19.07.2019

Peculiaridades da percepção sonora humana. Percepção do som pelo ouvido humano O que determina a percepção do som

Uma pessoa percebe o som através do ouvido (Fig.).

Há uma pia localizada do lado de fora ouvido externo , passando para o canal auditivo com diâmetro D 1 = 5mm e comprimento 3 cm.

Em seguida vem o tímpano, que vibra sob a influência de uma onda sonora (ressoa). A membrana está ligada aos ossos ouvido médio , transmitindo vibração para outra membrana e posteriormente para o ouvido interno.

Ouvido interno parece um tubo torcido (“caracol”) com líquido. O diâmetro deste tubo D 2 = 0,2mm comprimento 3 – 4 centímetros longo.

Como as vibrações do ar em uma onda sonora são fracas para excitar diretamente o fluido na cóclea, o sistema do ouvido médio e interno, juntamente com suas membranas, desempenham o papel de um amplificador hidráulico. A área do tímpano do ouvido interno é menor que a área da membrana do ouvido médio. A pressão exercida pelo som nos tímpanos é inversamente proporcional à área:

Portanto, a pressão no ouvido interno aumenta significativamente:

No ouvido interno, outra membrana (longitudinal) é esticada em toda a sua extensão, dura no início da orelha e macia na extremidade. Cada seção desta membrana longitudinal pode vibrar em sua própria frequência. Na seção dura, as oscilações de alta frequência são excitadas e, na seção suave, as oscilações de baixa frequência são excitadas. Ao longo desta membrana está o nervo vestibulococlear, que sente as vibrações e as transmite ao cérebro.

Menor frequência de vibração de uma fonte sonora 16-20Hzé percebido pelo ouvido como um som grave e baixo. Região maior sensibilidade auditiva captura parte das subfaixas de frequência média e parte das subfaixas de alta frequência e corresponde à faixa de frequência de 500Hz antes 4-5kHz . A voz humana e os sons produzidos pela maioria dos processos da natureza que são importantes para nós têm uma frequência no mesmo intervalo. Neste caso, sons com frequências que variam de 2 kHz antes 5 kHz ouvido pelo ouvido como um som de toque ou assobio. Em outras palavras, a informação mais importante é transmitida em frequências de áudio até aproximadamente 4-5kHz.

Inconscientemente, uma pessoa divide os sons em “positivos”, “negativos” e “neutros”.

Sons negativos incluem sons que antes eram desconhecidos, estranhos e inexplicáveis. Eles causam medo e ansiedade. Estes também incluem sons de baixa frequência, por exemplo, uma batida baixa de tambor ou o uivo de um lobo, pois despertam medo. Além disso, o medo e o horror são despertados por sons inaudíveis de baixa frequência (infra-som). Exemplos:

Na década de 30 do século 20, um enorme tubo de órgão foi usado como efeito de palco em um dos teatros de Londres. O infra-som deste cano fez tremer todo o edifício e o terror instalou-se nas pessoas.

Funcionários do Laboratório Nacional de Física da Inglaterra conduziram um experimento adicionando frequências ultrabaixas (infra-som) ao som de instrumentos acústicos convencionais de música clássica. Os ouvintes sentiram um declínio no humor e uma sensação de medo.

No Departamento de Acústica da Universidade Estadual de Moscou, foram realizados estudos sobre a influência do rock e da música pop no corpo humano. Descobriu-se que a frequência do ritmo principal da composição “Deep People” causa excitação incontrolável, perda de controle sobre si mesmo, agressividade para com os outros ou emoções negativas para consigo mesmo. A música “The Beatles”, à primeira vista eufônica, acabou se revelando prejudicial e até perigosa, pois tem um ritmo básico de cerca de 6,4 Hz. Esta frequência ressoa com as frequências do tórax, cavidade abdominal e está próxima da frequência natural do cérebro (7 Hz). Portanto, ao ouvir essa composição, os tecidos do abdômen e do tórax começam a doer e a entrar em colapso gradativamente.

O infra-som causa vibrações em vários sistemas do corpo humano, em particular no sistema cardiovascular. Isto tem efeitos adversos e pode levar, por exemplo, à hipertensão. Oscilações na frequência de 12 Hz podem, se sua intensidade exceder um limite crítico, causar a morte de organismos superiores, incluindo humanos. Esta e outras frequências de infra-som estão presentes no ruído industrial, no ruído rodoviário e em outras fontes.

Comente: Nos animais, a ressonância das frequências musicais e das frequências naturais pode levar ao colapso da função cerebral. Quando soa “metal rock”, as vacas param de dar leite, mas os porcos, ao contrário, adoram o metal rock.

Os sons de um riacho, da maré ou do canto dos pássaros são positivos; eles induzem calma.

Além disso, o rock nem sempre é ruim. Por exemplo, a música country tocada no banjo ajuda na recuperação, embora tenha um efeito negativo na saúde logo no início da doença.

Sons positivos incluem melodias clássicas. Por exemplo, cientistas americanos colocaram bebês prematuros em caixas para ouvir músicas de Bach e Mozart, e as crianças rapidamente se recuperaram e ganharam peso.

O toque da campainha tem um efeito benéfico na saúde humana.

Qualquer efeito sonoro é potencializado no crepúsculo e na escuridão, pois a proporção da informação recebida pela visão diminui

Absorção sonora no ar e superfícies envolventes

Absorção de som no ar

Em cada momento, em qualquer ponto da sala, a intensidade do som é igual à soma da intensidade do som direto que emana diretamente da fonte e da intensidade do som refletido nas superfícies envolventes da sala:

Quando o som se propaga no ar atmosférico e em qualquer outro meio, ocorrem perdas de intensidade. Estas perdas são devidas à absorção de energia sonora no ar e nas superfícies envolventes. Vamos considerar a absorção sonora usando teoria das ondas .

Absorção som é o fenômeno da transformação irreversível da energia de uma onda sonora em outro tipo de energia, principalmente na energia do movimento térmico das partículas do meio. A absorção sonora ocorre tanto no ar quanto quando o som é refletido nas superfícies envolventes.

Absorção de som no ar acompanhada por uma diminuição da pressão sonora. Deixe o som viajar ao longo da direção R da fonte. Então dependendo da distância R em relação à fonte sonora, a amplitude da pressão sonora diminui de acordo com lei exponencial :

, (63)

Onde p 0 – pressão sonora inicial em R = 0

 – coeficiente de absorção som. A fórmula (63) expressa lei da absorção sonora .

Significado físico coeficiente  é que o coeficiente de absorção é numericamente igual ao inverso da distância na qual a pressão sonora diminui em e = 2,71 uma vez:

Unidade SI:

Como a força sonora (intensidade) é proporcional ao quadrado da pressão sonora, então o mesmo lei da absorção sonora pode ser escrito como:

, (63*)

Onde EU 0 – intensidade sonora (intensidade) perto da fonte sonora, ou seja, em R = 0 :

Gráficos de dependência p som (R) E EU(R) são apresentados na Fig. 16.

Da fórmula (63*) segue-se que para o nível de intensidade sonora a equação é válida:

. (64)

Portanto, a unidade SI do coeficiente de absorção é: neper por metro

Além disso, pode ser calculado em belah por metro (b/m) ou decibéis por metro (dB/m).

Comente: A absorção sonora pode ser caracterizada fator de perda , que é igual

, (65)

Onde  – comprimento de onda do som, produto  – eu coeficiente de atenuação ogarítmica som. Um valor igual ao recíproco do coeficiente de perda

chamado fator de qualidade .

Ainda não existe uma teoria completa da absorção sonora no ar (atmosfera). Numerosas estimativas empíricas fornecem valores diferentes para o coeficiente de absorção.

A primeira teoria (clássica) de absorção sonora foi criada por Stokes e baseia-se na consideração da influência da viscosidade (atrito interno entre as camadas de um meio) e da condutividade térmica (equalização de temperatura entre as camadas de um meio). Simplificado Fórmula de Stokes tem o formato:

, (66)

Onde  – viscosidade do ar,  – Razão de Poisson,  0 – densidade do ar a 0 0 C,  – velocidade do som no ar. Para condições normais, esta fórmula terá a forma:

. (66*)

No entanto, a fórmula de Stokes (63) ou (63*) é válida apenas para monoatômico gases cujos átomos têm três graus de liberdade translacional, ou seja, quando  =1,67 .

Para gases de 2, 3 ou moléculas poliatômicas significado  significativamente mais, uma vez que o som excita graus de liberdade rotacional e vibracional das moléculas. Para tais gases (incluindo ar), a fórmula é mais precisa

, (67)

Onde T n = 273,15 mil – temperatura absoluta de derretimento do gelo (ponto triplo), p n = 1,013 . 10 5 Pai – pressão atmosférica normal, T E p– temperatura real (medida) e pressão atmosférica,  =1,33 para gases diatômicos,  =1,33 para gases tri e poliatômicos.

Absorção sonora por superfícies envolventes

Absorção sonora por superfícies envolventes ocorre quando o som é refletido por eles. Nesse caso, parte da energia da onda sonora é refletida e provoca o aparecimento de ondas sonoras estacionárias, e a outra energia é convertida na energia do movimento térmico das partículas do obstáculo. Esses processos são caracterizados pelo coeficiente de reflexão e pelo coeficiente de absorção da estrutura envolvente.

Coeficiente de reflexão o som de um obstáculo é quantidade adimensional igual à razão entre a parte da energia das ondasC negativo , refletido do obstáculo, para toda a energia da ondaC almofada caindo em um obstáculo

A absorção sonora por um obstáculo é caracterizada por coeficiente de absorção – quantidade adimensional igual à razão entre a parte da energia das ondasC absorvente engolido por um obstáculo(e transformada na energia interna da substância barreira), para toda a energia das ondasC almofada caindo em um obstáculo

Coeficiente de absorção médio o som por todas as superfícies envolventes é igual

, (68*)

Onde  eu – coeficiente de absorção sonora do material eu o obstáculo, S i – área eu os obstáculos, S– área total de obstáculos, n- número de obstáculos diferentes.

Desta expressão podemos concluir que o coeficiente de absorção médio corresponde a um único material que poderia cobrir todas as superfícies das barreiras da sala, mantendo ao mesmo tempo absorção sonora total (A ), igual

. (69)

Significado físico da absorção sonora total (A): é numericamente igual ao coeficiente de absorção sonora de uma abertura aberta com área de 1 m2.

A unidade de medida para absorção sonora é chamada sabin:

Tendo considerado a teoria da propagação e os mecanismos pelos quais as ondas sonoras surgem, é útil compreender como o som é “interpretado” ou percebido pelos humanos. Um órgão emparelhado, o ouvido, é responsável pela percepção das ondas sonoras no corpo humano. Ouvido humano- um órgão muito complexo que é responsável por duas funções: 1) percebe os impulsos sonoros 2) atua como aparelho vestibular de todo o corpo humano, determina a posição do corpo no espaço e proporciona a capacidade vital de manter o equilíbrio. O ouvido humano médio é capaz de detectar vibrações de 20 a 20.000 Hz, mas existem desvios para cima ou para baixo. Idealmente, a faixa de frequência audível é de 16 a 20.000 Hz, o que também corresponde a um comprimento de onda de 16 m a 20 cm. O ouvido é dividido em três componentes: ouvido externo, médio e interno. Cada uma dessas “divisões” desempenha sua própria função, mas todas as três divisões estão intimamente conectadas entre si e na verdade transmitem ondas sonoras entre si.

Ouvido externo (externo)

O ouvido externo consiste no pavilhão auricular e no canal auditivo externo. A aurícula é uma cartilagem elástica de formato complexo, coberta por pele. Na parte inferior da aurícula existe um lóbulo, que consiste em tecido adiposo e também é coberto por pele. A aurícula atua como um receptor de ondas sonoras do espaço circundante. O formato especial da estrutura da orelha permite uma melhor captação dos sons, principalmente os sons da faixa média de frequência, responsável pela transmissão das informações da fala. Esse fato se deve em grande parte à necessidade evolutiva, já que a pessoa passa a maior parte de sua vida em comunicação oral com representantes de sua espécie. A aurícula humana está praticamente imóvel, ao contrário de um grande número de representantes da espécie animal, que utilizam os movimentos do ouvido para sintonizar com mais precisão a fonte sonora.

