Особливості сприйняття звуку людиною. Сприйняття звуку людським вухом Від чого залежить сприйняття звуку

Людина сприймає звук у вигляді вуха (рис.).

Зовні розташована раковина зовнішнього вуха , що переходить у слуховий канал діаметром D 1 = 5 ммта довжиною 3 см.

Далі розташована барабанна перетинка, яка вібрує під дією звукової хвилі (резонує). Перетинка приєднана до кісток середнього вуха , що передає вібрацію іншій перетинці і далі у внутрішнє вухо.

Внутрішнє вухо має вигляд закрученої трубки ("равлики") з рідиною. Діаметр цієї трубки D 2 = 0,2 ммдовжина 3 – 4 смдовгою.

Оскільки коливання повітря в звуковій хвилі слабкі, щоб безпосередньо збудити рідину в равлику, система середнього і внутрішньо вуха спільно з їх перетинками грають роль гідравлічного підсилювача. Площа барабанної перетинки внутрішнього вуха менша від площі перетинки середнього вуха. Тиск, що чиниться звуком на перетинки, обернено пропорційно площі:

.

Тому тиск на внутрішнє суттєво вухо зростає:

.

У внутрішньому вусі по всій його довжині натягнута ще одна мембрана (поздовжня), жорстка на початку вуха та м'яка наприкінці. Кожна ділянка цієї поздовжньої мембрани може коливатись із власною частотою. У жорсткому ділянці збуджуються коливання високої частоти, а м'якому – низької. Уздовж цієї мембрани розташований преддверноулитковый нерв, який сприймають коливання і передає в мозок.

Найнижча частота коливань джерела звуку 16-20 Гцсприймається вухом як низький басовий звук. Область найбільшої чутливості слуху захоплює частину середньочастотного та частина високочастотного піддіапазонів і відповідає інтервалу частот від 500 Гц до 4-5 кГц . Людський голос і звуки, що видаються більшістю важливих процесів у природі, мають частоту в цьому ж інтервалі. При цьому звуки частотою від 2 кГцдо 5 кГцуловлюються вухом як дзвін чи свист. Інакше висловлюючись, найважливіша інформація передається на звукових частотах приблизно до 4-5 кГц.

Підсвідомо людина поділяє звуки на "позитивні", "негативні" та "нейтральні".

До негативних відносяться звуки, які раніше були не знайомі, дивні та незрозумілі. Вони викликають страх і занепокоєння. До них також відносяться низькочастотні звуки, наприклад, низький барабанний стукіт або виття вовка, тому що збуджують страх. Крім того, страх і жах збуджують нечутний низькочастотний звук (інфразвук). Приклади:

    У 30-ті роки 20 століття в одному з лондонських театрів як сценічний ефект застосували величезну органну трубу. Від інфразвуку цієї труби вся будівля затремтіла, а в людях оселився жах.

    Співробітники національної лабораторії фізики в Англії провели експеримент, додавши до звучання звичайних акустичних інструментів класичної музики наднизькі (інфразвукові) частоти. Слухачі відчули занепад настрою і зазнали почуття страху.

    На кафедрі акустики МДУ проводилися дослідження впливу року та поп музики на людський організм. Виявилося, що частота основного ритму композиції «Діп Попел» викликає неконтрольоване збудження, втрату контролю за собою, агресивність до оточуючих чи негативні емоції себе. Композиція The Beatles, на перший погляд милозвучна, виявилася шкідливою і навіть небезпечною, тому що має основний ритм близько 6,4 Гц. Ця частота резонує з частотами грудної клітки, черевної порожнини та близька до своєї частоти головного мозку (7 Гц.). Тому при прослуховуванні цієї композиції тканини живота та грудей починають хворіти та поступово руйнуватися.

    Інфразвук викликає в організмі людини коливання різних систем, зокрема серцево-судинної. Це несприятливо впливає і може призвести, наприклад, до гіпертонічної хвороби. Коливання на частоті 12 Гц можуть, якщо їх інтенсивність перевищить критичний поріг, спричинити загибель вищих організмів, зокрема людей. Ця та інші інфразвукові частоти присутні у виробничих шумах, шумах автострад та інших джерел.

Зауваження: У тварин резонанс музичних частот та власних може призвести до розпаду функції мозку. При звучанні "металевого року" корови перестають давати молоко, а от свині, навпаки, обожнюють металевий рок.

