можно считать явление "сдвига слухового порога", что обычно происходит на практике в результате длительного воздействия громких звуков выше 90 Дб. Процесс восстановления слуховой системы после такого вредного воздействия может длиться до 16 часов. Сдвиг порогов начинается уже с уровня интенсивности 75 Дб, и увеличивается пропорционально с повышением уровня сигнала.

При рассмотрении проблемы правильного уровня звуковой интенсивности хуже всего осознавать тот факт, что проблемы (приобретённые или врождённые), связанные со слухом, практически не поддаются лечению в наш век достаточно развитой медицины. Всё это должно наводить любого здравомыслящего человека на мысли о бережном отношении к своему слуху, если конечно планируется сохранить его первозданную целостность и способность слышать весь частотный диапазон как можно дольше. К счастью, всё не так страшно, как может показаться на первый взгляд, и соблюдая ряд мер предосторожности можно легко сохранить слух даже в старости. Прежде чем рассматривать эти меры, необходимо вспомнить про одну важную особенность слухового восприятия человека. Слуховой аппарат воспринимает звуки нелинейно. Заключается подобное явление в следующем: если представить какую-то одну частоту чистого тона, например 300 Гц, то нелинейность проявляется при возникновении в ушной раковине обертонов этой основной частоты по логарифмическому принципу (если основную частоту принять за f, то обертоны частоты будут 2f, 3f и т.д. по возрастающей). Эта нелинейность так же проще для восприятия и знакома многим под названием "нелинейные искажения" . Поскольку в первоначальном чистом тоне таких гармоник (обертонов) не возникает, получается, что ухо само по себе вносит свои поправки и призвуки в первоначальное звучание, но определить их можно только в качестве субъективных искажений. При уровне интенсивности ниже 40 дБ субъективные искажения не возникают. При увеличении интенсивности с 40 дБ уровень субъективных гармоник начинает нарастать, однако ещё на уровне 80-90 дБ их негативный вклад в звучание относительно невелик (поэтому данный уровень интенсивности условно можно считать своеобразной "золотой серединой" в музыкальной сфере).

Основываясь на этой информации, можно без труда вывести безопасный и приемлимый уровень громкости, который не навредит слуховым органам и при этом даст возможность услышать абсолютно все особенности и детали звучания, например в случае работы с "hi-fi" системой. Этот уровень "золотой середины" составляет примерно 85-90 дБ. Именно при такой интенсивности звука реально услышать всё то, что заложено в аудиотракте, при этом риск преждевременного повреждения и снижения слуха сводится к минимуму. Практически полностью безопасным можно считать уровень громкости 85 дБ. Чтобы разобраться, в чём заключается опасность громкого прослушивания и почему слишком низкий уровень громкости не позволяет услышать всех нюансов звучания, рассмотрим этот вопрос подробнее. Что касается низких уровней громкости, то отсутствие целесообразности (но чаще субъективного желания) прослушивания музыки на низких уровнях обуславливается следующими причинами:

Нелинейность слухового восприятия человека;
Особенности психоакустического восприятия, которые будут рассмотрены отдельно.

Нелинейность слухового восприятия, рассмотренная выше, оказывает существенное влияние на любой громкости ниже 80 дБ. На практике это выглядит следующим образом: если включить музыку на тихом уровне, например 40 дБ, то отчётливее всего будет слышно среднечастотный диапазон музыкальной композиции, будь то вокал исполнителя/исполнительницы или инструменты, играющие в этом диапазоне. В это же время будет ощущаться явная нехватка низких и высоких частот, обусловленная как раз нелинейностью восприятия а так же тем, что различные частоты звучат с разной громкостью. Таким образом очевидно, что для полноценного восприятия всей полноты картины, частотный уровень интенсивности необходимо максимально выровнять к единому значению. Несмотря на то, что даже на уровне громкости 85-90 дБ идеализированного выравнивания громкости разных частот не происходит, уровень становится приемлимым для нормального повседневного прослушивания. Чем ниже громкость в тоже время, тем отчётливей будет восприниматься на слух характерная нелинейность, а именно ощущение отсутствия должного количества высоких и низких частот. Вместе с этим получается, что при такой нелинейности нельзя говорить серьёзно о воспроизведении звучания "hi-fi" качества высокой точности, ибо точность передачи оригинальной звуковой картины будет крайне низкой в данной конкретной ситуации.

Если вникнуть в эти выводы, то становится понятно, почему на низком уровне громкости прослушивание музыки хоть и максимально безопасное с точки зрения здоровья, но крайне отрицательно ощущается на слух по причине создания явно неправдоподобных образов музыкальных инструментов и голоса, отсутствия масштабности звуковой сцены. В целом, тихое воспроизведение музыки можно использовать в качестве фонового сопровождения, но совершенно противопоказано проводить прослушивание высокого "hi-fi" качества на низкой громкости, по вышеуказанным причинам невозможности создания натуралистичных образов звуковой сцены, которая была сформирована звукорежиссёром в студии, на этапе звукозаписи. Но не только низкая громкость вводит определённые ограничения на восприятие конечного звучания, гораздо хуже ситуация обстоит с повышенной громкостью. Повредить слух и достаточно сильно понизить чувствительность можно и достаточно просто, если продолжительное время слушать музыку на уровнях выше 90 дБ. Эти данные основаны на большом количестве медицинских исследований, заключающие, что звук громкостью выше 90 дБ оказывает реальный и практически непоправимый вред здоровью. Механизм этого явления кроется в слуховом восприятии и особенностях строения уха. Когда звуковая волна интенсивностью выше 90 дБ попадает в слуховой канал, в дело вступают органы среднего уха, вызывая явление, называемое слуховой адаптацией.

Принцип происходящего в этом случае такой: стремечко отводится от овального окна и предохраняет внутреннее ухо от слишком громких звуков. Этот процесс носит название акустического рефлекса . На слух подобное воспринимается как кратковременное снижение чувствительности, что может быть знакомо каждому, кто хоть раз посещал рок-концерты в клубах, например. После такого концерта возникает кратковременное снижение чувствительности, которая по истечению некоторого периода времени восстанавливается на прежний уровень. Однако восстановление чувствительности будет далеко не всегда и напрямую зависит от возраста. За всем этим и кроется большая опасность громких прослушиваний музыки и других звуков, интенсивность которых превышает 90 дБ. Возникновение акустического рефлекса не единственная "видимая" опасность потери слуховой чувствительности. При длительном воздействии слишком громких звуков, волоски, расположенные в области внутреннего уха (которые реагируют на колебания), отклоняются очень сильно. В этом случае происходит эффект, что волосок, отвечающий за восприятие определённой частоты отклоняется под воздействием звуковых вибраций большой амплитуды. В определённый момент такой волосок может отклониться слишком сильно и обратно уже не вернуться. Это вызовет соответствующий эффект потери чувствительности на конкретной определённой частоте!

Самым страшным во всей этой ситуации является то, что болезни уха практически не поддаются лечению, даже самыми современными методами, известными медицине. Всё это наводит на определённые серьёзные выводы: звук выше 90 дБ опасен для здоровья и практически гарантированно вызовет преждевременную потерю слуха или существенное снижение чувствительности. Ещё неприятнее и то, что в игру со временем вступает ранее упомянутое свойство адаптации. Этот процесс у человеческих слуховых органов происходит практически незаметно, т.е. человек, медленно теряющий чувствительность, близко к 100% вероятности не заметит этого до момента, пока окружающие люди сами не обратят внимание на постоянные переспрашивания, вроде: "Что Вы только что сказали?". Вывод в итоге предельно простой: при прослушивании музыки жизненно важно не допускать уровней интенсивности звука выше 80-85 дБ! В этом же моменте кроется и положительная сторона: уровень громкости 80-85 дБ примерно соответствует уровню звукозаписи музыки в студийных условиях. Вот и возникает понятие "Золотой середины", выше которой лучше не подниматься, если вопросы здоровья имеют хоть какое-то значение.

Даже достаточно кратковременное прослушивание музыки на уровне 110-120 дБ может вызвать проблемы со слухом, например во время живого концерта. Очевидно, что избежать этого временами нельзя или очень трудно, но крайне важно стараться это делать для сохранения целостности слухового восприятия. Теоретически, кратковременное воздействие громких звуков (не превышающих 120 дБ), ещё до момента возникновения "слуховой утомляемости", не приводит к серьёзным негативным последствиям. Но на практике обычно встречаются случаи длительного воздействия звуком такой интенсивности. Люди оглушают сами себя, не осознавая всей степени опасности в автомобиле при прослушивании аудиосистемы, дома в аналогичных условиях, или в наушниках портативного плеера. Почему так происходит, и что вынуждает делать звук всё громче и громче? Ответов на этот вопрос два: 1) Влияние психоакустики, о которой будет рассказано отдельно; 2) Постоянная необходимость "перекричать" громкостью музыки какие-то внешние звуки. Первый аспект проблемы достаточно интересен, и будет детально рассмотрен далее, а вот вторая сторона проблемы больше наводит на негативные мысли и выводы об ошибочном понимании истинных основ правильного прослушивания звучания "hi-fi" класса.

Не вдаваясь в особенности, общий вывод о прослушивании музыки и правильной громкости звучит следующим образом: прослушивание музыки должно происходить при уровнях звуковой интенсивности не выше 90 дб, не ниже 80 дБ в помещении, в котором сильно заглушены или полностью отсутствуют посторонние звуки внешних источников (такие как: разговоры соседей и прочий шум, за стеной квартиры; шумы улицы и технические шумы в случае, если вы находитесь в салоне автомобиля, и т.д.). Хочется выделить раз и навсегда, что именно в случае соблюдения таких, вероятно жёстких требований, можно достичь долгожданного баланса громкости, которая не вызовет преждевременных нежелательных повреждений слуховых органов, а так же доставит истинное удовольствие от прослушивания любимых музыкальных произведений с мельчайшими деталями звучания на высоких и низких частотах и точностью, которую преследует само понятие "hi-fi" звучания.