As dobras da orelha humana são desenhadas de forma a introduzir correções (pequenas distorções) quanto à localização vertical e horizontal da fonte sonora no espaço. É devido a esta característica única que uma pessoa é capaz de determinar com bastante clareza a localização de um objeto no espaço em relação a si mesma, guiada apenas pelo som. Este recurso também é conhecido pelo termo "localização de som". A principal função da orelha é captar o maior número possível de sons na faixa de frequência audível. O futuro destino das ondas sonoras “capturadas” é decidido no canal auditivo, cujo comprimento é de 25 a 30 mm. Nele, a parte cartilaginosa da aurícula externa passa para o osso, e a superfície da pele do canal auditivo é dotada de glândulas sebáceas e sulfurosas. No final do canal auditivo existe um tímpano elástico, ao qual chegam as vibrações das ondas sonoras, causando assim suas vibrações de resposta. O tímpano, por sua vez, transmite essas vibrações resultantes ao ouvido médio.

Ouvido médio

As vibrações transmitidas pelo tímpano entram em uma área do ouvido médio chamada “região timpânica”. Trata-se de uma área com volume de cerca de um centímetro cúbico na qual estão localizados três ossículos auditivos: martelo, bigorna e estribo. São esses elementos “intermediários” que desempenham a função mais importante: transmitir as ondas sonoras ao ouvido interno e simultaneamente amplificá-las. Os ossículos auditivos representam uma cadeia extremamente complexa de transmissão sonora. Todos os três ossos estão intimamente ligados entre si, bem como ao tímpano, devido ao qual as vibrações são transmitidas “ao longo da cadeia”. Na abordagem da região do ouvido interno existe uma janela do vestíbulo, que é bloqueada pela base do estribo. Para equalizar a pressão em ambos os lados do tímpano (por exemplo, em caso de alterações na pressão externa), a área do ouvido médio é conectada à nasofaringe através da trompa de Eustáquio. Todos conhecemos o efeito de ouvidos entupidos, que ocorre justamente por causa desse ajuste fino. Do ouvido médio, as vibrações sonoras, já amplificadas, entram na região do ouvido interno, a mais complexa e sensível.

Ouvido interno

A forma mais complexa é o ouvido interno, chamado de labirinto por esse motivo. O labirinto ósseo inclui: vestíbulo, cóclea e canais semicirculares, bem como o aparelho vestibular, responsável pelo equilíbrio. A cóclea está diretamente relacionada à audição neste contexto. A cóclea é um canal membranoso em forma de espiral preenchido com líquido linfático. No interior, o canal é dividido em duas partes por outra partição membranosa denominada “membrana principal”. Esta membrana consiste em fibras de vários comprimentos (mais de 24.000 no total), esticadas como cordas, cada corda ressoando com seu som específico. O canal é dividido por uma membrana nas escalas superior e inferior, comunicando-se no ápice da cóclea. Na extremidade oposta, o canal se conecta ao aparelho receptor do analisador auditivo, que é coberto por minúsculas células ciliadas. Este dispositivo analisador auditivo também é chamado de “Órgão de Corti”. Quando as vibrações do ouvido médio entram na cóclea, o fluido linfático que preenche o canal também começa a vibrar, transmitindo vibrações à membrana principal. Nesse momento, entra em ação o aparelho analisador auditivo, cujas células ciliadas, localizadas em várias fileiras, transformam as vibrações sonoras em impulsos elétricos “nervosos”, que são transmitidos ao longo do nervo auditivo até a zona temporal do córtex cerebral. De uma forma tão complexa e ornamentada, a pessoa acabará por ouvir o som desejado.

Características de percepção e formação da fala

O mecanismo de formação da fala foi formado nos humanos ao longo de todo o estágio evolutivo. O significado dessa habilidade é transmitir informações verbais e não verbais. O primeiro carrega carga verbal e semântica, o segundo é responsável por transmitir o componente emocional. O processo de criação e percepção da fala inclui: formulação da mensagem; codificação em elementos de acordo com as regras da linguagem existente; ações neuromusculares transitórias; movimentos das cordas vocais; emissão de sinal acústico; Em seguida, entra em ação o ouvinte, realizando: análise espectral do sinal acústico recebido e seleção das características acústicas no sistema auditivo periférico, transmissão das características selecionadas via redes neurais, reconhecimento do código da linguagem (análise linguística), compreensão do significado da mensagem.
O aparelho para gerar sinais de fala pode ser comparado a um instrumento de sopro complexo, mas a versatilidade e flexibilidade de configuração e a capacidade de reproduzir as menores sutilezas e detalhes não têm análogos na natureza. O mecanismo de formação de voz consiste em três componentes inextricáveis:

Gerador- pulmões como reservatório de volume de ar. A energia do excesso de pressão é armazenada nos pulmões, depois pelo canal excretor, com o auxílio do sistema muscular, essa energia é retirada pela traqueia conectada à laringe. Nesta fase, o fluxo de ar é interrompido e modificado;
Vibrador- consiste em cordas vocais. O fluxo também é afetado por jatos de ar turbulentos (criando tons de borda) e fontes pulsadas (explosões);
Ressonador- inclui cavidades ressonantes de forma geométrica complexa (faringe, cavidades oral e nasal).

A totalidade do arranjo individual desses elementos forma o timbre único e individual da voz de cada pessoa individualmente.

A energia da coluna de ar é gerada nos pulmões, que criam um certo fluxo de ar durante a inspiração e a expiração devido à diferença na pressão atmosférica e intrapulmonar. O processo de acumulação de energia é realizado através da inspiração, o processo de liberação é caracterizado pela expiração. Isso acontece devido à compressão e expansão do tórax, que é realizada com o auxílio de dois grupos musculares: intercostal e diafragma, com respiração profunda e canto, os músculos da imprensa abdominal, tórax e pescoço também se contraem. Quando você inspira, o diafragma se contrai e desce, a contração dos músculos intercostais externos levanta as costelas e as move para os lados, e o esterno para frente. Um aumento no tórax leva a uma queda na pressão dentro dos pulmões (em relação à pressão atmosférica), e esse espaço se enche rapidamente de ar. Ao expirar, os músculos relaxam correspondentemente e tudo volta ao estado anterior (o tórax volta ao estado original devido à sua própria gravidade, o diafragma sobe, o volume dos pulmões anteriormente expandidos diminui, a pressão intrapulmonar aumenta). A inalação pode ser descrita como um processo que requer gasto energético (ativo); a expiração é um processo de acumulação de energia (passivo). O controle do processo de respiração e formação da fala ocorre inconscientemente, mas ao cantar, o controle da respiração requer uma abordagem consciente e treinamento adicional de longo prazo.

A quantidade de energia que é posteriormente gasta na formação da fala e da voz depende do volume de ar armazenado e da quantidade de pressão adicional nos pulmões. A pressão máxima desenvolvida por um cantor de ópera treinado pode atingir 100-112 dB. Modulação do fluxo de ar pela vibração das cordas vocais e criação de excesso de pressão subfaríngea, esses processos ocorrem na laringe, que é uma espécie de válvula localizada no final da traqueia. A válvula desempenha uma dupla função: protege os pulmões de objetos estranhos e mantém alta pressão. É a laringe que atua como fonte da fala e do canto. A laringe é um conjunto de cartilagens conectadas por músculos. A laringe possui uma estrutura bastante complexa, cujo elemento principal é um par de cordas vocais. São as cordas vocais a principal (mas não a única) fonte de produção de voz ou “vibrador”. Durante esse processo, as cordas vocais começam a se mover, acompanhadas de fricção. Para se proteger contra isso, é secretada uma secreção mucosa especial, que atua como lubrificante. A formação dos sons da fala é determinada pelas vibrações dos ligamentos, o que leva à formação de um fluxo de ar exalado dos pulmões com um certo tipo de amplitude característica. Entre as pregas vocais existem pequenas cavidades que atuam como filtros acústicos e ressonadores quando necessário.

Características de percepção auditiva, segurança auditiva, limiares auditivos, adaptação, nível de volume correto

Como pode ser visto pela descrição da estrutura do ouvido humano, este órgão é muito delicado e de estrutura bastante complexa. Tendo este facto em conta, não é difícil determinar que este dispositivo extremamente delicado e sensível possui um conjunto de limitações, limiares, etc. O sistema auditivo humano está adaptado para perceber sons baixos, bem como sons de média intensidade. A exposição prolongada a sons altos acarreta alterações irreversíveis nos limiares auditivos, bem como outros problemas auditivos, incluindo surdez completa. O grau de dano é diretamente proporcional ao tempo de exposição em um ambiente barulhento. Neste momento, o mecanismo de adaptação também entra em vigor - ou seja, Sob a influência de sons altos e prolongados, a sensibilidade diminui gradualmente, o volume percebido diminui e a audição se adapta.

A adaptação busca inicialmente proteger os órgãos auditivos de sons muito altos, porém, é a influência desse processo que na maioria das vezes obriga a pessoa a aumentar incontrolavelmente o nível de volume do sistema de áudio. A proteção é realizada graças ao funcionamento do mecanismo do ouvido médio e interno: o estribo é retraído da janela oval, protegendo assim contra sons excessivamente altos. Mas o mecanismo de proteção não é o ideal e possui um atraso de tempo, acionando apenas 30-40 ms após o início da chegada do som, e a proteção total não é alcançada mesmo após uma duração de 150 ms. O mecanismo de proteção é ativado quando o nível de volume ultrapassa 85 dB, enquanto a proteção em si é de até 20 dB.
O mais perigoso, neste caso, pode ser considerado o fenômeno da “mudança do limiar auditivo”, que geralmente ocorre na prática como resultado da exposição prolongada a sons altos acima de 90 dB. O processo de restauração do sistema auditivo após tais efeitos nocivos pode durar até 16 horas. A mudança de limiar já começa em um nível de intensidade de 75 dB e aumenta proporcionalmente com o aumento do nível do sinal.

Ao considerar o problema do nível correto de intensidade sonora, a pior coisa a perceber é o fato de que os problemas (adquiridos ou congênitos) associados à audição são praticamente intratáveis em nossa era de medicina bastante avançada. Tudo isso deve levar qualquer pessoa sã a pensar em cuidar bem de sua audição, a menos, é claro, que planeje preservar sua integridade original e a capacidade de ouvir toda a faixa de frequência pelo maior tempo possível. Felizmente, nem tudo é tão assustador quanto pode parecer à primeira vista e, seguindo uma série de cuidados, você pode facilmente preservar sua audição mesmo na velhice. Antes de considerar estas medidas, é necessário lembrar uma característica importante da percepção auditiva humana. O aparelho auditivo percebe sons de forma não linear. Este fenômeno é o seguinte: se imaginarmos uma frequência de um tom puro, por exemplo 300 Hz, então a não linearidade aparece quando os harmônicos desta frequência fundamental aparecem na aurícula de acordo com o princípio logarítmico (se a frequência fundamental for considerada f, então os harmônicos da frequência serão 2f, 3f etc. em ordem crescente). Essa não linearidade também é mais fácil de entender e é familiar para muitos sob o nome "distorções não lineares". Como tais harmônicos (sobretons) não aparecem no tom puro original, verifica-se que o próprio ouvido faz suas próprias correções e sobretons ao som original, mas eles só podem ser determinados como distorções subjetivas. Em níveis de intensidade abaixo de 40 dB, não ocorre distorção subjetiva. À medida que a intensidade aumenta de 40 dB, o nível de harmônicos subjetivos começa a aumentar, mas mesmo no nível de 80-90 dB sua contribuição negativa para o som é relativamente pequena (portanto, este nível de intensidade pode ser condicionalmente considerado uma espécie de “ meio-termo” no campo musical).