Позитивними є звуки струмка, припливу моря чи співу птахів; вони викликають заспокоєння.

Крім того, і рок не завжди поганий. Наприклад, музика типу «кантрі», що виконується на банджо, допомагає одужувати, хоча погано впливає на здоров'я в початковому етапі захворювання.

До позитивних звуків належать класичні мелодії. Наприклад, американські вчені поміщали грудних недоношених немовлят у бокси для прослуховування музики Баха, Моцарта, і діти швидко одужували, набирали вагу.

Сприятливо впливає на здоров'я людини дзвін.

Будь-який ефект звуку посилюється в напівтемряві та темряві, оскільки зменшується частка інформації, що надходить за допомогою зору

        Поглинання звуку в повітрі та огороджувальними поверхнями

Поглинання звуку у повітрі

У кожний момент часу в будь-якій точці приміщення інтенсивність звуку дорівнює сумі інтенсивності прямого звуку, що безпосередньо виходить від джерела, і інтенсивності звуку, відбитого від огороджуючих поверхонь приміщення:

При поширенні звуку в атмосферному повітрі та у будь-якому іншому середовищі виникають втрати інтенсивності. Ці втрати обумовлені поглинанням звукової енергії у повітрі та огороджувальними поверхнями. Розглянемо поглинання звуку за допомогою хвильової теорії .

Поглинання звуку – це явище незворотного перетворення енергії звукової хвилі на інший вид енергії, перш за все в енергію теплового руху частинок середовища. Поглинання звуку відбувається і в повітрі, і при відображенні звуку від поверхонь, що захищають.

Поглинання звуку у повітрісупроводжується зменшенням звукового тиску. Нехай звук поширюється вздовж напрямку rвід джерела. Тоді залежно від відстані rщодо джерела звуку амплітуда звукового тиску зменшується експоненційному закону :

, (63)

де p 0 - Початковий звуковий тиск при r = 0

,

 – коефіцієнт поглинання звуку. Формула (63) виражає закон поглинання звуку .

Фізичний змісткоефіцієнта полягає в тому, що коефіцієнт поглинання чисельно дорівнює величині, зворотній відстані, на якому звуковий тиск зменшується в e = 2,71 разів:

Одиниця виміру в СІ:

.

Оскільки сила звуку (інтенсивність) пропорційна квадрату звукового тиску, той же закон поглинання звуку можна записати у вигляді:

, (63*)

де I 0 - сила звуку (інтенсивність) поблизу джерела звуку, тобто при r = 0 :

.

Графіки залежності p зв (r) і I(r) представлені на рис. 16.

З формули (63*) випливає, що для рівня сили звуку справедливе рівняння:

.

. (64)

Отже, одиниця вимірювання коефіцієнта поглинання СІ: непер на метр

,

крім того, можна обчислювати в білах на метр (Б/м) або децибелах на метр (дБ/м).

Зауваження: Поглинання звуку можна характеризувати коефіцієнтом втрат , який дорівнює

, (65)

де - Довжина звукової хвилі, твір  л огарифмічний коефіцієнт згасання звуку. Величину, рівну зворотній величині коефіцієнта втрат

,

називають добротністю .

Повної теорії поглинання звуку повітря (атмосфері) поки немає. Численні емпіричні оцінки дають різні значення коефіцієнта поглинання.

Перша (класична) теорія поглинання звуку була створена Стокс і заснована на обліку впливу в'язкості (внутрішнього тертя між шарами середовища) та теплопровідності (вирівнювання температури між шарами середовища). Спрощена формула Стокса має вигляд:

, (66)

де в'язкість повітря, коефіцієнт Пуассона, 0 щільність повітря при 0 0 С, швидкість звуку у повітрі. Для звичайних умов ця формула набуде вигляду:

. (66*)

Проте формула Стокса (63) або (63*) справедлива лише для одноатомних газів, атоми яких мають три поступальні ступені свободи, тобто при =1,67 .

Для газів з 2, 3 або багатоатомних молекул значення істотно більше, тому що звук збуджує обертальні та коливальні ступені свободи молекул. Для таких газів (в т. ч. для повітря) більш точною є формула

, (67)

де T н = 273,15 К –абсолютна температура танення льоду ("потрійна точка"), p н = 1,013 . 10 5 Па -нормальний атмосферний тиск, Tі p– реальні (вимірювані) температура та атмосферний тиск повітря, =1,33 для двоатомних газів, =1,33 для трьох- та багатоатомних газів.