Психоакустика и особенности восприятия

Чтобы наиболее полно ответить на некоторые важные вопросы, касающиеся конечного восприятия человеком звуковой информации, существует целый раздел науки, изучающий огромное многообразие подобных аспектов. Этот раздел именуется "психоакустикой". Дело в том, что слуховое восприятие не заканчивается только на работе слуховых органов. После непосредственного восприятия звука органом слуха (ухо), далее в действие вступает самый сложный и малоизученный механизм анализа полученной информации, за это всецело отвечает головной мозг человека, который устроен таким образом, что при работе генерирует волны определённой частоты, и они так же обозначаются в Герцах (Гц). Различные частоты мозговых волн соответствуют определённым состояниям человека. Таким образом получается, что прослушивание музыки способствует изменению настройки частоты мозга, и это важно учитывать при прослушивании музыкальных композиций. На основании этой теории существует так же метод звукотерапии путём прямого влияния на психическое состояние человека. Мозговые волны бывают пяти типов:

Дельта-волны (волны ниже 4 Гц). Соответствует состоянию глубокого сна без сновидений, при этом полностью отсутствуют ощущения тела.
Тета-волны (волны 4-7 Гц). Состояние сна или глубокой медитации.
Альфа-волны (волны 7-13 Гц). Состояния расслабления и релаксации во время бодрствования, сонливость.
Бета-волны (волны 13-40 Гц). Состояние активность, повседневного мышления и мыслительной деятельности, возбуждение и познание.
Гамма-волны (волны выше 40 Гц). Состояние сильной умственной активности, страха, возбуждения и осознания.

Психоакустика, как раздел науки, ищет ответы на самые интересные вопросы, касающиеся конечного восприятия человеком звуковой информации. В процессе изучения этого процесса вскрывается огромное количество факторов, влияние которых неизменно происходит как в процессе прослушивания музыки, так и в любом другом случае обработки и анализа любой звуковой информации. Психоакуситка изучает практически всё многообразие возможных влияний, начиная с эмоционального и психического состояния человека в момент прослушивания, заканчивая особенностями строения голосовых связок (в случае, если речь идёт об особенностях восприятия всех тонкостей вокального исполнения) и механизма преобразования звука в электрические импульсы мозга. Наиболее интересные, а главное важные факторы (которые жизненно необходимо учитывать каждый раз при прослушивании любимых музыкальных композиций, а так же при построении профессиональной аудиосистемы) будут рассмотрены далее.

Понятие созвучности, музыкальной созвучности

Устройство человеческой слуховой системы уникально в первую очередь механизмом восприятия звука, нелинейностью слуховой системы, способностью группировать звуки по высоте с достаточно высокой степенью точности. Наиболее интересной особенностью восприятия можно отметить нелинейность слуховой системы, которая проявляется в виде возникновения дополнительных несуществующих (в основном тоне) гармоник, особенно часто проявляется у людей с музыкальным или абсолютным слухом. Если же подробнее остановится и проанализировать все тонкости восприятия музыкального звучания, то легко выделяется понятие "консонансности" и "диссонансности" различных аккордов и интервалов звучания. Понятие "консонанс" определяется как согласное (от французского слова "согласие") звучание, и соответственно наоборот, "диссонанс" - несогласное, нестройное звучание. Несмотря на многообразие различных трактовок этих понятий характеристики музыкальных интервалов, наиболее удобно использовать "музыкально-психологическую" расшифровку терминов: консонанс определяется и ощущается человеком как приятное и комфортное, мягкое звучание; диссонанс же можно охарактеризовать с другой стороны как звучание, вызывающее раздражение, беспокойство и напряжение. Подобная терминология носит слегка субьективный характер, а так же, за историю развития музыки совершенно различные интервалы принимались за "созвучные" и наоборот.

В наше время данные понятия так же сложно воспринимать однозначно, поскольку наблюдаются различия у людей с отличными музыкальными предпочтениями и вкусами, а также нет общепризнанного и согласованного понятия гармонии. Психоакустическая основа восприятия различных музыкальных интервалов в качестве консонансных или диссонансных напрямую зависит от понятия "критической полосы". Кртическая полоса - это определённая ширина полосы, внутри которой слуховые ощущения резко изменяются. Ширина критических полос с повышением частоты пропорционально расширяется. Поэтому, ощущение консонансов и диссонансов напрямую связано с наличием критических полос. Слуховой орган человека (ухо), как уже было сказано ранее, выполняет роль полосового фильтра на определённом этапе анализа звуковых волн. Эта роль отводится базилярной мембране, на которой располагается 24 критических полосы с частотнозависимой шириной.

Таким образом, созвучность и несогласованность (консонансность и диссонансность) напрямую зависит от разрешающей способности слуховой системы. Получается, что если два разных тона звучат в унисон или разница частот равна нулю, то это совершенный консонанс. Такой же консонанс возникает в случае, если разница частот будет больше, чем критическая полоса. Диссонанс же возникает лишь тогда, когда разница частот составляет от 5% до 50% от критической полосы. Наивысшая степень диссонанса в данном отрезке прослушивается, если разница составляет одну четверть от ширины критической полосы. На основании этого легко проанализировать любую сведённую музыкальную запись и сочетание инструментов на предмет созвучности или диссонансности звучания. Нетрудно догадаться, какую большую роль в этом случае играет звукорежиссёр, студия звукозаписи и прочие составляющие конечного цифрового или аналогового оригинала звуковой дорожки, и всё это ещё даже до попытки воспроизведения на звуковоспроизводящем оборудовании.

Локализация звука

Воспринимать всю полноту пространственной звуковой картины человеку помогает система бинаурального слуха и пространственной локализации. Этот механизм восприятия реализуется за счёт двух приёмников слуха и двух слуховых каналов. Звуковая информация, которая поступает по этим каналам, в последствии обрабатывается в переферической части слуховой системы и подвергается спектрально временному анализу. Далее, эта информация передаётся в высшие отделы головного мозга, где сравнивается разница левого и правого звукового сигнала, а так же формируется единый звуковой образ. Этот описанный механизм именуется бинауральным слухом . Благодаря этому, у человека имеются такие уникальные возможности:

1) локализация звуковых сигналов от одного или нескольких источников, при этом формируется пространственная картина восприятия звукового поля
2) разделение сигналов, приходящих от различных источников
3) выделение одних сигналов, на фоне других (например, выделение речи и голоса из шума или звучания инструментов)

Пространственную локализацию легко наблюдать на простом примере. На концерте, со сценой и некоторым количеством музыкантов на ней в определённом отдалении друг от друга, можно легко (при желании даже закрыв глаза) определить направление прихода звукового сигнала каждого инструмента, оценить глубину и пространственность звукового поля. Таким же образом ценится хорошая hi-fi система, способная достоверно "воспроизвести" подобные эффекты пространственности и локализации, тем самым фактически "обманув" мозг, заставив почувствовать полноценное присутствие на живом выступлении любимого исполнителя. Локализацию звукового источника обычно обуславливают три основных фактора: временной, интенсивностный и спектральный. Независимо от этих факторов, имеется ряд закономерностей, с помощью которых можно понять основы, касающиеся локализации звука.

Наибольший эффект локализации, воспринимаемый человеческими органами слуха, находится в области средних частот. В то же время, практически невозможно определить направление звуков частот выше 8000 Гц и ниже 150 Гц. Последний факт особенно широко используется в системах hi-fi и домашнего театра при выборе местоположения сабвуфера (низкочастотного звена), расположение которого в помещении ввиду отсутствия локализации частот ниже 150 Гц практически не имеет значения, и у слушателя в любом случае возникает целостный образ звуковой сцены. Точность локализации зависит от расположения источника излучения звуковых волн в пространстве. Таким образом, наибольшая точность локализации звуков отмечается в горизонтальной плоскости, достигая значения 3°. В вертикальной плоскости человеческая слуховая система гораздо хуже определяет направление источника, точность в этом случае составляет 10-15° (из-за специфического строения ушных раковин и сложной геометрии). Точность локализации слегка варьируется в зависимости от угла расположения излучающих звук объектов в пространстве углами относительно слушателя, а так же, на конечный эффект оказывает влияние степень дифракции звуковых волн головы слушателя. Следует так же заметить, что широкополосные сигналы локализуются лучше, чем узкополосный шум.

Гораздо интереснее обстоит дело с определением глубины направленного звука. Например, человек по звуку может определить расстояние до объекта, однако, происходит это в большей степени за счёт изменения звукового давления в пространстве. Обычно, чем дальше объект от слушателя, тем больше происходит ослабление звуковых волн в свободном пространстве (в помещении добавляется влияние отражённых звуковых волн). Таким образом можно заключить, что точность локализации выше в закрытом помещении именно за счёт возникновения ревербации. Отражённые волны, возникающие в закрытых помещениях, дают возможность появлению таких интересных эффектов, как расширение звуковой сцены, обволакивание и пр. Данные явления возможны именно за счёт восприимчивости трёхмерной локализации звуков. Основные зависимости, которые и определяют горизонтальную локализацию звука: 1) разница по времени прихода звуковой волны в левое и правое ухо; 2) разница в интенсивности, возникающая из-за дифракции на голове слушателя. Для определения глубины звука важна разница уровня звукового давления и разница спектрального состава. Локализация в вертикальной плоскости так же сильно зависима от дифракции в ушной раковине.