Com base nessas informações, você pode determinar facilmente um nível de volume seguro e aceitável que não prejudique os órgãos auditivos e ao mesmo tempo permitirá ouvir absolutamente todas as características e detalhes do som, por exemplo, no caso de trabalhando com um sistema “hi-fi”. Este nível de "média dourada" é de aproximadamente 85-90 dB. É nesta intensidade sonora que é possível ouvir tudo o que está contido no caminho de áudio, ao mesmo tempo que o risco de danos prematuros e perda auditiva é minimizado. Um nível de volume de 85 dB pode ser considerado quase totalmente seguro. Para entender quais são os perigos de ouvir alto e por que um nível de volume muito baixo não permite ouvir todas as nuances do som, vamos examinar esse problema com mais detalhes. Quanto aos níveis de volume baixos, a falta de conveniência (mas mais frequentemente de desejo subjetivo) de ouvir música em níveis baixos se deve aos seguintes motivos:

Não linearidade da percepção auditiva humana;
Características da percepção psicoacústica, que serão discutidas separadamente.

A não linearidade da percepção auditiva discutida acima tem um efeito significativo em qualquer volume abaixo de 80 dB. Na prática, fica assim: se você ligar a música em um nível baixo, por exemplo 40 dB, então a faixa de frequência média da composição musical será ouvida com mais clareza, seja a voz do intérprete ou os instrumentos tocando em esta faixa. Ao mesmo tempo, haverá uma clara falta de frequências baixas e altas, devido precisamente à não linearidade da percepção e também ao facto de diferentes frequências soarem em diferentes volumes. Assim, é óbvio que, para perceber totalmente a imagem inteira, o nível de intensidade da frequência deve estar alinhado tanto quanto possível a um único valor. Apesar do fato de que mesmo em um nível de volume de 85-90 dB não há equalização idealizada do volume de diferentes frequências, o nível torna-se aceitável para a audição normal do dia a dia. Quanto mais baixo for o volume ao mesmo tempo, mais claramente será percebida pelo ouvido a não linearidade característica, nomeadamente a sensação de ausência da quantidade adequada de altas e baixas frequências. Ao mesmo tempo, verifica-se que com tal não-linearidade é impossível falar seriamente sobre a reprodução de som “hi-fi” de alta fidelidade, porque a precisão da imagem sonora original será extremamente baixa nesta situação particular.

Se você se aprofundar nessas descobertas, fica claro por que ouvir música em volume baixo, embora seja o mais seguro do ponto de vista da saúde, é extremamente negativo para o ouvido devido à criação de imagens claramente implausíveis de instrumentos musicais e vozes. , e a falta de escala do palco sonoro. Em geral, a reprodução de música silenciosa pode ser utilizada como acompanhamento de fundo, mas é totalmente contra-indicado ouvir alta qualidade “hi-fi” em volume baixo, pelas razões acima expostas da impossibilidade de criar imagens naturalistas do palco sonoro, que foi formada pelo engenheiro de som em estúdio, na fase de gravação do som. Mas não só o volume baixo introduz certas restrições na percepção do som final; a situação é muito pior com o aumento do volume. É possível e bastante simples prejudicar a audição e reduzir significativamente a sensibilidade se você ouvir música em níveis acima de 90 dB por muito tempo. Estes dados baseiam-se num grande número de estudos médicos, concluindo que sons acima de 90 dB causam danos reais e quase irreparáveis à saúde. O mecanismo desse fenômeno está na percepção auditiva e nas características estruturais do ouvido. Quando uma onda sonora com intensidade acima de 90 dB entra no canal auditivo, os órgãos do ouvido médio entram em ação, causando um fenômeno denominado adaptação auditiva.

O princípio do que acontece neste caso é o seguinte: o estribo se afasta da janela oval e protege o ouvido interno de sons muito altos. Este processo é chamado reflexo acústico. Para o ouvido, isso é percebido como uma diminuição de sensibilidade de curto prazo, o que pode ser familiar para quem já assistiu a shows de rock em clubes, por exemplo. Após tal concerto, ocorre uma diminuição de curto prazo na sensibilidade, que após um certo período de tempo é restaurada ao seu nível anterior. Porém, a restauração da sensibilidade nem sempre acontece e depende diretamente da idade. Por trás de tudo isso está o grande perigo de ouvir música alta e outros sons cuja intensidade ultrapassa os 90 dB. A ocorrência de um reflexo acústico não é o único perigo “visível” de perda de sensibilidade auditiva. Quando expostos a sons muito altos por muito tempo, os cabelos localizados na região do ouvido interno (que respondem às vibrações) ficam muito desviados. Nesse caso, ocorre o efeito de que o cabelo responsável pela percepção de uma determinada frequência seja desviado sob a influência de vibrações sonoras de alta amplitude. A certa altura, esse cabelo pode se desviar demais e não poder voltar. Isto causará uma perda correspondente de sensibilidade em uma frequência específica!

O pior de toda essa situação é que as doenças do ouvido são praticamente intratáveis, mesmo com os métodos mais modernos que a medicina conhece. Tudo isso leva a certas conclusões sérias: sons acima de 90 dB são perigosos para a saúde e é quase certo que causam perda auditiva prematura ou uma diminuição significativa da sensibilidade. O que é ainda mais desagradável é que a propriedade de adaptação mencionada anteriormente entra em ação com o tempo. Este processo nos órgãos auditivos humanos ocorre de forma quase imperceptível, ou seja, uma pessoa que está perdendo lentamente a sensibilidade tem quase 100% de probabilidade de não perceber isso até que as próprias pessoas ao seu redor prestem atenção às constantes perguntas repetidas, como: “O que você acabou de dizer?” A conclusão é extremamente simples: ao ouvir música, é de vital importância não permitir níveis de intensidade sonora superiores a 80-85 dB! Há também um lado positivo neste ponto: o nível de volume de 80-85 dB corresponde aproximadamente ao nível de gravação de música em ambiente de estúdio. É aqui que surge o conceito de “Meio Áureo”, acima do qual é melhor não subir se as questões de saúde tiverem alguma importância.

Mesmo ouvir música durante um curto período de tempo a um nível de 110-120 dB pode causar problemas de audição, por exemplo, durante um concerto ao vivo. Obviamente, às vezes é impossível ou muito difícil evitar isso, mas é extremamente importante tentar fazer isso para manter a integridade da percepção auditiva. Teoricamente, a exposição de curto prazo a sons altos (não superiores a 120 dB), mesmo antes do início da “fadiga auditiva”, não acarreta consequências negativas graves. Mas, na prática, costuma haver casos de exposição prolongada a sons dessa intensidade. As pessoas ficam surdas sem perceber toda a extensão do perigo em um carro ao ouvir um sistema de áudio, em casa em condições semelhantes ou nos fones de ouvido de um reprodutor portátil. Por que isso acontece e o que faz com que o som fique cada vez mais alto? Existem duas respostas para esta questão: 1) A influência da psicoacústica, que será discutida separadamente; 2) A necessidade constante de “gritar” alguns sons externos com o volume da música. O primeiro aspecto do problema é bastante interessante e será discutido em detalhes mais adiante, mas o segundo lado do problema leva mais a pensamentos e conclusões negativas sobre uma compreensão errônea dos verdadeiros fundamentos da audição adequada do som de classe hi-fi.

Sem entrar em detalhes, a conclusão geral sobre ouvir música e o volume correto é a seguinte: ouvir música deve ocorrer em níveis de intensidade sonora não superiores a 90 dB, não inferiores a 80 dB em uma sala onde sons estranhos de externos fontes (como: conversas de vizinhos e outros ruídos atrás da parede do apartamento; ruído da rua e ruído técnico se você estiver no carro, etc.). Gostaria de destacar de uma vez por todas que é justamente se esses requisitos provavelmente rigorosos forem atendidos que será possível alcançar o tão esperado equilíbrio de volume, que não causará danos prematuros e indesejados aos órgãos auditivos, e também trará verdadeiro prazer desde ouvir suas obras musicais favoritas com os menores detalhes sonoros em altas e baixas frequências e precisão, o que é buscado pelo próprio conceito de som “hi-fi”.

Psicoacústica e características de percepção

Para responder da forma mais completa a algumas questões importantes relativas à percepção humana final da informação sonora, existe todo um ramo da ciência que estuda uma enorme variedade de tais aspectos. Esta seção é chamada de "psicoacústica". O fato é que a percepção auditiva não se esgota apenas no funcionamento dos órgãos auditivos. Após a percepção direta do som pelo órgão da audição (ouvido), entra em ação o mecanismo mais complexo e pouco estudado de análise das informações recebidas, de inteira responsabilidade do cérebro humano, que está desenhado de tal forma que durante a operação gera ondas de uma determinada frequência, também designadas em Hertz (Hz). Diferentes frequências de ondas cerebrais correspondem a certos estados humanos. Assim, verifica-se que ouvir música ajuda a alterar a sintonia de frequência do cérebro, e isso é importante considerar ao ouvir composições musicais. Com base nesta teoria, existe também um método de terapia sonora que influencia diretamente o estado mental de uma pessoa. Existem cinco tipos de ondas cerebrais:

Ondas delta (ondas abaixo de 4 Hz). Corresponde a um estado de sono profundo sem sonhos, embora haja uma completa ausência de sensações corporais.
Ondas Teta (ondas de 4-7 Hz). Estado de sono ou meditação profunda.
Ondas alfa (ondas 7-13 Hz). Estado de relaxamento e relaxamento durante a vigília, sonolência.
Ondas beta (ondas 13-40 Hz). Estado de atividade, pensamento diário e atividade mental, excitação e cognição.
Ondas gama (ondas acima de 40 Hz). Um estado de intensa atividade mental, medo, excitação e consciência.

A psicoacústica, como ramo da ciência, busca respostas para as questões mais interessantes relativas à percepção humana final da informação sonora. No processo de estudo deste processo, revela-se um grande número de factores, cuja influência ocorre invariavelmente tanto no processo de ouvir música como em qualquer outro caso de processamento e análise de qualquer informação sonora. Um psicoacústico estuda quase toda a variedade de influências possíveis, começando pelo estado emocional e mental de uma pessoa no momento da escuta, terminando nas características estruturais das cordas vocais (se estamos falando das peculiaridades de perceber todas as sutilezas de desempenho vocal) e o mecanismo de conversão do som em impulsos elétricos do cérebro. Os fatores mais interessantes e mais importantes (que são de vital importância levar em consideração sempre que você ouvir suas composições musicais favoritas, bem como ao construir um sistema de áudio profissional) serão discutidos mais adiante.

O conceito de consonância, consonância musical

A estrutura do sistema auditivo humano é única principalmente no mecanismo de percepção sonora, na não linearidade do sistema auditivo e na capacidade de agrupar sons por altura com um grau de precisão bastante alto. A característica mais interessante da percepção é a não linearidade do sistema auditivo, que se manifesta na forma do aparecimento de harmônicos adicionais inexistentes (no tom fundamental), especialmente manifestados em pessoas com ouvido musical ou absoluto. Se pararmos com mais detalhes e analisarmos todas as sutilezas da percepção do som musical, então o conceito de “consonância” e “dissonância” de vários acordes e intervalos sonoros pode ser facilmente distinguido. Conceito "consonância"é definido como um som consonantal (da palavra francesa “acordo”) e, consequentemente, vice-versa, "dissonância"- som discordante e discordante. Apesar da variedade de diferentes interpretações desses conceitos, das características dos intervalos musicais, é mais conveniente utilizar a decodificação “musical-psicológica” dos termos: consonânciaé definido e sentido por uma pessoa como um som suave, agradável e confortável; dissonância por outro lado, pode ser caracterizado como um som que causa irritação, ansiedade e tensão. Tal terminologia é de natureza ligeiramente subjetiva e também, ao longo da história do desenvolvimento da música, intervalos completamente diferentes foram considerados “consoantes” e vice-versa.

Hoje em dia, estes conceitos também são difíceis de perceber de forma inequívoca, uma vez que existem diferenças entre pessoas com diferentes preferências e gostos musicais, e não existe um conceito de harmonia geralmente aceite e acordado. A base psicoacústica para a percepção de vários intervalos musicais como consoantes ou dissonantes depende diretamente do conceito de “faixa crítica”. Banda crítica- esta é uma certa largura de banda dentro da qual as sensações auditivas mudam drasticamente. A largura das bandas críticas aumenta proporcionalmente com o aumento da frequência. Portanto, a sensação de consonâncias e dissonâncias está diretamente relacionada à presença de faixas críticas. O órgão auditivo humano (ouvido), como mencionado anteriormente, desempenha o papel de filtro passa-faixa em um determinado estágio da análise das ondas sonoras. Essa função é atribuída à membrana basilar, na qual estão localizadas 24 bandas críticas com larguras dependentes da frequência.

Assim, consonância e inconsistência (consonância e dissonância) dependem diretamente da resolução do sistema auditivo. Acontece que se dois tons diferentes soarem em uníssono ou a diferença de frequência for zero, então esta é uma consonância perfeita. A mesma consonância ocorre se a diferença de frequência for maior que a banda crítica. A dissonância ocorre apenas quando a diferença de frequência é de 5% a 50% da banda crítica. O maior grau de dissonância em um determinado segmento é audível se a diferença for um quarto da largura da banda crítica. Com base nisso, é fácil analisar qualquer gravação musical mista e combinação de instrumentos quanto à consonância ou dissonância sonora. Não é difícil adivinhar o grande papel que o engenheiro de som, o estúdio de gravação e outros componentes da trilha de áudio digital ou analógica final desempenham neste caso, e tudo isso antes mesmo de tentar reproduzi-lo em um equipamento de reprodução de som.

Localização de som

O sistema de audição binaural e localização espacial ajuda a pessoa a perceber a plenitude da imagem sonora espacial. Este mecanismo de percepção é realizado através de dois receptores auditivos e dois canais auditivos. A informação sonora que chega por esses canais é posteriormente processada na parte periférica do sistema auditivo e submetida à análise espectrotemporal. Além disso, esta informação é transmitida às partes superiores do cérebro, onde a diferença entre os sinais sonoros esquerdo e direito é comparada e uma única imagem sonora é formada. Este mecanismo descrito é chamado audição binaural. Graças a isso, uma pessoa possui as seguintes capacidades únicas:

1) localização de sinais sonoros de uma ou mais fontes, formando assim uma imagem espacial da percepção do campo sonoro
2) separação de sinais provenientes de diferentes fontes
3) destacar alguns sinais contra o fundo de outros (por exemplo, isolar a fala e a voz do ruído ou do som de instrumentos)

A localização espacial é fácil de observar com um exemplo simples. Num concerto, com um palco e um certo número de músicos a uma certa distância uns dos outros, pode facilmente (se desejar, até fechando os olhos) determinar a direcção de chegada do sinal sonoro de cada instrumento, avaliar a profundidade e espacialidade do campo sonoro. Da mesma forma, valoriza-se um bom sistema hi-fi, capaz de “reproduzir” de forma confiável tais efeitos de espacialidade e localização, “enganando” assim o cérebro, fazendo-o sentir uma presença plena na apresentação ao vivo do seu artista favorito. A localização de uma fonte sonora é geralmente determinada por três fatores principais: tempo, intensidade e espectral. Independentemente desses fatores, há vários padrões que podem ser usados para compreender os fundamentos da localização sonora.

O maior efeito de localização percebido pela audição humana está na região de frequência média. Ao mesmo tempo, é quase impossível determinar a direção dos sons de frequências acima de 8.000 Hz e abaixo de 150 Hz. Este último fato é especialmente utilizado em sistemas de alta fidelidade e home theater na escolha da localização do subwoofer (seção de baixas frequências), cuja localização na sala, devido à falta de localização de frequências abaixo de 150 Hz, é praticamente irrelevante, e o ouvinte, em qualquer caso, tem uma imagem holística do palco sonoro. A precisão da localização depende da localização da fonte de radiação das ondas sonoras no espaço. Assim, a maior precisão de localização sonora é observada no plano horizontal, chegando ao valor de 3°. No plano vertical, o sistema auditivo humano é muito pior na determinação da direção da fonte; a precisão neste caso é de 10-15° (devido à estrutura específica das orelhas e à geometria complexa). A precisão da localização varia ligeiramente dependendo do ângulo dos objetos emissores de som no espaço em relação ao ouvinte, e o efeito final também é influenciado pelo grau de difração das ondas sonoras da cabeça do ouvinte. Deve-se notar também que os sinais de banda larga são melhor localizados do que o ruído de banda estreita.

A situação com a determinação da profundidade do som direcional é muito mais interessante. Por exemplo, uma pessoa pode determinar a distância de um objeto pelo som, mas isso acontece em maior medida devido a mudanças na pressão sonora no espaço. Normalmente, quanto mais longe o objeto está do ouvinte, mais as ondas sonoras no espaço livre são atenuadas (na sala é adicionada a influência das ondas sonoras refletidas). Assim, podemos concluir que a precisão da localização é maior em sala fechada justamente pela ocorrência de reverberação. As ondas refletidas que surgem em espaços fechados permitem criar efeitos interessantes como expansão do palco sonoro, envoltório, etc. Esses fenômenos são possíveis precisamente devido à sensibilidade da localização sonora tridimensional. As principais dependências que determinam a localização horizontal do som: 1) a diferença no tempo de chegada da onda sonora nas orelhas esquerda e direita; 2) diferenças de intensidade devido à difração na cabeça do ouvinte. Para determinar a profundidade do som, a diferença no nível de pressão sonora e a diferença na composição espectral são importantes. A localização no plano vertical também depende fortemente da difração na aurícula.

A situação é mais complicada com os modernos sistemas de som surround baseados na tecnologia Dolby Surround e análogos. Parece que os princípios de construção de sistemas de home theater regulam claramente o método de recriação de uma imagem espacial bastante naturalista de som 3D com o volume e localização inerentes de fontes virtuais no espaço. Porém, nem tudo é tão trivial, já que os próprios mecanismos de percepção e localização de um grande número de fontes sonoras geralmente não são levados em consideração. A transformação do som pelos órgãos auditivos envolve o processo de adição de sinais de diferentes fontes que chegam a diferentes ouvidos. Além disso, se a estrutura de fase de diferentes sons for mais ou menos síncrona, tal processo é percebido pelo ouvido como um som que emana de uma fonte. Existem também uma série de dificuldades, incluindo as peculiaridades do mecanismo de localização, que dificultam a determinação precisa da direção da fonte no espaço.

Diante do exposto, a tarefa mais difícil é separar sons de diferentes fontes, especialmente se essas diferentes fontes reproduzem um sinal de amplitude-frequência semelhante. E é exatamente isso que acontece na prática em qualquer sistema de som surround moderno e até mesmo em um sistema estéreo convencional. Quando uma pessoa ouve um grande número de sons provenientes de diferentes fontes, o primeiro passo é determinar se cada som específico pertence à fonte que o cria (agrupamento por frequência, altura, timbre). E somente no segundo estágio a audição tenta localizar a fonte. Depois disso, os sons recebidos são divididos em fluxos com base nas características espaciais (diferença no tempo de chegada dos sinais, diferença na amplitude). A partir das informações recebidas, forma-se uma imagem auditiva mais ou menos estática e fixa, a partir da qual é possível determinar de onde vem cada som específico.

É muito conveniente acompanhar esses processos usando o exemplo de um palco comum, com músicos fixos nele. Ao mesmo tempo, é muito interessante que se o vocalista/intérprete, ocupando uma determinada posição inicialmente no palco, começar a se mover suavemente pelo palco em qualquer direção, a imagem auditiva previamente formada não mudará! Determinar a direção do som que emana do vocalista permanecerá subjetivamente o mesmo, como se ele estivesse no mesmo lugar onde estava antes de se mover. Somente no caso de uma mudança repentina na localização do artista no palco a imagem sonora formada será dividida. Além dos problemas discutidos e da complexidade dos processos de localização de sons no espaço, no caso de sistemas de som surround multicanal, o processo de reverberação na sala de audição final desempenha um papel bastante importante. Essa dependência é observada mais claramente quando um grande número de sons refletidos vem de todas as direções - a precisão da localização se deteriora significativamente. Se a saturação de energia das ondas refletidas for maior (predominante) do que a dos sons diretos, o critério de localização em tal sala torna-se extremamente confuso e é extremamente difícil (se não impossível) falar sobre a precisão da determinação de tais fontes.

No entanto, em uma sala com forte reverberação, teoricamente ocorre a localização; no caso de sinais de banda larga, a audição é guiada pelo parâmetro de diferença de intensidade. Neste caso, a direção é determinada usando o componente de alta frequência do espectro. Em qualquer sala, a precisão da localização dependerá do tempo de chegada dos sons refletidos após os sons diretos. Se a lacuna entre esses sinais sonoros for muito pequena, a “lei da onda direta” começa a funcionar para ajudar o sistema auditivo. A essência deste fenômeno: se sons com um curto intervalo de tempo vêm de direções diferentes, então a localização de todo o som ocorre de acordo com o primeiro som que chega, ou seja, o ouvido ignora, até certo ponto, o som refletido se ele chegar logo após o som direto. Um efeito semelhante também aparece quando se determina a direção de chegada do som no plano vertical, mas neste caso é muito mais fraco (devido ao fato de a sensibilidade do sistema auditivo à localização no plano vertical ser visivelmente pior).

A essência do efeito de precedência é muito mais profunda e é de natureza mais psicológica do que fisiológica. Foi realizado um grande número de experimentos, com base nos quais a dependência foi estabelecida. Este efeito ocorre principalmente quando o momento de ocorrência do eco, sua amplitude e direção coincidem com algumas das “expectativas” do ouvinte sobre como a acústica de uma determinada sala forma a imagem sonora. Talvez a pessoa já tenha tido experiência auditiva nesta sala ou em similares, o que predispõe o sistema auditivo à ocorrência do efeito de precedência “esperado”. Para contornar estas limitações inerentes à audição humana, no caso de diversas fontes sonoras, são utilizados vários truques e truques, com a ajuda dos quais se forma, em última análise, uma localização mais ou menos plausível de instrumentos musicais/outras fontes sonoras no espaço. Em geral, a reprodução de imagens sonoras estéreo e multicanal é baseada em grande engano e na criação de uma ilusão auditiva.

Quando dois ou mais sistemas de alto-falantes (por exemplo, 5.1 ou 7.1, ou mesmo 9.1) reproduzem som de diferentes pontos da sala, o ouvinte ouve sons emanados de fontes inexistentes ou imaginárias, percebendo um determinado panorama sonoro. A possibilidade deste engano reside nas características biológicas do corpo humano. Muito provavelmente, uma pessoa não teve tempo de se adaptar ao reconhecimento de tal engano devido ao fato de que os princípios da reprodução sonora “artificial” surgiram há relativamente pouco tempo. Mas, embora o processo de criação de uma localização imaginária tenha sido possível, a implementação ainda está longe de ser perfeita. O fato é que o ouvido realmente percebe uma fonte sonora onde ela realmente não existe, mas a exatidão e precisão da transmissão da informação sonora (em particular o timbre) é uma grande questão. Através de numerosos experimentos em salas de reverberação reais e em câmaras anecóicas, foi estabelecido que o timbre das ondas sonoras de fontes reais e imaginárias é diferente. Isto afeta principalmente a percepção subjetiva da intensidade espectral; o timbre, neste caso, muda de forma significativa e perceptível (quando comparado com um som semelhante reproduzido por uma fonte real).