Сложнее обстоит дело с современными системами пространственного звучания на основе технологии dolby surround и аналогов. Казалось бы, принцип построения систем домашнего кинотеатра чётко регламентируют способ воссоздания достаточно натуралистичной пространственной картины 3D звучания с присущим объёмом и локализацией виртуальных источников в пространстве. Однако, не всё так тривиально, поскольку обычно не принимаются во внимание сами механизмы восприятия и локализации большого количества источников звука. Преобразование звука органами слуха предполагает процесс сложения сигналов разных источников, пришедших в разные уши. Притом, если фазовая структура разных звуков более менее синхронна, такой процесс на слух воспринимается как звук, исходящий от одного источника. Имеется ещё и целый ряд трудностей, включая особенности механизма локализации, затрудняющий точность определения направления источника в пространстве.

Ввиду вышесказанного, наиболее трудной задачей становится разделение звуков от разных источников, особенно, если эти разные источники проигрывают схожий амплитудно-частотный сигнал. А именно это и происходит на практике в любой современной системе пространственного звучания, и даже в обычной стереосистеме. Когда человек прослушивает большое количество звуков, исходящих от разных источников, сначала происходит определение принадлежности каждого конкретного звука тому источнику, который его создаёт (группировка по частоте, высоте, тембру). И только вторым этапом слух пытается локализовать источник. После этого приходящие звуки разделяются по потокам, основываясь на пространственных признаках (разница во времени поступления сигналов, разница по амплитуде). На основе полученной информации формируется более менее статичный и фиксированный слуховой образ, из которого которого возможно определить, откуда идёт каждый конкретный звук.

Очень удобно отследить данные процессы на примере обычной сцены, с фиксированно расположенными на ней музыкантами. При этом, очень интересно то, что если вокалист/исполнитель, занимая изначально определённую позицию на сцене начнёт плавно перемещаться по сцене в любом направлении, ранее сформированный слуховой образ не изменится! Определение направления звука, исходящего от вокалиста, останется субъективно прежним, как-буд-то он стоит на том же месте, на котором стоял до перемещения. Только в случае резкого изменения местоположения исполнителя на сцене произойдёт расщипление сформированного звукового образа. Помимо рассмотренных проблем и сложности процессов локализации звуков в пространстве, в случае с многоканальными системами пространственного звучания достаточно большую роль оказывает процесс ревербации в конечном помещении для прослушивания. Наиболее ярко эта зависимость наблюдается, когда большое число отражённых звуков приходит со всех сторон - точность локализации существенно ухудшается. Если же энергетическая насыщенность отражённых волн больше (преобладает) чем прямых звуков, критерий локализации в таком помещении становится крайне размытым, говорить о точности определения таких источников крайне затруднительно (если вообще возможно).

Однако, в сильно ревербирующем помещении локализация теоретически происходит, в случае широкополосных сигналов слух ориентируется по параметру разницы интенсивности. В этом случае определение направления осуществляется по высокочастотной составляющей спектра. В любом помещении точность локализации будет зависеть от времени прихода отражённых звуков после прямых звуков. При слишком малом интервале разрыва между этими звуковыми сигналами в помощь слуховой системе начинает работать "закон прямой волны". Суть этого явления: если звуки с коротким интервалом задержки по времени приходят с разных направлений, то локализация всего звука происходит по первому пришедшему звуку, т.е. слух игнорирует в какой-то степени отраженный звук, если он приходит через слишком короткий отрезок времени после прямого. Подобный эффект проявляется и тогда, когда происходит определение направления прихода звука в вертикальной плоскости, но в этом случае гораздо слабее (по причине того, что восприимчивость слуховой системы к локализации в вертикальной плоскости заметно хуже).

Суть эффекта предшествования гораздо глубже и имеет психологическую, нежели физиологическую природу. Было проведено большое количество экспериментов, на основании которых установлена зависимость. Возникает этот эффект преимущественно тогда, когда время появления эха, его амплитуда и направление совпадают с некоторым "ожиданием" слушателя от того, как акустика данного конкретного помещения формирует звуковой образ. Возможно, человек уже имел опыт прослушивания в данном помещении или аналогичных, что и формирует предрасположенность слуховой системы к возникновению "ожидаемого" эффекта предшествования. Чтобы обойти данные ограничения, присущие человеческому слуху, в случае с несколькими источниками звука используются различные уловки и хитрости, с помощью которых и формируется в конечном счёте более менее правдоподобная локализация музыкальных инструментов/других источников звука в пространстве. По большому счёту, воспроизведение стерео и многоканальных звуковых образов строится на большом обмане и создании слуховой иллюзии.

Когда две или большее число акустических систем (например, 5.1 или 7.1, или даже 9.1) воспроизводят звук из разных точек помещения, слушатель при этом слышит звуки, исходящие из несуществующих или мнимых источников, воспринимая определенную звуковую панораму. Возможность этого обмана заключается в биологических особенностях устройства организма человека. Скорее всего, человек не успел адаптироваться к распознаванию подобного обмана по причине того, что принципы "искусственного" звуковоспроизведения появились сравнительно недавно. Но, хоть и процесс создания мнимой локализации оказался возможным, реализация по сей день далека от совершенства. Дело в том, что слух действительно воспринимает источник звука там, где его на самом деле нет, но правильность и точность передачи звуковой информации (в частности тембра) оказывается под большим вопросом. Методом многочисленных опытов в реальных ревербационных помещениях и в заглушенных камерах было установлено, что тембр звуковых волн от реальных и мнимых источников отличается. В основном это сказывается на субъективном восприятии спектральной громкости, тембр в этом случае видоизменяется существенным и заметным образом (при сравнении с аналогичным звуком, воспроизведённом реальным источником).

В случае с многоканальными системами домашнего кинотеатра уровень искажений заметно выше, по нескольким причинам: 1) Много схожих по амплитудно-частотной и фазофой характеристике звуковых сигналов одновременно приходит с разных источников и направлений (включая переотражённые волны) на каждый ушной канал. Это приводит к увеличению искажений и появлению гребенчатой фильтрации. 2) Сильное разнесение громкоговорителей в пространстве (относительно друг друга, в многоканальных системах это расстояние может быть несколько метров и более) способствует росту тембровых искажений и окраске звука в области мнимого источника. В качестве итога можно сказать, что окрашивание тембра в системах многоканального и объёмного звучания на практике происходят по двум причинам: явление гребенчатой фильтрации и влияние ревербационных процессов конкретного помещения. В случае, если за воспроизведение звуковой информации отвечает более одного источника (это касается и стереосистемы с 2-умя источниками), неизбежно появление эффекта "гребенчатой фильтрации", вызванной разным временем прибытия звуковых волн на каждый слуховой канал. Особая неравномерность наблюдается в области верхней середины 1-4 кГц.

Оборудование.

Таблица “Орган слуха”, модель “0рган слуха”, самодельные таблицы “Источник звука”, “Приемник звука”, “Шумы”, “Диапазон слышимости”. Генератор, камертон, камертон с резонаторным ящиком, микрофон, осциллограф, магнитофон (запись с планеты Земля).

Цели урока:

1. Развивающие цели.

Развивать у школьников логическое мышление, рассматривать звук, его источники, восприятию и передачу с точки зрения биологии, физики, астрономии, географии, биологии и экологии.
Формирование у детей целостности естественно-научной картины мира.
Развивать волю и самостоятельность. Развивать умение владеть собой: уверенность в своих силах, умение преодолевать трудности в учении естествознания.
Формировать интеллектуальные умения: умения анализировать, сопоставлять органы слуха с микрофоном.

2. Образовательные цели.

Обеспечить усвоение учащимися основ науки.
Обобщить и закрепить, систематизировать ранее полученные знания по предметам биологии, физики, астрономии, химии, экологии, географии.
Формировать навыки работы с игровыми элементами, видеофрагментами, иллюстративными материалами.
Формировать культуру здоровья на уроках биологии.
Формировать целостное представление о природе и человеке, как важный компонент природы и как разумном существе, воздействующей на природу.

3. Воспитательные цели.

Воспитывать самостоятельного, свободного человека, имеющее чувственное восприятие природы, владеющего различными способами познания.
Воспитать экологическую культуру и мышление учащихся.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: комбинированный урок.

Средства обучения: компьютер, проектор, мультимедиа- средств обучения, слайды с иллюстрациями, терминами, понятиями, опытами, демонстрациями на видео.

План урока: (слайд -2)

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний.

Еще Г. Гельмгольц считал, что фотокамера представляет модель человеческого глаза. Найдите аналогичные образования в глазу и в фотокамере и соедините их линиями.

III. Изучение нового материала.

1. Характеристика планеты Земли.

Земля – голубая планета, ее форма – эллипсоид вращения, а точнее – кардиоида. Средний радиус R= 6400 км, масса планеты m=6* 10 24 кг. (слайд-3). В этом мире есть краски и звуки, но самое главное – Земле есть разумная жизнь.

Человек живет в мире звуков: пение птиц, звуки музыки, шум леса, транспорта, …

2. Что же является источником звука?

Источниками звука являются колеблющиеся тела, докажем это на опыте. Соберем установку, изображенную на слайде.

Демонстрация: С Земли мы привезли камертон – устройство, представляющее собой изогнутый металлический стержень на ножке (рисунок 1). Если ударить по ножке камертона молоточком, то мы услышим звук, который издает колеблющийся стержень. Звук негромок, так как площадь поверхности ветвей стержня мала. Для усиления звука ножку камертона укрепляют на деревянном ящике, подобранном так, чтобы частота его собственных колебаний совпадала с частотой колебания камертона. Возникает резонанс, стенки ящика начинают интенсивно колебаться с частотой камертона, и звук становится громче. Ящик называют резонатором (слайд). У лягушки резонатор какую функцию выполняет?

Колебания звучащего камертона можно наблюдать иным способом. Для этого к одной ветви камертона прикрепим иголку и быстро проведем ее острием по закопченной стеклянной пластинке. Если камертон не звучал, на пластинке увидим прямую линию (рисунок 2). Звучащий же камертон оставляет на пластинке след в виде волнистой линии. Одно полное колебание соответствует одному выступу и одной впадине этой линии (рисунок 2) (слайд-4).