No caso de sistemas de home theater multicanal, o nível de distorção é visivelmente maior por vários motivos: 1) Muitos sinais sonoros semelhantes em amplitude-frequência e características de fase chegam simultaneamente de diferentes fontes e direções (incluindo ondas refletidas) para cada ouvido canal. Isso leva ao aumento da distorção e ao aparecimento de filtragem em pente. 2) A forte separação dos alto-falantes no espaço (em relação uns aos outros; em sistemas multicanais essa distância pode ser de vários metros ou mais) contribui para o crescimento de distorções de timbre e coloração sonora na área da fonte imaginária. Como resultado, podemos dizer que a coloração do timbre em sistemas de som multicanal e surround ocorre na prática por dois motivos: o fenômeno da filtragem em pente e a influência dos processos de reverberação em uma determinada sala. Se mais de uma fonte for responsável pela reprodução da informação sonora (isto também se aplica a um sistema estéreo com duas fontes), é inevitável o aparecimento de um efeito de “filtragem em pente”, causado por diferentes tempos de chegada das ondas sonoras em cada canal auditivo. . Uma irregularidade particular é observada na faixa média superior de 1-4 kHz.

Equipamento.

Tabela “Órgão da Audição”, modelo “Órgão da Audição”, mesas caseiras “Fonte Sonora”, “Receptor de Som”, “Ruído”, “Faixa de Audibilidade”. Gerador, diapasão, diapasão com caixa ressonadora, microfone, osciloscópio, gravador (gravação do planeta Terra).

Lições objetivas:

1. Objectivos de desenvolvimento.

Desenvolver o pensamento lógico nos escolares, considerar o som, suas fontes, percepção e transmissão do ponto de vista da biologia, física, astronomia, geografia, biologia e ecologia.
Formação da integridade da imagem científico-natural do mundo nas crianças.
Desenvolva vontade e independência. Desenvolver o autocontrole: autoconfiança, capacidade de superar dificuldades no aprendizado das ciências naturais.
Desenvolver habilidades intelectuais: capacidade de analisar, comparar os órgãos auditivos com um microfone.

2. Fins educativos.

Certifique-se de que os alunos entendam os fundamentos da ciência.
Resumir e consolidar, sistematizar conhecimentos previamente adquiridos nas disciplinas de biologia, física, astronomia, química, ecologia, geografia.
Desenvolva habilidades no trabalho com elementos de jogos, videoclipes e materiais ilustrativos.
Criar uma cultura de saúde nas aulas de biologia.
Formar uma ideia holística da natureza e do homem como um componente importante da natureza e como um ser inteligente que influencia a natureza.

3. Objetivos educacionais.

Educar uma pessoa independente, livre, que tenha percepção sensorial da natureza, que seja proficiente em diversas formas de cognição.
Promover a cultura e o pensamento ambiental nos alunos.

Tipo de aula: aprendendo novo material.

Tipo de aula: aula combinada.

Meios de educação: computador, projetor, material didático multimídia, slides com ilustrações, termos, conceitos, experimentos, demonstrações em vídeo.

Plano de aula: (slide -2)

Durante as aulas

I. Momento organizacional.

II. Atualizando conhecimentos.

Até G. Helmholtz acreditava que a câmera representa um modelo do olho humano. Encontre formações semelhantes no olho e na câmera e conecte-as com linhas.

III. Aprendendo novo material.

1. Características do planeta Terra.

A Terra é um planeta azul, seu formato é um elipsóide de rotação, ou mais precisamente, um cardióide. Raio médio R= 6.400 km, massa do planeta m=6* 10 24 kg. (slide 3). Existem cores e sons neste mundo, mas o mais importante é que existe vida inteligente na Terra.

O homem vive num mundo de sons: o canto dos pássaros, os sons da música, o barulho da floresta, o transporte, ...

2. Qual é a fonte do som?

As fontes sonoras são corpos oscilantes, provaremos isso experimentalmente. Vamos montar a instalação mostrada no slide.

Demonstração: Trouxemos da Terra um diapasão - um dispositivo que é uma haste de metal curvada sobre uma perna (Figura 1). Se batermos com um martelo na perna de um diapasão, ouviremos o som que a haste oscilante faz. O som não é alto porque a área da superfície dos ramos da haste é pequena. Para amplificar o som, a perna do diapasão é fixada em uma caixa de madeira, selecionada de forma que a frequência de suas próprias vibrações coincida com a frequência de vibração do diapasão. Ocorre uma ressonância, as paredes da caixa começam a vibrar intensamente na frequência do diapasão e o som fica mais alto. A caixa é chamada de ressonador (slide). Qual é a função do ressonador de um sapo?

As vibrações de um diapasão sonoro podem ser observadas de outra maneira. Para fazer isso, coloque uma agulha em um galho do diapasão e passe rapidamente a ponta ao longo da placa de vidro fumê. Se o diapasão não soar, veremos uma linha reta na placa (Figura 2). O som de um diapasão deixa uma marca no prato em forma de linha ondulada. Uma oscilação completa corresponde a uma saliência e uma depressão desta linha (Figura 2) (slide 4).

Conclusões da experiência: Qualquer fonte sonora vibra necessariamente (na maioria das vezes essas vibrações são invisíveis aos olhos).

3. Consideremos agora como o som viaja.

Explicação dos alunos: um pistão-difusor oscilante, empurrando as moléculas de ar, cria áreas de condensação e rarefação. As direções de propagação do som e o movimento das moléculas de ar coincidem, então o som é uma onda longitudinal.

Ondas de perturbação que se propagam em qualquer meio ou espaço ao longo do tempo (slide 5). Os tipos de ondas mais importantes e comuns são ondas elásticas, ondas de superfície líquida e ondas eletromagnéticas.

4. Qual é o condutor do som?

Conclusão dos alunos com base na experiência: para que o som se propague, é necessário um meio elástico, como o ar. Não há atmosfera na Lua, portanto não há sons lá – é um mundo de silêncio. Corpos elásticos – bons condutores de som. A maioria dos metais, madeira, gases e líquidos são corpos elásticos e, portanto, conduzem bem o som.

O som pode viajar em meios líquidos e sólidos. A tabela “Velocidade do som em várias mídias” do livro de física, página 125 é exibida (slide 7)

Velocidade do som em vários meios, m/s (em t=20 C)

A tabela mostra que no metal a velocidade de propagação das ondas sonoras é maior que nos líquidos, e nos líquidos é maior que nos gases. Portanto, debaixo d'água os sons das hélices e os impactos das pedras podem ser ouvidos com clareza... Os peixes ouvem os passos e as vozes das pessoas na costa, isso é bem conhecido dos pescadores. O som de um trem em movimento pode ser ouvido se você colocar o ouvido nos trilhos, pois o som viaja melhor por eles do que pelo ar. Quando você coloca o ouvido no chão, pode ouvir o barulho de um cavalo a galope.

Conclusões dos alunos:

A fonte do som são os corpos vibrantes.
O som viaja através de um meio elástico.
Corpos moles e porosos são maus condutores de som.
O som não pode viajar no espaço sem ar.
O volume do som depende da área superficial dos corpos oscilantes.

5. As pessoas se comunicam por meio de vibrações sonoras moduladas pela fala. Vejamos como funciona a fonte sonora de uma pessoa (slide 8).

O som ocorre quando o ar passa pelas cordas vocais, que estão localizadas entre as cartilagens da laringe e são formadas por dobras da membrana mucosa (a explicação segue na tabela). O espaço entre as cordas vocais é chamado de glote. Quando os terráqueos estão em silêncio, as cordas vocais divergem e a glote parece um triângulo isósceles. Ao falar ou cantar, as cordas vocais se fecham. O ar exalado pressiona as dobras, elas começam a vibrar - nasce um som. Ao sussurrar, eles ficam completamente fechados. As cordas vocais são controladas pelo cérebro, enviando sinais apropriados ao longo dos nervos.

O tom da voz de uma pessoa está relacionado ao comprimento das cordas vocais: quanto mais curtas forem as cordas vocais, maior será a frequência de suas vibrações e mais alta será a voz. As mulheres têm cordas vocais mais curtas que os homens, razão pela qual as vozes femininas são mais altas. As cordas vocais podem vibrar entre 80 e 10.000 vezes por segundo. A formação final do som ocorre nas cavidades da nasofaringe - uma espécie de ressonadores.

6. Como o som é percebido?

Sabemos que a fonte do som é um corpo vibrante e que o som se propaga num meio elástico. Agora vamos descobrir como o som é percebido.

Receptor soa talvez microfone . O microfone converte vibrações mecânicas sonoras em elétricas. Os sinais captados são fracos e a energia convertida pelo microfone é muito pequena. Portanto, os sinais elétricos do microfone são amplificados.

- Receptor o som aparece entre os terráqueos aparelho auditivo ou órgão auditivo . Entre o corpo sonoro (fonte sonora) e o ouvido (receptor de som) existe uma substância que transmite vibrações sonoras da fonte para o receptor. Na maioria das vezes, esta substância é o ar.

O órgão auditivo dos terráqueos consiste em três seções: o ouvido externo, o ouvido médio e o ouvido interno. O ouvido externo é formado pelo pavilhão auricular, conduto auditivo externo e tímpano. Sua função é captar o som e conduzi-lo. O ouvido médio é representado por uma câmara cheia de ar com volume de 1-2 ml. Nesta câmara existem três ossos que se movem entre si: o martelo, a bigorna e o estribo. O martelo está conectado ao tímpano e o estribo está conectado ao ouvido interno através da janela oval. O ouvido médio está conectado à nasofaringe através da trompa de Eustáquio. Durante mudanças bruscas de pressão (decolagem e pouso de avião, subida de submarino), é recomendável falar, abrir a boca e engolir, pois isso abre a trompa de Eustáquio e equaliza a pressão no tímpano de ambos os lados (slide -9).

O ouvido interno está localizado na espessura do osso temporal (slide 10), dentro do qual existe um labirinto membranoso. O ouvido interno está cheio de líquido. É composto por três canais semicirculares - o aparelho vestibular, que não está relacionado à percepção do som, e a cóclea, que tem a aparência de um canal espiral. A membrana principal se estende ao longo do canal coclear, através do qual as fibras são esticadas como uma escada. Essas fibras contêm células epiteliais colunares que formam o órgão de Corti. Fibras sensíveis do nervo auditivo terminam nas células epiteliais. Na cóclea, a energia sonora é convertida em energia de impulsos nervosos, que são transmitidos ao longo do nervo auditivo até o centro auditivo localizado no lobo temporal do córtex cerebral.

Seu princípio de funcionamento é o mesmo de um microfone.

7. Como o som é transmitido?

As vibrações sonoras no ar causam vibrações no tímpano, que corresponde à membrana do microfone, e são transmitidas através dos ossículos auditivos até o ouvido interno, onde causam vibrações no fluido que preenche o canal coclear. Ao mesmo tempo, as fibras da membrana principal e as chamadas células ciliadas do órgão de Corti começam a vibrar. A cada subida, seus cabelos repousam contra a membrana tegumentar, os cabelos se dobram, o potencial de membrana das células muda e ocorre excitação nas fibras nervosas (slide 11).

O cérebro processa constantemente os impulsos recebidos, resultando em sensações sonoras.

8. Ecologia da audição.

O receptor de som humano é afetado negativamente pelo ruído. Ruído é qualquer tipo de som percebido como desagradável, perturbador ou até doloroso. Exemplos típicos de ruído são assobios, estalos e assobios. (A história é acompanhada por ruídos de áudio).

Sob constantes impactos bruscos de ondas sonoras, o tímpano vibra com grande amplitude. Por causa disso, ele perde gradualmente a elasticidade e a audição dos terráqueos torna-se embotada. Além disso, através do órgão auditivo, o ruído afeta o sistema nervoso central. E pode causar uma variedade de distúrbios fisiológicos (aumento dos batimentos cardíacos, aumento da pressão arterial) e mentais (diminuição da atenção, nervosismo). A exposição prolongada ao ruído é um dos fatores que contribuem para o desenvolvimento de úlceras e até de doenças infecciosas. Como resultado, a esperança de vida dos terráqueos está a diminuir e o património genético da humanidade está a diminuir.