Выводы из опыта: Любой источник звука обязательно колеблется (чаще всего эти колебания незаметны для глаза).

3. Рассмотрим теперь, как распространяется звук.

Пояснение учащихся: колеблющийся поршень – диффузор, толкая молекулы воздуха, создает области сгущения и разрежения. Направления распространения звука и движения молекул воздуха совпадают, поэтому звук - продольная волна.

Волны-возмущения, распространяющиеся в какой-либо среде или пространстве с течением времени (слайд-5). Наиболее важные и часто встречающиеся виды волн – упругие волны, волны на поверхности жидкости и электромагнитные волны.

4. Что является проводником звука?

Вывод учащихся из опыта: для распространения звука нужна упругая среда, как воздух. На Луне нет атмосферы, поэтому там нет и звуков – это мир безмолвия. Упругие тела – хорошие проводники звука. Большинство металлов, дерево, газы, а также жидкости являются упругими телами и поэтому хорошо проводят звук.

Звук может распространяться в жидкой и твердой среде. Высвечивается таблица “Скорость звука в различных средах” из учебника физики, стр. 125 (слайд- 7)

Скорость звука в различных средах, м/с (при t=20 C)

Из таблицы видно, что в металле скорости распространения звуковых волн больше, чем в жидкостях, а в жидкостях больше, чем газах. Поэтому под водой хорошо слышны звуки гребных винтов, удары камней… Рыбы слышат шаги и голоса людей на берегу, это хорошо известно рыболовам. Звук движущего поезда можно услышать, если приложить ухо к рельсам, так как по ним звук распространяется лучше, чем по воздуху. Прикладывая ухо к земле, можно услышать топот скачущей лошади.

Выводы учащихся:

Источником звука являются колеблющиеся тела.
Звук распространяется по упругой среде.
Мягкие и пористые тела - плохие проводники звука.
В безвоздушном пространстве звук распространяться не может.
Громкость звука зависит от площади поверхностей колеблющихся тел.

5. Люди общаются с помощью речи - модулированных звуковых колебаний. Рассмотрим, как устроен источник звука у человека (слайд-8).

Звук возникает при прохождении воздуха через голосовые связки, которые находятся между хрящами гортани и образованы складками слизистой (объяснение идет по таблице). Пространство между голосовыми связками называют голосовой щелью. Когда земляне молчат, голосовые связки расходятся и голосовая щель имеет вид равнобедренного треугольника. При разговоре, пении голосовые связки смыкаются. Выдыхаемый воздух давит на складки, они начинают колебаться – рождается звук. При шепоте они сомкнуты полностью. Голосовыми связками управляет головной мозг, посылая по нервам соответствующие сигналы.

Высота голоса человека связана с длиной голосовых связок: чем короче голосовые связки, тем больше частота их колебаний и тем выше голос. У женского пола голосовые связки короче, чем у мужских особей, поэтому женский голос выше. Голосовые связки могут совершать от 80 – 10 000 колебаний в секунду. Окончательное формирование звука происходит в полостях носоглотки – своеобразных резонаторах.

6. Как звук воспринимается?

Мы знаем, что источником звука является колеблющееся тело и что звук распространяется в упругой среде. А теперь выясним, как звук воспринимается.

Приемником звука может быть микрофон . Микрофон преобразует звуковые механические колебания в электрические. Улавливаемые сигналы слабы и преобразуемая микрофоном энергия очень мала. Поэтому электрические сигналы микрофона усиливают.

- Приемником звука является у землян слуховой аппарат, или орган слуха . Между звучащим телом (источником звука) и ухом (приемником звука) находится вещество, передающее звуковые колебания от источника к приемнику. Чаще всего таким веществом оказывается воздух.

Орган слуха у землян состоит из трех отделов: наружного уха, среднего уха, и внутреннего уха. Наружное ухо образуется ушной раковиной, наружным слуховым проходом и барабанной перепонкой. Его функция – улавливание звука и его проведение. Среднее ухо представлено заполненной воздухом камерой с объемом 1-2 мл. В этой камере имеются три подвижные друг с другом косточки: молоточек, наковальня, и стремечко. Молоточек соединен с барабанной перепонкой, а стремечко через овальное окошко с внутренним ухом. Среднее ухо через евстахиевою трубу соединяется с носоглоткой. При резких перепадах давления (взлет и посадка самолета, подъем подводной лодки) рекомендуется разговаривать, открыть рот, совершать глотательные движения, так как при этом открывается евстахиева труба, и давление на барабанную перепонку с обеих сторон выравнивается (слайд -9).

Внутреннее ухо находится в толще височной кости (слайд-10), внутри которого находится перепончатый лабиринт. Внутреннее ухо заполнено жидкостью. В его состав входят три полукружных канала – это вестибулярный аппарат, не имеющий отношения к восприятию звука, и улитка, имеющая вид спирального канала. Вдоль улиткового канала тянется основная мембрана, поперек которой наподобие лестницы натянуты волокна. На этих волокнах расположены клетки цилиндрического эпителия, которые образуют кортиев орган. На эпителиальных клетках оканчиваются чувствительные волокна слухового нерва. В улитке звуковая энергия преобразуется в энергию нервных импульсов, которая по слуховому нерву передается в слуховой центр, находящийся в височной доле коры больших полушарий головного мозга.

Принцип действия его такой же, как и у микрофона.

7. Как происходит передача звука?

Звуковые колебания воздуха вызывают колебания барабанной перепонки, соответствующей мембране микрофона, и через слуховые косточки передаются к внутреннему уху, где вызывают колебания жидкости, заполняющей канал улитки. При этом начинают колебаться волокна основной мембраны и так называемые волосковые клетки кортиева органа. При каждом подъеме они волосками упираются в покровную мембрану, волоски при этом сгибаются, мембранный потенциал клеток изменяется и в нервных волокнах возникает возбуждение (слайд-11).

Головной мозг постоянно обрабатывает поступающие импульсы, в результате чего создаются звуковые ощущения.

8. Экология слуха.

На приемник звука человека отрицательное влияние оказывает шум. Шум- это звук любого рода, воспринимаемый как неприятный, мешающий или даже вызывающий болезненные ощущения. Характерные примеры шума - свист, треск, шипение. (Рассказ сопровождается звуковыми шумами).

Под постоянными резкими ударами звуковых волн барабанная перепонка колеблется большой амплитудой. Из-за этого она постепенно теряет свою эластичность, и у землян притупляется слух. Помимо этого через орган слуха шум действует на центральную нервную систему. И может вызвать разнообразные физиологические (усиленное сердцебиение, повышение давления) и психические нарушения (ослабление внимания, нервозность). Длительное воздействие шума является одним из факторов, способствующих развитию язв и даже инфекционных заболеваний. Вследствие этого сокращается продолжительность жизни землян и уменьшается генофонд человечества.

Как правило, шум нас раздражает: мешает работать, отдыхать, думать. Но шум может действовать и успокаивающе. Такое влияние на человека оказывают, например, шелест листьев, рокот морского прибоя. (Рассказ сопровождается записями звуков).

Что такое шум? Под ним понимают беспорядочные сложные колебания различной физической природы.

Шумовое загрязнения окружающей среды все время растет.

9. Количественная характеристика звука. Слайд-12.

Шум - один из видов звука, правда, его часто называют “нежелательным звуком”. Человек слышит звуки с частотой колебаний в пределах 16-20 000 Гц. При распространении звуковой волны, стоящей из сгущений и разрежений воздуха, давление на барабанную перепонку меняется. Единицей измерения давления является 1Н/м 2 , а единицей мощности звука - 1Вт/ м 2 .

Минимальную громкость звука, которую человек воспринимает, называют порогом слышимости. У разных людей он различен, и поэтому условно за порог слышимости принято считать звуковое давление, равное 2* 10 -5 Н/м 2 , при 1000 Гц, соответствующее мощности 10 -12 Вт/ м 2 . Именно с этими величинами сравнивают измеряемый звук.

Единица громкости называется Белом - по имени изобретателя телефона А.Бела (1847-1922). Громкость измеряют в децибелах: 1дБ= 1,1 Б (Бел).

Восприятие звука не только зависит не только от его количественных характеристик (давление и мощность). Но и от его качества- частоты. Один и тот же по силе звук на разных частотах отличается по громкости. Некоторые люди не слышат звуков высокой частоты. Так, у пожилых людей верхняя граница восприятия звука понижается до 6000 Гц. Они не слышат, например, писка комара, которые издают звуки с частотой около 20 000 Гц

Рассмотрим таблицу “Шум”. На ней представлены различные источники шума. Звуки в пределах от 0 до 80 дБ приятны для восприятия и отрицательных эмоций не вызывают. (Включается магнитофонная запись: пение птиц, приятная музыка, шепот…)

Если громкость превышает 80 дБ, шум вредно влияет на здоровье: повышает кровяное давление, вызывает нарушение ритма сердца, а продолжительное воздействие интенсивного шума ведет к глухоте.

Очень сильный звук (с громкостью выше 180 дБ) в состоянии даже вызвать разрыв барабанной перепонки. С шумом необходимо бороться. Умение соблюдать тишину – показатель культуры человека и его доброго отношения к окружающим. Тишина нужна землянам так же, как солнце и свежий воздух.

10. Шумовое загрязнения в городе Набережные Челны.

В нашем городе основным источником шума является автомобильный транспорт. У нас нет заводов, фабрик. Источниками шума в жилых и общественных помещениях являются, в первую очередь, жизнедеятельность людей (разговор, крики, игра на музыкальных инструментах, ходьба, передвижение мебели) и связанная с ней работа радио- и телеприемников, магнитофонов, электромеханических бытовых приборов, а также эксплуатация санитарно-технического оборудования.