Via de regra, o ruído nos incomoda: atrapalha nosso trabalho, descanso e pensamento. Mas o ruído também pode ter um efeito calmante. Tal influência sobre uma pessoa é exercida, por exemplo, pelo farfalhar das folhas, pelo barulho das ondas do mar. (A história é acompanhada por gravações sonoras).

O que é ruído? É entendido como vibrações complexas aleatórias de diversas naturezas físicas.

A poluição sonora no meio ambiente está aumentando constantemente.

9. Características quantitativas do som. Diapositivo 12.

O ruído é um tipo de som, embora seja frequentemente chamado de “som indesejado”. Uma pessoa ouve sons com uma frequência de oscilação na faixa de 16 a 20.000 Hz. Quando uma onda sonora se propaga a partir de condensações e rarefações do ar, a pressão no tímpano muda. A unidade de pressão é 1N/m2 e a unidade de potência sonora é 1W/m2.

O volume mínimo de som que uma pessoa percebe é chamado de limiar auditivo. É diferente para pessoas diferentes e, portanto, convencionalmente, o limiar auditivo é considerado uma pressão sonora igual a 2* 10 -5 N/m 2 a 1000 Hz, correspondendo a uma potência de 10 -12 W/m 2. É com esses valores que o som medido é comparado.

A unidade de volume é chamada de Bel - em homenagem ao inventor do telefone A. Bel (1847-1922). A intensidade é medida em decibéis: 1 dB = 1,1 B (Bel).

A percepção do som não depende apenas de suas características quantitativas (pressão e potência). Mas também na sua qualidade - frequência. O mesmo som em frequências diferentes difere em volume. Algumas pessoas não conseguem ouvir sons de alta frequência. Assim, em idosos, o limite superior de percepção sonora diminui para 6.000 Hz. Eles não ouvem, por exemplo, o guincho de um mosquito, que emite sons com frequência de cerca de 20.000 Hz

Vejamos a tabela “Ruído”. Mostra várias fontes de ruído. Sons que variam de 0 a 80 dB são agradáveis de perceber e não causam emoções negativas. (Começa a gravação da fita: pássaros cantando, música agradável, sussurros...)

Se o volume ultrapassar 80 dB, o ruído tem efeitos nocivos à saúde: aumenta a pressão arterial, causa distúrbios do ritmo cardíaco e a exposição prolongada a ruídos intensos leva à surdez.

Um som muito forte (com volume acima de 180 dB) pode até causar ruptura do tímpano. O ruído deve ser tratado. A capacidade de manter o silêncio é um indicador da cultura de uma pessoa e da sua boa atitude para com os outros. Os terráqueos precisam de silêncio tanto quanto de sol e ar fresco.

10. Poluição sonora na cidade de Naberezhnye Chelny.

Na nossa cidade, a principal fonte de ruído é o transporte rodoviário. Não temos plantas ou fábricas. As fontes de ruído em locais residenciais e públicos são, em primeiro lugar, a atividade das pessoas (falar, gritar, tocar instrumentos musicais, caminhar, mover móveis) e o funcionamento associado de receptores de rádio e televisão, gravadores, eletrodomésticos eletromecânicos, bem como o funcionamento de instalações sanitárias -equipamentos técnicos.

Ecologia e higiene auditiva (matéria no slide -13).

A deficiência auditiva e o enfraquecimento podem ser causados por:

1. Mudanças internas(de acordo com a tabela)

Danos ao nervo auditivo -> interrupção da transmissão do impulso ao córtex auditivo.
A formação de um “tampão de cerúmen” no conduto auditivo externo -> interrupção da transmissão das vibrações sonoras ao ouvido interno.

2. Fatores externos(slide 14)

É proibido: (slide-15)

Ouça música muito alta.
Em caso de sons fortes e agudos, mantenha a boca aberta.
Com ventos fortes e temperaturas abaixo de zero, caminhe sem chapéu.
Tente remover você mesmo objetos estranhos do canal auditivo.

4. Conclusão.

Mas o silêncio absoluto também deprime a pessoa. Em completo silêncio, por exemplo, em uma câmara à prova de som, sons e farfalhares que em condições normais passam despercebidos imediatamente começam a perturbá-lo - batimentos cardíacos, pulsações, respiração e até mesmo o farfalhar dos cílios. Esses sons, geralmente inaudíveis em condições de silêncio absoluto, são percebidos por uma pessoa com tal intensidade que podem causar graves transtornos mentais em pessoas que estão há muito tempo em uma câmara à prova de som. Como vemos, a natureza do ruído é dupla: é prejudicial e necessário ao mesmo tempo. Portanto, ao falar sobre o combate ao ruído, é preciso lembrar que não estamos falando de todos os sons em geral, mas apenas de efeitos indesejados, irritantes e nocivos ao organismo. Foi estabelecido, por exemplo, que pessoas com trabalho mental, pessoas com sensibilidade desenvolvida (cientistas, representantes de profissões criativas) sentem o impacto do ruído de forma mais aguda do que representantes de outras formas de emprego. Portanto, do ponto de vista subjetivo, ruído pode ser definido como qualquer som indesejado, perturbador e prejudicial.

Ruídos agudos, instáveis, inesperados ou repetidos irregularmente são especialmente prejudiciais. As pessoas vivem em um mundo de sons. O som é uma onda mecânica. O receptor de som humano - o ouvido - percebe apenas ondas com frequência de 16 a 20.000 Hz como sons. Com a voz, as pessoas podem transmitir não apenas informações, mas também sentimentos e humor: alegria, raiva, ameaça, ridículo.

V. Lição de casa: Slides 16, 17.

Nível 1 (de acordo com o programa): Trabalhar de acordo com o livro didático.
Nível 2 (nível semi-criativo):

Responda as seguintes questões:

Por que eles batem com um martelo ao verificar as rodas do vagão enquanto o trem está estacionado?
Na sua opinião, as ondas sonoras do ambiente serão percebidas por uma pessoa se alguma parte do analisador auditivo estiver danificada (justifique sua resposta)?
Como você acha que as vibrações sonoras são transmitidas do meio ambiente para os receptores auditivos dos terráqueos?
A frequência de vibração das asas do beija-flor é de 35 a 50 Hz. Você conseguirá ouvir os beija-flores voando?
Duas pessoas escutam, na esperança de ouvir o som de um trem se aproximando. Um deles encostou o ouvido na grade, o outro não. Qual deles saberá primeiro sobre o trem que se aproxima e por quê?

Nível 3. Encontre formações semelhantes na estrutura do microfone e do órgão auditivo.

Compare a estrutura do microfone e do órgão auditivo (slide 18).

LITERATURA(slide-19-20)

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Mais tarde, no curso da evolução, surgiram os tipos mais elevados de sensibilidade - a percepção de sons (audição) e de luz (). A excepcional importância da audição e da visão reside no fato de já sinalizarem de longe sobre determinados objetos e fenômenos do ambiente. Portanto, em fisiologia são chamados de analisadores distantes. O tipo mais elevado de sensibilidade química, o sentido do olfato, também possui em grande parte essa propriedade. No entanto, atinge um grau especial de desenvolvimento precisamente nos órgãos da audição e da visão.

Surgiu com base na sensibilidade à irritação mecânica. No entanto, aqui não é mais o toque de certos objetos que é percebido, mas fenômenos incomparavelmente mais sutis - as vibrações do ar. A percepção das vibrações do ar é de enorme importância.

Todos os objetos que nos rodeiam - sólidos, líquidos e gases - têm uma certa elasticidade. Portanto, quando um corpo entra em contato com outro, e ainda mais quando se chocam, esses corpos realizam uma série de movimentos oscilatórios - simplesmente, eles vibram e tremem. Não há vazio na natureza que nos rodeia imediatamente. Portanto, qualquer movimento de um objeto leva ao seu contato com outro - os objetos vibram e essas vibrações são transmitidas ao ar. Como resultado, ouvimos sons - informações sobre o movimento ao nosso redor. Quer uma bigorna trema sob os golpes de um martelo, quer a água vibre de uma pedra atirada nela, quer as cordas vocais de um cantor tremam sob a pressão de uma corrente de ar, quer as páginas de um livro tremam sob a mão que as vira - tudo isso provoca vibrações no ar, espalhando-se a uma velocidade de 340 m por segundo, ou 1 km em 3 segundos e ouvimos o som. Como isso é percebido?

As vibrações do ar afetam a membrana fina, mas elástica, contra a qual repousa o conduto auditivo externo; Esta membrana é o tímpano. Sua espessura é de 0,1 mm. A partir dele, por meio de uma cadeia de três minúsculos ossos, que reduzem em 50 vezes o alcance das vibrações, mas aumentam sua força em 50 vezes, as vibrações são transmitidas ao fluido localizado no ouvido interno. Só aqui, de fato, começa a percepção do som. Como o tímpano é apenas um dos elos na transmissão do som ao ouvido interno, danos à sua integridade não levam à perda auditiva, embora, é claro, a reduzam um pouco.

A parte principal do ouvido interno é um tubo torcido em forma de caracol e, portanto, chamado de cóclea. Entre suas paredes estão esticadas cerca de 24 mil das fibras mais finas, fios, cujo comprimento diminui gradativamente do topo da cóclea até sua base. Estas são as nossas cordas. Se você pronunciar um som bem alto na frente do piano, o piano nos responderá. Se tocarmos baixo, o piano responderá com um som baixo. Se chiarmos, ouviremos um som agudo em resposta. Este fenômeno é chamado de ressonância. Cada corda do piano é afinada para soar em um determinado tom, ou seja, para vibrar em uma determinada frequência (quanto mais frequentes as vibrações, mais alto o som aparece). Se uma corda for exposta a vibrações do ar na mesma frequência da frequência em que está afinada, a corda ressoa, responde.

A percepção do som pelos nossos ouvidos baseia-se no mesmo princípio. Devido aos diferentes comprimentos das fibras, cada uma delas é sintonizada em uma determinada frequência de oscilação - de 16 a 20.000 por segundo. As fibras longas no ápice da cóclea percebem vibrações de baixa frequência, ou seja, sons baixos, e as fibras curtas na base da cóclea percebem vibrações frequentes. Isso foi comprovado pelo aluno de I. P. Pavlov, o sutil experimentador L. A. Andreev. O método finalmente permitiu saber se o animal ouve determinados sons quando uma ou outra parte da cóclea é destruída. Verificou-se que se a parte superior da cóclea for destruída em um cão, não importa quantas vezes sons baixos sejam emitidos antes da alimentação, um reflexo condicionado a eles não se formará. Isto sem dúvida prova que o animal não percebe mais esses sons. Desta forma, diversas seções da cóclea foram “sondadas”. Somente os experimentos de L.A. Andreev finalmente provaram que as fibras da cóclea são de fato nossos ressonadores. O famoso G. Helmholtz, que apresentou a teoria da ressonância da audição no século passado, não teve oportunidade de prová-la experimentalmente.

Se o ar vibra mais de 20.000 vezes por segundo, não percebemos mais essas vibrações com os ouvidos. Eles são chamados de ultrassonografias. Em cães, como mostram estudos que utilizam o método do reflexo condicionado, o limite auditivo chega a 40.000 Hz. Isso significa que o cão ouve ultrassons inacessíveis aos humanos. A propósito, isso pode ser usado por treinadores de circo para dar sinais secretos aos animais.

Características estruturais e funcionais do analisador auditivo

Conceitos gerais da fisiologia do analisador auditivo

ANALISADOR AUDITIVO

Com a ajuda de um analisador auditivo, uma pessoa navega pelos sinais sonoros do ambiente e forma reações comportamentais adequadas, por exemplo, defensivas ou de procura de alimentos. A capacidade de uma pessoa perceber a fala falada e vocal e as obras musicais torna o analisador auditivo um componente necessário dos meios de comunicação, cognição e adaptação.