Экология и гигиена слуха (рассказ по слайду -13).

Нарушение и ослабление слуха может быть вызвано:

1. Внутренними изменениями (по таблице)

Повреждение слухового нерва -> нарушение передачи импульса в слуховую зону коры.
Образование “серной пробки”в наружном слуховом проходе -> нарушение передачи звуковых колебаний к внутреннему уху.

2. Внешними факторами (слайд-14)

Нельзя: (слайд-15)

Слушать очень громкую музыку.
При сильных, резких звуках держать рот открытым.
При сильном ветре и минусовой температуре ходить без головного убора.
Пытаться достать посторенние предметы из ушного прохода самостоятельно.

IV. Заключение.

Но и абсолютная тишина угнетает человека. В полной тишине, например в сурдокамере, сразу начинают беспокоить звуки и шорохи, в обычных условиях остающиеся незамеченными, - удары сердца, пульса, дыхание и даже шорох ресниц. Эти обычно неслышимые звуки в условиях абсолютной тишины воспринимаются человеком с такой интенсивностью, что у лиц, долгое время находившихся в сурдокамере, могут стать причиной серьезных психических расстройств. Как видим, природа шума двойственна: он вреден и необходим одновременно. Потому, говоря о борьбе с шумом, нужно помнить, что речь идет не обо всех звуках вообще, а лишь о нежелательных, раздражающих, вредно влияющих на организм. Установлено, например, что люди умственного труда, люди с развитой чувствительностью (ученые, представители творческих профессий) ощущают воздействие шума острее, чем представители других форм занятости. Поэтому, с субъективной точки зрения, шум можно определить как всякий нежелательный, мешающий, вредный звук.

Особенно вредны шумы резкие, нестабильные, неожиданные, неритмично повторяющиеся. Люди живут в мире звуков. Звук - механическая волна. Человеческим приемником звука - ухом – как звуки воспринимаются только волны частотой от 16 до 20 000 Гц. Голосом люди могут передавать не только информацию, но и чувства, настроение: радость, гнев, угрозу, насмешку.

V. Домашняя работа: Слайд-16, 17.

1 уровень (по программе): Работа по учебнику.
2 уровень (полутворческий уровень):

Ответить на следующие вопросы:

Зачем при проверке колес вагонов во время стоянки поезда простукивают молоточком?
Как Вы считаете, будут ли восприниматься звуковые волны из окружающей среды человеком, если повреждена какая-либо часть слухового анализатора (ответ обоснуйте)?
Как Вы считаете, каким образом происходит передача звуковых колебаний из окружающей среды к слуховым рецепторам у землян?
Частота колебаний крыльев колибри равна 35-50Гц. Будет ли слышен полет колибри?
Два человека прислушиваются, надеясь услышать шум приближающегося поезда. Один из них приложил ухо к рельсам, другой - нет. Кто из них раньше узнает о приближении поезда и почему?

3 уровень. Найдите аналогичные образования в строении микрофона и органа слуха.

Сравните строение микрофона и органа слуха (слайд-18).

ЛИТЕРАТУРА (слайд-19-20)

Резанова Е.А., Антонова И.П. Биология человека в таблицах, рисунках и схемах.– М..: Издат - школа,1998.
Перевод с англ. О.В. Ивановой. Анатомия человека. Как работает ваше тело. - М.: ООО ТД “Издательство Мир книги”, 2007.- 80-83 с., ил.
Перышкин А.В., Гутник Е.,М. Физика, 9 класс. - М.: Дрофа, 2001.
Мангутова Л.А.,Зефирова Т. П. Популярная экология. – Казань: Экологический фонд Республики Татарстан, 1997.
Цузмет А.М., Петришина О.Л., Биология. Человек и его здоровье. 9 класс. - М.: Просвещение, 1990.
Сонин Н.И., Сапин М. Р. Биология. Человек. 8 класс. – М.: Дрофа, 2001.
Сапин М.Р., Билич Г. Л. Анатомия человека.- М.: Высшая школа, 1989.
Бордовский Г.А. Физические основы естествознания. - М.: Дрофа, 2004.
Богданова Т.Л., Солодова Е. А. Биология. Справочник для старшеклассников и поступающих в ВУЗы. – М.: АСТ – ПРЕСС ШКОЛА, 2004.
Добреньков Г.А. Мировоззренческие функции физической химии // Химия и мировоззрение / Отв. ред. Ю.А. Овчинников. – М.: Наука. – 1986.
Кузьменко Н.Е., Еремин В.В, Начала химии. – М.: Экзамен, 2001.
Кутьина И.В. Формирование научного мировоззрения. Взаимосвязь физики, химии, биологии. // Биология. Еженедельное приложение к газете “Первое сентября”. – 1998. – № 1-10.
Ожерельев Д.И. Формирование научного мировоззрения в преподавании химии. – М.: Высшая школа, 1982.
Чернова Н.М. Экология. - М.: Просвещение, 1988.
Рэймерс Н.П. Охрана природы и окружающей человека среды. - М.: Просвещение, 1992.

Позднее всего в ходе эволюции возникли высшие виды чувствительности - восприятие звуков (слух) и света (). Исключительное значение слуха и зрения состоит в том, что они уже издали сигнализируют о тех или иных предметах и явлениях окружающей среды. Поэтому их называют в физиологии дистантными анализаторами. Высший вид химической чувствительности - обоняние также в значительной мере обладает данным свойством. Однако особой степени развития оно достигает именно в органах слуха и зрения.

Возник на основе чувствительности к механическому раздражению. Однако здесь воспринимаются уже не прикосновения тех или иных предметов, а несравненно более тонкие явления - колебания воздуха. Восприятие же колебаний воздуха имеет колоссальное значение.

Все окружающие нас предметы - твердые тела, жидкости и газы - обладают определенной упругостью. Поэтому при соприкосновении одного тела с другим, а тем более при ударе их друг друга тела эти совершают ряд колебательных движений - попросту говоря, вибрируют, дрожат. В непосредственно окружающей нас природе нет пустоты. Поэтому всякое движение одного предмета приводит к его соприкосновению с другим - предметы вибрируют, а эти колебания передаются воздуху. В результате мы слышим звук - информацию о движении вокруг нас. Дрожит ли наковальня под ударами молота, колеблется ли вода от брошенного в нее камня, дрожат ли голосовые связки певца под напором струи воздуха, дрожат ли страницы книги под перелистывающей их рукой - все это вызывает колебания воздуха, распространяющиеся вокруг со скоростью 340 м в секунду, или 1 км в 3 секунды, и мы слышим звук. Как происходит восприятие его?

Колебания воздуха воздействуют на тонкую, но упругую мембрану, в которую упирается наружный слуховой проход; мембрана эта - барабанная перепонка. Толщина ее - 0,1 мм. От нее через цепочку из трех крохотных косточек, уменьшающих в 50 раз размах колебаний, но зато в 50 раз увеличивающих их силу, колебания передаются жидкости, находящейся во внутреннем ухе. Только здесь, собственно, и начинается восприятие звука. Поскольку барабанная перепонка - это лишь одно из звеньев передачи звука во внутреннее ухо, нарушение ее целости не приводит к потере слуха, хотя, конечно, несколько снижает его.

Главной частью внутреннего уха является трубочка, закрученная в виде улитки, а потому и называемая улиткой. Между ее стенками натянуто около 24 тысяч тончайших волоконец, нитей, длина которых от верхушки улитки к ее основанию постепенно убывает. Это - наши струны. Если перед роялем громко произнести какой-нибудь звук, рояль нам ответит. Если мы пробасили, то рояль ответит низким звуком. Если мы пропищали, то и в ответ услышим высокий звук. Явление это называется резонансом. Каждая струна рояля настроена на звук определенной высоты, т. е. на то, чтобы колебаться с определенной частотой (чем чаще колебания, тем выше кажется звук). Если на струну воздействуют колебания воздуха той же частоты, как и та частота, на которую она настроена, струна резонирует, отвечает.

На том же принципе основано восприятие звука нашим ухом. В связи с разной длиной волоконец каждое из них настроено на определенную частоту колебаний - от 16 до 20 000 в секунду. Длинные волоконца в верхушке улитки воспринимают колебания малой частоты, т. е. низкие звуки, а короткие волоконца основания улитки - частые колебания. Это было доказано учеником И. П. Павлова, тонким экспериментатором Л. А. Андреевым. Метод позволил наконец узнать, слышит ли животное определенные звуки при разрушении той или иной части улитки. Было выяснено, что если разрушить у собаки верхнюю часть улитки, то, сколько бы раз перед кормлением ни давать низкие звуки, условного рефлекса на них не образуется. Это бесспорно доказывает, что животное теперь не воспринимает данных звуков. Таким путем был «прощупан» ряд отделов улитки. Только опыты Л. А. Андреева окончательно доказали, что действительно волоконца улитки - это наши резонаторы. Выдвинувший резонансную теорию слуха еще в прошлом веке знаменитый Г. Гельмгольц не имел возможности доказать ее экспериментально.

Если воздух колеблется чаще чем 20 000 раз в секунду, мы уже не воспринимаем ухом этих колебаний. Их называют ультразвуками. У собаки же, как показали исследования методом условных рефлексов, граница слуха доходит до 40 000 Гц. Значит, собака слышит ультразвуки, недоступные человеку. Этим могут пользоваться, между прочим, цирковые дрессировщики для подачи животному тайных сигналов.

Структурно-функциональная характеристика слухового анализатора

Общие понятия физиологии слухового анализатора

СЛУХОВОЙ АНАЛИЗАТОР

С помощью слухового анализатора человек ориентируется в звуковых сигналах окружающей среды, формирует соответствующие поведенческие реакции, например оборонительные или пищедобывательные. Способность восприятия человеком разговорной и вокальной речи, музыкальных произведений делает слуховой анализатор необходимым компонентом средств общения, познания, приспособления.