Um estímulo adequado para o analisador auditivo é sons , ou seja movimentos oscilatórios de partículas de corpos elásticos que se propagam na forma de ondas em uma ampla variedade de meios, incluindo o ar, e são percebidos pelo ouvido .

As vibrações das ondas sonoras (ondas sonoras) são caracterizadas por frequência E amplitude .

A frequência das ondas sonoras determina a altura do som. Uma pessoa distingue ondas sonoras com frequência de 20 a 20.000 Hz. Sons com frequência abaixo de 20 Hz - infrassons e acima de 20.000 Hz (20 kHz) - ultrassons, não são sentidos pelos humanos. Ondas sonoras que possuem vibrações senoidais ou harmônicas são chamadas tom.

O som que consiste em frequências não relacionadas é chamado de ruído.. Quando a frequência das ondas sonoras é alta, o tom é alto; quando é baixo, o tom é baixo.

A segunda característica do som que o sistema sensorial auditivo distingue é a sua força, dependendo da amplitude das ondas sonoras. A força do som é percebida pelos humanos como volume .

A sensação de volume aumenta à medida que o som se intensifica e também depende da frequência das vibrações sonoras, ou seja, A intensidade de um som é determinada pela interação entre intensidade (força) e altura (frequência) do som. A unidade de medida do volume do som é branco , na prática geralmente é usado decibel(dB), ou seja, 0,1 bel. Uma pessoa também distingue sons por timbre, ou "colorir". O timbre do sinal sonoro depende do espectro, ou seja, da composição de frequências adicionais – conotações , que acompanham a frequência fundamental - tom . Pelo timbre, é possível distinguir sons de mesma altura e volume, o que é a base para o reconhecimento das pessoas pela voz.

Sensibilidade do analisador auditivo determinado pela intensidade sonora mínima suficiente para produzir uma sensação auditiva. Na faixa de vibrações sonoras de 1.000 a 3.000 por segundo, que corresponde à fala humana, o ouvido tem maior sensibilidade. Este conjunto de frequências é chamado zona de fala .

Seção receptora (periférica) do analisador auditivo, conversão da energia das ondas sonoras em energia de excitação nervosa, representada pelas células ciliadas receptoras do órgão de Corti (órgão Corti), localizado na cóclea. Os receptores auditivos (fonorreceptores) pertencem aos mecanorreceptores, são secundários e são representados por células ciliadas internas e externas. Os humanos têm aproximadamente 3.500 células ciliadas internas e 20.000 células ciliadas externas, localizadas na membrana basilar, dentro do canal médio do ouvido interno.

O ouvido interno (aparelho receptor de som), bem como o ouvido médio (aparelho transmissor de som) e o ouvido externo (aparelho receptor de som) são combinados no conceito órgão da audição (Fig. 2.6).

Ouvido externo Devido à aurícula, garante a captação dos sons, sua concentração no sentido do conduto auditivo externo e aumento da intensidade dos sons. Além disso, as estruturas do ouvido externo desempenham uma função protetora, protegendo o tímpano das influências mecânicas e de temperatura do ambiente externo.

Arroz. 2.6. Órgão auditivo

Ouvido médio(seção condutora de som) é representada pela cavidade timpânica, onde estão localizados três ossículos auditivos: o martelo, a bigorna e o estribo. O ouvido médio é separado do conduto auditivo externo pelo tímpano. O cabo do martelo é tecido no tímpano, sua outra extremidade é articulada com a bigorna, que, por sua vez, é articulada com o estribo. O estribo é adjacente à membrana da janela oval. A área da membrana timpânica (70 mm2) é significativamente maior que a área da janela oval (3,2 mm2), devido à qual a pressão das ondas sonoras na membrana da janela oval aumenta aproximadamente 25 vezes. Como o mecanismo de alavanca dos ossículos reduz a amplitude das ondas sonoras em aproximadamente 2 vezes, então, conseqüentemente, a mesma amplificação das ondas sonoras ocorre na janela oval. Assim, a amplificação geral do som no ouvido médio ocorre aproximadamente 60 a 70 vezes. Se levarmos em conta o efeito amplificador do ouvido externo, esse valor chega a 180–200 vezes. O ouvido médio possui um mecanismo de proteção especial representado por dois músculos: o músculo que aperta o tímpano e o músculo que fixa o estribo. O grau de contração desses músculos depende da força das vibrações sonoras. Com fortes vibrações sonoras, os músculos limitam a amplitude de vibração do tímpano e o movimento do estribo, protegendo assim o aparelho receptor no ouvido interno de estimulação e destruição excessivas. Em caso de irritação forte e instantânea (tocada de campainha), este mecanismo de proteção não tem tempo de atuar. A contração de ambos os músculos da cavidade timpânica é realizada pelo mecanismo de um reflexo incondicionado, que se fecha ao nível do tronco encefálico. A pressão na cavidade timpânica é igual à pressão atmosférica, o que é muito importante para a percepção adequada dos sons. Essa função é desempenhada pela trompa de Eustáquio, que conecta a cavidade do ouvido médio à faringe. Ao engolir, o tubo se abre, ventilando a cavidade do ouvido médio e equalizando a pressão nele contida com a pressão atmosférica. Se a pressão externa muda rapidamente (aumento rápido de altitude) e a deglutição não ocorre, então a diferença de pressão entre o ar atmosférico e o ar na cavidade timpânica leva à tensão do tímpano e à ocorrência de sensações desagradáveis, uma diminuição no percepção de sons.

Ouvido interno representado pela cóclea - um canal ósseo torcido em espiral com 2,5 voltas, que é dividido pela membrana principal e pela membrana de Reissner em três partes estreitas (escadas). O canal superior (escala vestibular) começa na janela oval e se conecta ao canal inferior (escala do tímpano) através do helicotrema (orifício no ápice) e termina na janela redonda. Ambos os canais são uma unidade única e são preenchidos com perilinfa, de composição semelhante ao líquido cefalorraquidiano. Entre os canais superior e inferior existe um canal intermediário (escada intermediária). Está isolado e preenchido com endolinfa. Dentro do canal intermediário, na membrana principal, está o próprio aparelho receptor de som - o órgão de Corti (órgão de Corti) com células receptoras, representando a seção periférica do analisador auditivo (Fig. 2.7).

A membrana principal próxima à janela oval tem 0,04 mm de largura, depois se expande gradativamente em direção ao ápice, atingindo 0,5 mm no helicotrema. Acima do órgão de Corti encontra-se uma membrana tectorial (tegumentar) de origem no tecido conjuntivo, com uma borda fixa e a outra livre. Os cabelos das células ciliadas externas e internas estão em contato com a membrana tectorial. Nesse caso, a condutividade dos canais iônicos das células receptoras (pilosas) muda e são formados potenciais de microfone e receptor de soma.

Arroz. 2.7. Órgão de corti

O mediador acetilcolina é formado e liberado na fenda sináptica da sinapse receptor-aferente. Tudo isso leva à excitação da fibra nervosa auditiva, ao surgimento de um potencial de ação nela. É assim que a energia das ondas sonoras é transformada em impulso nervoso. Cada fibra nervosa auditiva possui uma curva de sintonia de frequência, também chamada curva de frequência-limiar. Este indicador caracteriza a área do campo receptivo da fibra, que pode ser estreito ou largo. É estreito quando os sons são baixos e quando sua intensidade aumenta, ele se expande.

Departamento de fiação O analisador auditivo é representado por um neurônio bipolar periférico localizado no gânglio espiral da cóclea (o primeiro neurônio). As fibras do nervo auditivo (ou coclear), formadas pelos axônios dos neurônios do gânglio espiral, terminam nas células dos núcleos do complexo coclear da medula oblonga (segundo neurônio). Então, após decussação parcial, as fibras vão para o corpo geniculado medial do metatálamo, onde ocorre novamente a comutação (terceiro neurônio), a partir daqui a excitação entra no córtex (quarto neurônio). Nos corpos geniculados mediais (internos), assim como nas tuberosidades inferiores do quadrigêmeo, existem centros de reações motoras reflexas que ocorrem quando expostos ao som.

Central, ou cortical, departamento O analisador auditivo está localizado na parte superior do lobo temporal do cérebro (giro temporal superior, áreas de Brodmann 41 e 42). O giro temporal transverso (giro de Heschl) é importante para a função do analisador auditivo.

Sistema sensorial auditivo complementado por mecanismos de feedback que proporcionam regulação da atividade de todos os níveis do analisador auditivo com a participação de vias descendentes. Essas vias começam nas células do córtex auditivo, alternando sequencialmente nos corpos geniculados mediais do metatálamo, no colículo posterior (inferior) e nos núcleos do complexo coclear. Como parte do nervo auditivo, as fibras centrífugas atingem as células ciliadas do órgão de Corti e as sintonizam para perceber determinados sinais sonoros.

A percepção do tom, da intensidade do som e da localização da fonte sonora começa quando as ondas sonoras entram no ouvido externo, onde vibram o tímpano. As vibrações da membrana timpânica através do sistema de ossículos auditivos do ouvido médio são transmitidas à membrana da janela oval, o que provoca vibrações da perilinfa da escala vestibular (superior). Essas vibrações são transmitidas através do helicotrema até a perilinfa da escala timpânica (inferior) e atingem a janela redonda, deslocando sua membrana em direção à cavidade do ouvido médio (Fig. 2.8).

As vibrações da perilinfa também são transmitidas à endolinfa do canal membranoso (médio), o que faz vibrar a membrana principal, que consiste em fibras individuais esticadas como cordas de piano. Quando expostas ao som, as fibras da membrana começam a vibrar junto com as células receptoras do órgão de Corti localizadas nelas. Nesse caso, os cabelos das células receptoras entram em contato com a membrana tectorial e os cílios das células ciliadas são deformados. Primeiro, aparece um potencial receptor e, em seguida, um potencial de ação (impulso nervoso), que é então transportado ao longo do nervo auditivo e transmitido para outras partes do analisador auditivo.

Fenômenos elétricos na cóclea. Cinco fenômenos elétricos diferentes podem ser detectados na cóclea.

1. O potencial de membrana da célula receptora auditiva caracteriza o estado de repouso.

2. O potencial endolinfático, ou potencial endococlear, é causado por diferentes níveis de processos redox nos canais da cóclea, resultando em uma diferença de potencial (80 mV) entre a perilinfa do canal médio da cóclea (cujo potencial tem uma carga positiva) e o conteúdo dos canais superior e inferior. Esse potencial endococlear influencia o potencial de membrana das células receptoras auditivas, criando nelas um nível crítico de polarização, no qual um leve efeito mecânico durante o contato das células receptoras ciliadas com a membrana tectória leva à excitação delas.

Arroz. 2.8. Canais cocleares:

A - ouvido médio e interno em secção (de acordo com P. Lindsay e D. Norman, 1974); b- propagação de vibrações sonoras na cóclea

3. O efeito do microfone caracol foi obtido em um experimento com gatos. Eletrodos inseridos na cóclea foram conectados a um amplificador e alto-falante. Se o gato disser várias palavras perto do ouvido, elas poderão ser ouvidas enquanto estiver em frente ao alto-falante em outra sala. Este potencial é gerado na membrana da célula ciliada como resultado da deformação dos fios em contato com a membrana tectorial. A frequência dos potenciais do microfone corresponde à frequência das vibrações sonoras, e a amplitude dos potenciais dentro de certos limites é proporcional à intensidade dos sons da fala. As vibrações sonoras que atuam na orelha interna levam ao efeito microfônico resultante, sobreposto ao potencial endococlear e causando sua modulação.

4. O potencial de soma difere do potencial do microfone porque reflete não a forma da onda sonora, mas seu envelope. É um conjunto de potenciais de microfone que surgem sob a influência de sons fortes com frequência acima de 4.000 - 5.000 Hz. Os potenciais de microfone e de soma estão associados à atividade das células ciliadas externas e são considerados potenciais receptores.