Адекватным раздражителем для слухового анализатора являются звуки , т. е. колебательные движения частиц упругих тел, распространяющихся в виде волн в самых различных средах, включая воздушную среду, и воспринимающиеся ухом .

Звуковые волновые колебания (звуковые волны) характеризуются частотой и амплитудой .

Частота звуковых волн определяет высоту звука. Человек различает звуковые волны с частотой от 20 до 20 000 Гц. Звуки, частота которых ниже 20 Гц – инфразвуки и выше 20 000 Гц (20 кГц) – ультразвуки, человеком не ощущаются. Звуковые волны, имеющие синусоидальные, или гармонические, колебания, называют тоном.

Звук, состоящий из не связанных между собой частот, называют шумом . При большой частоте звуковых волн – тон высокий, при малой – низкий.

Второй характеристикой звука, которую различает слуховая сенсорная система, является его сила, зависящая от амплитуды звуковых волн. Сила звука воспринимаются человеком как громкость .

Ощущение громкости нарастает при усилении звука и зависит также от частоты звуковых колебаний, т.е. громкость звучания определяется взаимодействием интенсивности (силы) и высоты (частоты) звука. Единицей измерения громкости звука является бел , в практике обычно используется децибел (дБ), т.е. 0,1 бела. Человек различает звуки также по тембру, или «окраске». Тембр звукового сигнала зависит от спектра, т.е. от состава дополнительных частот – обертонов , которые сопровождают основную частоту – тон . По тембру можно различить звуки одинаковой высоты и громкости, на чем основано узнавание людей по голосу.

Чувствительность слухового анализатора определяется минимальной силой звука, достаточной для возникновения слухового ощущения. В области звуковых колебаний от 1000 до 3000 в секунду, что соответствует человеческой речи, ухо обладает наибольшей чувствительностью. Эта совокупность частот получила название речевой зоны .

Рецепторный (периферический) отдел слухового анализатора, превращающий энергию звуковых волн в энергию нервного возбуждения, представлен рецепторными волосковыми клетками кортиева органа (орган Корти), находящимися в улитке. Слуховые рецепторы (фонорецепторы) относятся к механорецепторам, являются вторичными и представлены внутренними и наружными волосковыми клетками. У человека приблизительно 3500 внутренних и 20 000 наружных волосковых клеток, которые расположены на основной мембране внутри среднего канала внутреннего уха.

Внутреннее ухо (звуковоспринимающий аппарат), а также среднее ухо (звукопередающий аппарат) и наружное ухо (звукоулавливающий аппарат) объединяются в понятие орган слуха (рис. 2.6).

Наружное ухо за счет ушной раковины обеспечивает улавливание звуков, концентрацию их в направлении наружного слухового прохода и усиление интенсивности звуков. Кроме того, структуры наружного уха выполняют защитную функцию, охраняя барабанную перепонку от механических и температурных воздействий внешней среды.

Рис. 2.6. Орган слуха

Среднее ухо (звукопроводящий отдел) представлено барабанной полостью, где расположены три слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. От наружного слухового прохода среднее ухо отделено барабанной перепонкой. Рукоятка молоточка вплетена в барабанную перепонку, другой его конец сочленен с наковальней, которая, в свою очередь, сочленена со стремечком. Стремечко прилегает к мембране овального окна. Площадь барабанной перепонки (70 мм 2) значительно больше площади овального окна (3,2 мм2), благодаря чему происходит усиление давления звуковых волн на мембрану овального окна примерно в 25 раз. Так как рычажный механизм косточек уменьшает амплитуду звуковых волн примерно в 2 раза, то, следовательно, происходит такое же усиление звуковых волн на овальном окне. Таким образом, происходит общее усиление звука средним ухом примерно в 60 –70 раз. Если же учитывать усиливающий эффект наружного уха, то эта величина достигает 180 – 200 раз. Среднее ухо имеет специальный защитный механизм, представленный двумя мышцами: мышцей, натягивающей барабанную перепонку, и мышцей, фиксирующей стремечко. Степень сокращения этих мышц зависит от силы звуковых колебаний. При сильных звуковых колебаниях мышцы ограничивают амплитуду колебаний барабанной перепонки и движение стремечка, предохраняя тем самым рецепторный аппарат во внутреннем ухе от чрезмерного возбуждения и разрушения. При мгновенных сильных раздражениях (удар в колокол) этот защитный механизм не успевает срабатывать. Сокращение обеих мышц барабанной полости осуществляется по механизму безусловного рефлекса, который замыкается на уровне стволовых отделов мозга. В барабанной полости поддерживается давление, равное атмосферному, что очень важно для адекватного восприятия звуков. Эту функцию выполняет евстахиева труба, которая соединяет полость среднего уха с глоткой. При глотании труба открывается, вентилируя полость среднего уха и уравнивая давление в нем с атмосферным. Если внешнее давление быстро меняется (быстрый подъем на высоту), а глотания не происходит, то разность давлений между атмосферным воздухом и воздухом в барабанной полости приводит к натяжению барабанной перепонки и возникновению неприятных ощущений, снижению восприятия звуков.

Внутреннее ухо представлено улиткой – спирально закрученным костным каналом, имеющим 2,5 завитка, который разделен основной мембраной и мембраной Рейснера на три узких части (лестницы). Верхний канал (вестибулярная лестница) начинается от овального окна и соединяется с нижним каналом (барабанной лестницей) через геликотрему (отверстие в верхушке) и заканчивается круглым окном. Оба канала представляют собой единое целое и заполнены перилимфой, сходной по составу со спинномозговой жидкостью. Между верхним и нижним каналами находится средний (средняя лестница). Он изолирован и заполнен эндолимфой. Внутри среднего канала на основной мембране расположен собственно звуковоспринимающий аппарат – орган Корти (кортиев орган) с рецепторными клетками, представляющий периферический отдел слухового анализатора (рис. 2.7).

Основная мембрана вблизи овального окна по ширине составляет 0,04 мм, затем по направлению к вершине она постепенно расширяется, достигая у геликотремы 0,5 мм. Над кортиевым органом лежит текториальная (покровная) мембрана соединительнотканного происхождения, один край которой закреплен, второй - свободен. Волоски наружных и внутренних волосковых клеток соприкасаются с текториальной мембраной. При этом изменяется проводимость ионных каналов рецепторных (волосковых) клеток, формируются микрофонный и суммационный рецепторные потенциалы.

Рис. 2.7. Кортиев орган

Образуется и выделяется медиатор ацетилхолин в синаптическую щель рецепторно-афферентного синапса. Все это приводит к возбуждению волокна слухового нерва, к возникновению в нем потенциала действия. Так происходит трансформация энергии звуковых волн в нервный импульс. Каждое волокно слухового нерва имеет кривую частотной настройки, которая называется также частотно-пороговой кривой. Этот показатель характеризует площадь рецептивного поля волокна, которая может быть узкой или широкой. Узкой она бывает при тихих звуках, а при увеличении их интенсивности расширяется.

Проводниковый отдел слухового анализатора представлен периферическим биполярным нейроном, расположенным в спиральном ганглии улитки (первый нейрон). Волокна слухового (или кохлеарного) нерва, образованные аксонами нейронов спирального ганглия, заканчиваются на клетках ядер кохлеарного комплекса продолговатого мозга (второй нейрон). Затем после частичного перекреста волокна идут в медиальное коленчатое тело метаталамуса, где опять происходит переключение (третий нейрон), отсюда возбуждение поступает в кору (четвертый нейрон). В медиальных (внутренних) коленчатых телах, а также в нижних буграх четверохолмия располагаются центры рефлекторных двигательных реакций, возникающих при действии звука.

Центральный, или корковый, отдел слухового анализатора находится в верхней части височной доли большого мозга (верхняя височная извилина, поля 41 и 42 по Бродману). Важное значение для функции слухового анализатора имеют поперечные височные извилины (извилины Гешля).

Слуховая сенсорная система дополняется механизмами обратной связи, обеспечивающими регуляцию деятельности всех уровней слухового анализатора с участием нисходящих путей. Такие пути начинаются от клеток слуховой коры, переключаясь последовательно в медиальных коленчатых телах метаталамуса, задних (нижних) буграх четверохолмия, в ядрах кохлеарного комплекса. Входя в состав слухового нерва, центробежные волокна достигают волосковых клеток кортиева органа и настраивают их на восприятие определенных звуковых сигналов.

Восприятие высоты, силы звука и локализации источника звука начинается с попадания звуковых волн в наружное ухо, где они приводят в движение барабанную перепонку. Колебания барабанной перепонки через систему слуховых косточек среднего уха передаются на мембрану овального окна, что вызывает колебание перилимфы вестибулярной (верхней) лестницы. Эти колебания через геликотрему передаются перилимфе барабанной (нижней) лестницы и доходят до круглого окна, смещая его мембрану по направлению к полости среднего уха (рис. 2.8).

Колебания перилимфы передаются также на эндолимфу перепончатого (среднего) канала, что приводит в колебательные движения основную мембрану, состоящую из отдельных волокон, натянутых, как струны рояля. При действии звука волокна мембраны приходят в колебательные движения вместе с рецепторными клетками кортиева органа, расположенными на них. При этом волоски рецепторных клеток контактируют с текториальной мембраной, реснички волосковых клеток деформируются. Возникает вначале рецепторный потенциал, а затем потенциал действия (нервный импульс), который далее проводится по слуховому нерву и передается в другие отделы слухового анализатора.

Электрические явления в улитке. В улитке можно зарегистрировать пять различных электрических феноменов.

1. Мембранный потенциал слуховой рецепторной клетки характеризует состояние покоя.

2. Потенциал эндолимфы, или эндокохлеарный потенциал, обусловлен различным уровнем окислительно-восстановительных процессов в каналах улитки, в результате чего возникает разность потенциалов (80 мВ) между перилимфой среднего канала улитки (потенциал которой имеет положительный заряд) и содержимым верхнего и нижнего каналов. Этот эндокохлеарный потенциал оказывает влияние на мембранный потенциал слуховых рецепторных клеток, создавая у них критический уровень поляризации, при котором незначительное механическое воздействие во время контакта волосковых рецепторных клеток с текториальной мембраной приводит к возникновению в них возбуждения.

Рис. 2.8. Каналы улитки:

а – среднее и внутреннее ухо в разрезе (по П. Линдсею и Д. Норману, 1974); б – распространение звуковых колебаний в улитке

3. Микрофонный эффект улитки был получен в эксперименте на кошках. Электроды, введенные в улитку, соединялись с усилителем и громкоговорителем. Если рядом с ухом кошки произносили различные слова, то их можно услышать, находясь у громкоговорителя в другом помещении. Этот потенциал генерируется на мембране волосковой клетки в результате деформации волосков при соприкосновении с текториальной мембраной. Частота микрофонных потенциалов соответствует частоте звуковых колебаний, а амплитуда потенциалов в определенных границах пропорциональна интенсивности звуков речи. Звуковые колебания, действующие на внутреннее ухо, приводят к тому, что возникающий микрофонный эффект накладывается на эндокохлеарный потенциал и вызывает его модуляцию.

4. Суммационный потенциал отличается от микрофонного потенциала тем, что отражает не форму звуковой волны, а ее огибающую. Он представляет собой совокупность микрофонных потенциалов, возникающих при действии сильных звуков с частотой выше 4000 – 5000 Гц. Микрофонный и суммационный потенциалы связывают с деятельностью наружных волосковых клеток и рассматривают как рецепторные потенциалы.

5. Потенциал действия слухового нерва регистрируется в его волокнах, частота импульсов соответствует частоте звуковых волн, если она не превышает 1000 Гц. При действии более высоких тонов частота импульсов в нервных волокнах не возрастает, так как 1000 имп/с – это почти максимально возможная частота генерации импульсов в волокнах слухового нерва. Потенциал действия в нервных окончаниях регистрируется через 0,5 –1,0 мс после возникновения микрофонного эффекта, что свидетельствует о синаптической передаче возбуждения с волосковой клетки на волокно слухового нерва.

Восприятие звуков различной высоты (частоты), согласно резонансной теории Гельмгольца, обусловлено тем, что каждое волокно основной мембраны настроено на звук определенной частоты. Так, звуки низкой частоты воспринимаются длинными волнами основной мембраны, расположенными ближе к верхушке улитки, звуки высокой частоты воспринимаются короткими волокнами основной мембраны, расположенными ближе к основанию улитки. При действии сложного звука возникают колебания различных волокон мембраны.

В современной интерпретации резонансный механизм лежит в основе теории места, в соответствии с которой в состояние колебания вступает вся мембрана. Однако максимальное отклонение основной мембраны улитки происходит только в определенном месте. При увеличении частоты звуковых колебаний максимальное отклонение основной мембраны смещается к основанию улитки, где располагаются более короткие волокна основной мембраны, – у коротких волокон возможна более высокая частота колебаний. Возбуждение волосковых клеток именно этого участка мембраны при посредстве медиатора передается на волокна слухового нерва в виде определенного числа импульсов, частота следования которых ниже частоты звуковых волн (лабильность нервных волокон не превышает 800 – 1000 Гц). Частота воспринимаемых звуковых волн достигает 20 000 Гц. Таким способом осуществляется пространственный тип кодирования высоты и частоты звуковых сигналов.

При действии тонов примерно до 800 Гц кроме пространственного кодирования происходит еще и временное (частотное) кодирование, при котором информация передается также по определенным волокнам слухового нерва, но в виде импульсов (залпов), частота следования которых повторяет частоту звуковых колебаний. Отдельные нейроны на разных уровнях слуховой сенсорной системы настроены на определенную частоту звука, т.е. каждый нейрон имеет свой специфический частотный порог, свою определенную частоту звука, на которую реакция нейрона максимальна. Таким образом, каждый нейрон из всей совокупности звуков воспринимает лишь определенные достаточно узкие участки частотного диапазона, не совпадающие между собой, а совокупности нейронов воспринимают весь частотный диапазон слышимых звуков, что и обеспечивает полноценное слуховое восприятие.

Правомерность этого положения подтверждается результатами протезирования слуха человека, когда электроды вживлялись в слуховой нерв, а его волокна раздражались электрическими импульсами разных частот, которые соответствовали звукосочетаниям определенных слов и фраз, обеспечивая смысловое восприятие речи.

Анализ интенсивности звука также осуществляется в слуховой сенсорной системе. При этом сила звука кодируется как частотой импульсов, так и числом возбужденных рецепторов и соответствующих нейронов. В частности, наружные и внутренние волосковые рецепторные клетки имеют разные пороги возбуждения. Внутренние клетки возбуждаются при большей силе звука, чем наружные. Кроме того, у внутренних клеток пороги возбуждения также различны. В связи с этим в зависимости от интенсивности звука меняются соотношение возбужденных рецепторных клеток кортиева органа и характер импульсации, поступающей в ЦНС. Нейроны слуховой сенсорной системы имеют различные пороги реакций. При слабом звуковом сигнале в реакцию вовлекается лишь небольшое число более возбудимых нейронов, а при усилении звука возбуждаются нейроны с меньшей возбудимостью.

Необходимо отметить, что кроме воздушной проводимости имеется костная проводимость звука, т.е. проведение звука непосредственно через кости черепа. При этом звуковые колебания вызывают вибрацию костей черепа и лабиринта, что приводит к повышению давления перилимфы в вестибулярном канале больше, чем в барабанном, так как перепонка, закрывающая круглое окно, эластична, а овальное окно закрыто стремечком. В результате этого происходит смещение основной мембраны, так же как и при воздушной передаче звуковых колебаний.

Определение локализации источника звука возможно с помощью бинаурального слуха, т. е. способности слышать одновременно двумя ушами. Благодаря бинауральному слуху человек способен более точно локализовать источник звука, чем при монауральном слухе, и определять направление звука. Для высоких звуков определение их источника обусловлено разницей силы звука, поступающего к обоим ушам, вследствие различной их удаленности от источника звука. Для низких звуков важной является разность во времени между приходом одинаковых фаз звуковой волны к обоим ушам.

Определение местоположения звучащего объекта осуществляется либо путем восприятия звуков непосредственно от звучащего объекта – первичная локализация, либо путем восприятия отраженных от объекта звуковых волн – вторичная локализация, или эхолокация. При помощи эхолокации ориентируются в пространстве некоторые животные (дельфины, летучие мыши).

Слуховая адаптация – это изменение слуховой чувствительности в процессе действия звука. Она складывается из соответствующих изменений функционального состояния всех отделов слухового анализатора. Ухо, адаптированное к тишине, обладает более высокой чувствительностью к звуковым раздражениям (слуховая сенситизация). При длительном слушании слуховая чувствительность снижается. Большую роль в слуховой адаптации играет ретикулярная формация, которая не только изменяет активность проводникового и коркового отделов слухового анализатора, но и за счет центробежных влияний регулирует чувствительность слуховых рецепторов, определяя уровень их «настройки» на восприятие слуховых раздражителей.

В органе слуха выделяют:

Наружное,

Среднее

Внутреннее ухо.

Наружное ухо включает ушную раковину и наружный слуховой проход, отграниченный от среднего уха барабанной перепонкой. Ушная раковина, приспособленная для улавливания звуков, образована эластическим хрящом, покрытым кожей. Нижняя часть ушной раковины (мочка) представляет собой кожную складку, не содержащую хряща. К височной кости ушная раковина прикреплена связками.

Наружный слуховой проход имеет хрящевую и костную части. В месте, где хрящевая часть переходит в костную, слуховой проход имеет сужение и изгиб. Длина наружного слухового прохода у взрослого человека около 33-35 мм, диаметр его просвета колеблется на разных участках от 0,8 до 0,9 см. Выстлан наружный слуховой проход кожей, в которой имеются трубчатые железы (видоизмененные потовые), вырабатывающие секрет желтоватого цвета - ушную серу.

Барабанная перепонка отделяет наружное ухо от среднего. Оно представляет собой соединительнотканную пластинку, снаружи покрытую тонкой кожей, а изнутри, со стороны барабанной полости, слизистой оболочкой. В центре барабанной перепонки имеется вдавление (пупок барабанной перепонки) - место прикрепления к перепонке одной из слуховых косточек - молоточка. У барабанной перепонки различают верхнюю тонкую, не содержащую коллагеновых волокон свободную, ненатянутую часть и нижнюю упругую, натянутую часть. Перепонка расположена косо, она образует с горизонтальной плоскостью угол в 45-55, открытый в латеральную сторону.

Среднее ухо располагается внутри пирамиды височной кости, оно включает барабанную полость и слуховую трубу, соединяющую барабанную полость с глоткой. Барабанная полость, имеющая объем около 1 см 3 , находится между барабанной перепонкой снаружи и внутренним ухом с медиальной стороны. В барабанной полости, выстланной слизистой оболочкой, находятся три слуховые косточки, подвижно соединенные друг с другом (молоточек, наковальня и стремя), передающие колебание барабанной перепонки во внутреннее ухо.

Движение слуховых косточек сдерживают прикрепляющиеся к ним миниатюрные мышцы - стременная мышца и мышца, натягивающая барабанную перепонку.

У барабанной полости имеется шесть стенок. Верхняя стенка (покрышечная) отделяет барабанную полость от полости черепа. Нижняя стенка (яремная) прилежит к яремной ямке височной кости. Медиальная стенка (лабиринтная) отделяет барабанную полость от внутреннего уха.