5. O potencial de ação do nervo auditivo é registrado em suas fibras, a frequência dos impulsos corresponde à frequência das ondas sonoras, se não ultrapassar 1000 Hz. Quando exposto a tons mais altos, a frequência dos impulsos nas fibras nervosas não aumenta, pois 1000 impulsos/s é quase a frequência máxima possível de geração de impulsos nas fibras nervosas auditivas. O potencial de ação nas terminações nervosas é registrado 0,5–1,0 ms após o início do efeito do microfone, o que indica transmissão sináptica de excitação da célula ciliada para a fibra nervosa auditiva.

Percepção de sons de diferentes alturas(frequência), segundo a teoria da ressonância de Helmholtz, se deve ao fato de cada fibra da membrana principal estar sintonizada com um som de determinada frequência. Assim, os sons de baixa frequência são percebidos por ondas longas da membrana principal, localizadas mais próximas ao ápice da cóclea, enquanto os sons de alta frequência são percebidos por fibras curtas da membrana principal, localizadas mais próximas à base da cóclea. Quando exposto a sons complexos, ocorrem vibrações de várias fibras da membrana.

Na interpretação moderna, o mecanismo de ressonância está subjacente teorias de lugar, segundo o qual toda a membrana entra em estado de vibração. Porém, o desvio máximo da membrana principal da cóclea ocorre apenas em um determinado local. À medida que a frequência das vibrações sonoras aumenta, a deflexão máxima da membrana principal se desloca para a base da cóclea, onde estão localizadas as fibras mais curtas da membrana principal - as fibras curtas podem ter uma frequência de vibração mais alta. A excitação das células ciliadas desta seção específica da membrana é transmitida através de um mediador às fibras do nervo auditivo na forma de um certo número de impulsos, cuja frequência de repetição é inferior à frequência das ondas sonoras (a labilidade do nervo fibras não excede 800 - 1000 Hz). A frequência das ondas sonoras percebidas chega a 20.000 Hz. Desta forma, é realizado um tipo de codificação espacial da altura e frequência dos sinais sonoros.

Quando os tons operam até aproximadamente 800 Hz, exceto espacial codificação também ocorre temporário (frequência) codificação, na qual a informação também é transmitida ao longo de certas fibras do nervo auditivo, mas na forma de impulsos (voleios), cuja frequência de repetição repete a frequência das vibrações sonoras. Neurônios individuais em diferentes níveis do sistema sensorial auditivo são sintonizados em uma frequência sonora específica, ou seja, Cada neurônio tem seu próprio limite de frequência específico, sua frequência sonora específica, à qual a resposta do neurônio é máxima. Assim, cada neurônio de todo o conjunto de sons percebe apenas certas seções bastante estreitas da faixa de frequência que não coincidem entre si, e conjuntos de neurônios percebem toda a faixa de frequência dos sons audíveis, o que garante uma percepção auditiva completa.

A validade dessa posição é confirmada pelos resultados das próteses auditivas humanas, quando eletrodos foram implantados no nervo auditivo, e suas fibras foram irritadas por impulsos elétricos de diferentes frequências que correspondiam a combinações sonoras de determinadas palavras e frases, proporcionando percepção semântica de discurso.

Análise de intensidade sonora também ocorre no sistema sensorial auditivo. Neste caso, a força do som é codificada tanto pela frequência dos impulsos quanto pelo número de receptores excitados e neurônios correspondentes. Em particular, as células receptoras capilares externas e internas têm diferentes limiares de excitação. As células internas são excitadas com maior intensidade sonora do que as externas. Além disso, os limiares de excitação das células internas também são diferentes. A este respeito, dependendo da intensidade do som, a proporção de células receptoras excitadas do órgão de Corti e a natureza dos impulsos que entram no sistema nervoso central mudam. Os neurônios do sistema sensorial auditivo têm diferentes limiares de resposta. Com um sinal sonoro fraco, apenas um pequeno número de neurônios mais excitáveis está envolvido na reação, e com um som aumentado, neurônios com menos excitabilidade são excitados.

Deve-se notar que além da condução aérea existe condução óssea do som, aqueles. condução do som diretamente através dos ossos do crânio. Nesse caso, as vibrações sonoras provocam vibração dos ossos do crânio e do labirinto, o que leva a um aumento da pressão da perilinfa no canal vestibular mais do que no canal timpânico, uma vez que a membrana que cobre a janela redonda é elástica, e a janela oval é fechada pelo estribo. Como resultado disso, ocorre um deslocamento da membrana principal, assim como acontece com a transmissão de vibrações sonoras pelo ar.

Definição localização de fonte sonora possível com a ajuda audição binaural, ou seja, a capacidade de ouvir com dois ouvidos ao mesmo tempo. Graças à audição binaural, uma pessoa é capaz de localizar com mais precisão a fonte de um som do que com a audição mono e determinar a direção do som. Para sons agudos, a determinação de sua origem é determinada pela diferença na intensidade do som que chega a ambas as orelhas, devido às diferentes distâncias da fonte sonora. Para sons graves, é importante a diferença de tempo entre a chegada das mesmas fases da onda sonora a ambos os ouvidos.

A determinação da localização de um objeto sonoro é realizada pela percepção dos sons diretamente do objeto sonoro - localização primária, ou pela percepção das ondas sonoras refletidas do objeto - localização secundária ou ecolocalização. Alguns animais (golfinhos, morcegos) navegam no espaço usando a ecolocalização.

Adaptação auditiva- Esta é uma mudança na sensibilidade auditiva durante a ação do som. Consiste nas alterações correspondentes no estado funcional de todas as partes do analisador auditivo. Um ouvido adaptado ao silêncio apresenta maior sensibilidade à estimulação sonora (sensibilização auditiva). Com a escuta prolongada, a sensibilidade auditiva diminui. Um papel importante na adaptação auditiva é desempenhado pela formação reticular, que não só altera a atividade das seções condutoras e corticais do analisador auditivo, mas também, devido às influências centrífugas, regula a sensibilidade dos receptores auditivos, determinando o nível de sua “sintonizar” a percepção dos estímulos auditivos.

No órgão da audição existem:

Externo,

Média

Ouvido interno.

O ouvido externo inclui o pavilhão auricular e o canal auditivo externo, separado do ouvido médio pelo tímpano. A aurícula, adaptada para captar sons, é formada por cartilagem elástica recoberta por pele. A parte inferior da orelha (lóbulo) é uma prega de pele que não contém cartilagem. A aurícula está ligada ao osso temporal por ligamentos.

O conduto auditivo externo possui partes cartilaginosas e ósseas. No local onde a parte cartilaginosa passa para o osso, o canal auditivo apresenta estreitamento e curvatura. O comprimento do conduto auditivo externo em um adulto é de cerca de 33-35 mm, o diâmetro de seu lúmen varia em diferentes áreas de 0,8 a 0,9 cm. O conduto auditivo externo é revestido por pele, na qual existem glândulas tubulares (suor modificado glândulas) que produzem uma secreção amarelada - cera.

O tímpano separa o ouvido externo do ouvido médio. É uma placa de tecido conjuntivo, revestida externamente por pele fina, e internamente, na lateral da cavidade timpânica, por membrana mucosa. No centro do tímpano há uma depressão (o umbigo do tímpano) - o local onde um dos ossículos auditivos, o martelo, está preso ao tímpano. A membrana timpânica possui uma parte superior, fina, livre e não esticada, que não contém fibras de colágeno, e uma parte inferior, elástica e esticada. A membrana está localizada obliquamente, forma um ângulo de 45-55 com o plano horizontal, aberto para a lateral.

O ouvido médio está localizado dentro da pirâmide do osso temporal, inclui a cavidade timpânica e a tuba auditiva que conecta a cavidade timpânica à faringe. A cavidade timpânica, com volume de cerca de 1 cm 3, está localizada entre o tímpano na parte externa e o ouvido interno na face medial. Na cavidade timpânica, revestida pela membrana mucosa, existem três ossículos auditivos, conectados de forma móvel entre si (o martelo, a bigorna e o estribo), que transmitem as vibrações do tímpano ao ouvido interno.

O movimento dos ossículos auditivos é restringido por músculos em miniatura ligados a eles - o músculo estapédio e o músculo que alonga a membrana timpânica.

A cavidade timpânica possui seis paredes. A parede superior (tegmental) separa a cavidade timpânica da cavidade craniana. A parede inferior (jugular) é adjacente à fossa jugular do osso temporal. A parede medial (labiríntica) separa a cavidade timpânica do ouvido interno.

Nesta parede existe uma janela oval do vestíbulo, fechada pela base do estribo, e uma janela redonda da cóclea, coberta por uma membrana timpânica secundária. A parede lateral (membranosa) é formada pela membrana timpânica e pelas partes circundantes do osso temporal. Na parede posterior (mastoidea) há uma abertura - a entrada para a caverna mastoidea. Abaixo desse orifício existe uma eminência piramidal, dentro da qual está localizado o músculo estapédio. A parede anterior (carótida) separa a cavidade timpânica do canal da artéria carótida interna. Nessa parede abre-se a abertura timpânica da tuba auditiva, que possui partes ósseas e cartilaginosas. A parte óssea é o semicanal da tuba auditiva, que é a parte inferior do canal músculo-tubário. No hemicanal superior existe um músculo que distende a membrana timpânica.

O ouvido interno está localizado na pirâmide do osso temporal entre a cavidade timpânica e o conduto auditivo interno. É um sistema de cavidades ósseas estreitas (labirintos) contendo aparelhos receptores que percebem sons e mudanças na posição do corpo.

Nas cavidades ósseas revestidas por periósteo, existe um labirinto membranoso, repetindo o formato do labirinto ósseo. Entre o labirinto membranoso e as paredes ósseas existe uma lacuna estreita - o espaço perilinfático, cheio de líquido - a perilinfa.

O labirinto ósseo consiste no vestíbulo, três canais semicirculares e a cóclea. O vestíbulo ósseo tem o formato de uma cavidade oval comunicando-se com os canais semicirculares. Na parede lateral do vestíbulo ósseo existe uma janela oval do vestíbulo, fechada pela base do estribo. Ao nível do início da cóclea existe uma janela redonda da cóclea, coberta por uma membrana elástica.Três canais semicirculares ósseos situam-se em três planos perpendiculares entre si. O canal semicircular anterior está localizado no plano sagital, o canal lateral está localizado no plano horizontal e o canal posterior está localizado no plano frontal. Cada canal semicircular possui duas pernas, uma das quais (pedículo ósseo ampular) forma uma extensão - uma ampola - antes de desaguar no vestíbulo. Os pedículos dos canais semicirculares anterior e posterior se conectam e formam um pedículo ósseo comum, portanto, três canais se abrem no vestíbulo com cinco aberturas.

A cóclea óssea tem 2,5 espirais em torno de uma haste horizontal. Uma placa espiral óssea, perfurada por túbulos finos, é torcida em torno da haste como um parafuso.As fibras da parte coclear do nervo vestibulococlear passam por esses túbulos. Na base da placa há um canal espiral no qual se encontra o gânglio do nervo espiral. A placa, juntamente com o ducto coclear membranoso conectado a ela, divide a cavidade do canal coclear em duas cavidades espiraladas - escalas (vestibulares e timpânicas), comunicando-se entre si na área da cúpula da cóclea.

As paredes do labirinto membranoso são formadas por tecido conjuntivo. O labirinto membranoso é preenchido com líquido - endolinfa, que flui através do ducto endolinfático, passando no aqueduto do vestíbulo até o saco endolinfático, que fica na espessura da dura-máter na superfície posterior da pirâmide. Do espaço perilinfático, a perilinfa flui através do ducto perilinfático passando no canalículo coclear para o espaço subaracnóideo na superfície inferior da pirâmide do osso temporal.

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