В этой стенке имеются овальное окно преддверия, закрытое основанием стремени, и круглое окно улитки, затянутое вторичной барабанной перепонкой. Латеральная стенка (перепончатая) образована барабанной перепонкой и окружающими ее отделами височной кости. На задней (сосцевидной) стенке находится отверстие - вход в сосцевидную пещеру. Ниже этого отверстия имеется пирамидальное возвышение, внутри которого располагается стременная мышца. Передняя (сонная) стенка отделяет барабанную полость от канала внутренней сонной артерии. На этой стенке открывается барабанное отверстие слуховой трубы, имеющей костную и хрящевую части. Костная часть представляет собой полуканал слуховой трубы, являющийся нижним отделом мышечно-трубного канала. В верхнем полуканале находится мышца, напрягающая барабанную перепонку.

Внутреннее ухо расположено в пирамиде височной кости между барабанной полостью и внутренним слуховым проходом. Оно представляет собой систему узких костных полостей (лабиринтов), содержащих рецепторные аппараты, воспринимающих звук и изменения положения тела.

В костных полостях, выстланных надкостницей, располагается перепончатый лабиринт, повторяющий форму костного лабиринта. Между перепончатым лабиринтом и костными стенками имеется узкая щель - перилимфатическое пространство, заполненное жидкостью - перилимфой.

Костный лабиринт состоит из преддверия, трех полукружных каналов и улитки. Костное преддверие имеет форму овальной полости, сообщающейся с полукружными каналами. На латеральной стенке костного преддверия имеется овальной формы окно преддверия, закрытое основанием стремени. На уровне начала улитки находится круглое окно улитки, затянутое эластичной мембраной, Три костных полукружных канала лежат в трех взаимноперпендикулярных плоскостях. В сагиттальной плоскости располагается передний полукружный канал, в горизонтальной - латеральный, во фронтальной - задний канал. Каждый полукружный канал имеет по две ножки, одна из которых (ампулярная костная ножка) перед впадением в преддверие образует расширение - ампулу. Ножки переднего и заднего полукружных каналов соединяются и образуют общую костную ножку, Поэтому три канала открываются в преддверие пятью отверстиями.

Костная улитка имеет 2,5 завитка вокруг горизонтально лежащего стержня. Вокруг стержня наподобие винта закручена костная спиральная пластинка, пронизанная тонкими канальцами, В этих канальцах проходят волокна улитковой части преддверно-улиткового нерва. В основании пластинки расположен спиральный канал, в котором лежит спиральный нервный узел. Пластинка вместе с соединяющимся с ней перепончатым улитковым протоком делит полость канала улитки на две спирально извитые полости - лестницы (преддверную и барабанную), сообщающиеся между собой в области купола улитки.

Стенки перепончатого лабиринта образованы соединительной тканью. Перепончатый лабиринт заполнен жидкостью - эндолимфой, которая через эндолимфатический проток, проходящий в водопроводе преддверия, оттекает в эндолимфатический мешок, лежащий в толще твердой мозговой оболочки на задней поверхности пирамиды. Из перилимфатического пространства перилимфа по перилимфатическому протоку, проходящему в канальце улитки, оттекает в подпаутинное пространство на нижней поверхности пирамиды височной кости.

Благовещенский собор Московского Кремля

Один из древнейших храмов Московского Кремля стоит на краю Соборной площади на бровке Боровицкого холма. Много веков...
Чем запомнился депутат госдумы от новгородской области александр коровников Депутат государственной думы александр коровников

10 августа в возрасте 63 лет умер Александр Коровников - депутат Госдумы от Новгородской области, член фракции "Единая...
Консервируем сочные груши целиком

Как вкусно и необычно приготовить груши на зиму, чтобы угощать всю семью морозными днями ароматным и витаминным летним...
Значение варнава, апостол в православной энциклопедии древо Апостолов варнавой

[арам. ; греч. Βαρνάβας] († ок. 57), ап. от 70 (пам. 11 июня и в Соборе 70 апостолов). Считается основателем Кипрской...
Запеченная утка с грушами Готовим утиные окорочка «Дюшес» в духовке

Ну что, пора начинать готовиться к новогодним праздникам? Даже не знаю, существует ли более рождественское основное...
К чему снится невеста? К чему приснился жених

Увиденная во сне невеста символизирует наивность и чистоту помыслов в реальной жизни. Она может быть в обуви, фате, на...

2024-03-29 00:56:25

Самая сильная православная молитва от сглаза и порчи

Я хочу подарить Вам самую сильную молитву от колдовства и порчи, что есть у меня. Я никогда и нигде не видела...
2024-03-28 05:03:22

Сонник: к чему снится церковь во сне

несколько толкований. церковь – Вас икона, значит, ваши к веселью и жизненному опыту. (Например, и...

2024-03-23 01:05:07

Где в россии самая дешевая недвижимость Где самая недорогая недвижимость

Говоря о покупке недвижимости за границей, часто упоминают о достопримечательностях страны, о ее истории и...
2024-03-22 01:01:08

Салат с колбасным сыром: рецепты Салат с колбасным сыром и маринованным луком

Копченый сыр прекрасно сочетается с сырой морковью, и именно с таким сыром салат получается более нежным....

2024-03-22 01:01:08

Соус из лука Соус из лука и масла

Профессионалы кулинарии небезосновательно считают, что луковый соус – это универсальная подлива к мясным,...
2024-03-21 01:05:07

Диетический чизкейк. Вкусная коллекция. Нежный чизкейк из творога. Вкуснейшее низкокалорийное лакомство! Побалуйте себя, даже на диете, в честь праздника весны

Калорийность: 1450 Белки/100г: 11 Углеводы/100г: 15 Если вы любите чизкейк, но содержание калорий в этом...

2024-03-19 01:00:06

Заказать электронную выписку из егрюл с эцп

Выписка из Единого государственного реестра юридических лиц (далее – ЕГРЮЛ) является документом, содержащим...
2024-03-14 01:08:07

Вячеслав Лысаков, депутат Госдумы: биография, политическая деятельность и семья

Это очень успешный человек, подающий надежды.К вершинамВячеслав Лысаков - самый обычный, из народа, с добрым...

2024-03-13 01:02:06
Оформляем счёт-фактуру правильно

Осуществление предпринимательской деятельности осложняется созданием внушительного количества документов....
2024-03-10 01:00:50
Как приготовить ризотто в домашних условиях

Итальянское блюдо – ризотто известно во всем мире. Не каждому удается приготовить его с первого раза дома....
2024-03-09 01:08:54
Кастрюля: к чему снится сон

Если приснилась большая кастрюля, ждите многочисленных гостей. Вероятно, их прибытие будет связано с...
2024-03-09 01:08:54
Гадание по кофе: волшебство в каждой чашке

Гадание на кофейной гуще пользуется популярностью, интригуя знаками судьбы, роковыми символами на дне чашки....
2024-03-08 01:10:15
Заготовка щавеля на зиму Щавель соленый арахис в банке что делать

Щавель используется в кулинарии для придания готовым блюдам легкого кисловатого вкуса. Зеленый борщ,...
2024-03-06 01:11:08
Льняная каша - польза и вред

Льняное семя – очень полезный, доступный продукт, его добавляют к овощным салатам, разнообразным кашам....
2024-04-14 00:58:38
Благовещенский собор Московского Кремля

Один из древнейших храмов Московского Кремля стоит на краю Соборной площади на бровке Боровицкого холма....

2024-04-14 00:58:38

Чем запомнился депутат госдумы от новгородской области александр коровников Депутат государственной думы александр коровников

10 августа в возрасте 63 лет умер Александр Коровников - депутат Госдумы от Новгородской области, член фракции...
2024-04-11 00:58:49

Консервируем сочные груши целиком

Как вкусно и необычно приготовить груши на зиму, чтобы угощать всю семью морозными днями ароматным и витаминным...

Особенности восприятия звука человеком. Восприятие звука человеческим ухом От чего зависит восприятие звука

Внешнее (наружнее) ухо

Среднее ухо

Внутреннее ухо

Особенности восприятия и формирования речи

Особенности слухового восприятия, безопасность прослушивания, слуховые пороги, адаптация, правильный уровень громкости

Психоакустика и особенности восприятия

Понятие созвучности, музыкальной созвучности

Локализация звука

Случайные статьи

Благовещенский собор Московского Кремля

Чем запомнился депутат госдумы от новгородской области александр коровников Депутат государственной думы александр коровников

Консервируем сочные груши целиком

Значение варнава, апостол в православной энциклопедии древо Апостолов варнавой

Запеченная утка с грушами Готовим утиные окорочка «Дюшес» в духовке

К чему снится невеста? К чему приснился жених

Реклама

Низкий гемоглобин

Самая сильная православная молитва от сглаза и порчи

Сонник: к чему снится церковь во сне

АЛТ и АСТ

Где в россии самая дешевая недвижимость Где самая недорогая недвижимость

Салат с колбасным сыром: рецепты Салат с колбасным сыром и маринованным луком

Лимфоциты

Соус из лука Соус из лука и масла

Диетический чизкейк. Вкусная коллекция. Нежный чизкейк из творога. Вкуснейшее низкокалорийное лакомство! Побалуйте себя, даже на диете, в честь праздника весны

Лейкоциты

Заказать электронную выписку из егрюл с эцп

Вячеслав Лысаков, депутат Госдумы: биография, политическая деятельность и семья

Новое

Оформляем счёт-фактуру правильно

Как приготовить ризотто в домашних условиях

Кастрюля: к чему снится сон

Гадание по кофе: волшебство в каждой чашке

Заготовка щавеля на зиму Щавель соленый арахис в банке что делать

Льняная каша - польза и вред

Благовещенский собор Московского Кремля

Популярное

Чем запомнился депутат госдумы от новгородской области александр коровников Депутат государственной думы александр коровников

Консервируем сочные груши целиком