Поглинання звуку огороджувальними поверхневими

Поглинання звуку огороджувальними поверхнямивідбувається при відображенні від них звуку. У цьому частина енергії звукової хвилі відбивається і зумовлює виникнення стоячих звукових хвиль, іншу енергії перетворюється на енергію теплового руху частинок перешкоди. Ці процеси характеризують коефіцієнтом відображення та коефіцієнтом поглинання огороджувальної конструкції.

Коефіцієнт відбиття звуку від перешкоди – це безрозмірна величина, що дорівнює відношенню частини енергії хвиліW отр , відбитої від перешкоди, до всієї енергії хвиліW пад , що падає на перешкоду

.

Поглинання звуку перепоною характеризують коефіцієнтом поглинання безрозмірною величиною, що дорівнює відношенню частини енергії хвиліW погл , поглиненою перешкодою(і перейшла у внутрішню енергію речовини перешкоди), до всієї енергії хвиліW пад , що падає на перешкоду

.

Середній коефіцієнт поглинання звуку усіма огороджувальними поверхнями дорівнює

,

, (68*)

де i коефіцієнт поглинання звуку матеріалом i-ї перешкоди, S i - площа i-ї перешкоди, S– загальна площа перешкод, n- кількість різних перешкод.

З цього виразу можна дійти невтішного висновку, що середній коефіцієнт поглинання відповідає єдиному матеріалу, яким можна було б покрити всі поверхні перешкод приміщення із збереженням загального звукопоглинання (А ), рівного

. (69)

Фізичний зміст загального звукопоглинання (А): воно чисельно дорівнює коефіцієнту поглинання звуку відкритим прорізом площею 1 м 2 .

.

Одиниця виміру звукопоглинання називається себін:

.

Розглянувши теорію поширення та механізми виникнення звукових хвиль, доцільно зрозуміти, як звук " інтерпретується " чи сприймається людиною. За сприйняття звукових хвиль у людському організмі відповідає парний орган – вухо. Людське вухо- дуже складний орган, який відповідає за дві функції: 1) сприймає звукові імпульси; 2) виконує роль вестибулярного апарату всього людського організму, визначає положення тіла у просторі та дає життєво важливу здатність утримувати рівновагу. Середньостатистичне людське вухо здатне вловлювати коливання 20 - 20000 Гц, проте бувають відхилення у більшу чи меншу сторону. В ідеалі, чутний частотний діапазон становить 16 - 20000 Гц, що відповідає 16 м - 20 см довжини хвилі. Вухо ділиться на три складові: зовнішнє, середнє та внутрішнє вухо. Кожне з цих "відділів" виконує свою власну функцію, проте всі три відділи тісно пов'язані один з одним і фактично передачу передачі хвилі звукових коливань один одному.

Зовнішнє (зовнішнє) вухо

Зовнішнє вухо складається з вушної раковини та зовнішнього слухового проходу. Вушна раковина – пружний хрящ складної форми, покритий шкірою. У нижній частині вушної раковини розташовується мочка, що складається з жирової тканини і покрита шкірою. Вушна раковина виконує роль приймача звукових хвиль із навколишнього простору. Особлива форма будови вушної раковини дозволяє краще вловлювати звуки, особливо звуки середньочастотного діапазону, що відповідає за передачу мовної інформації. Цей факт багато в чому зумовлений еволюційною необхідністю, оскільки людина велику частину життя проводить у усному спілкуванні з представниками свого виду. Вушна раковина людини практично нерухома, на відміну від великої кількості представників тваринного вигляду, які використовують рухи вухами для більш точного налаштування на джерело звуку.

Складки людської вушної раковини влаштовані таким чином, що вносять виправлення (незначні спотворення) щодо вертикальної та горизонтальної локації джерела звуку у просторі. Саме за рахунок цієї унікальної особливості людина здатна досить чітко визначати розташування об'єкта в просторі щодо нього самого, орієнтуючись тільки по звуку. Ця особливість також добре відома під терміном "локалізація звуку". Основна функція вушної раковини - вловити якомога більше звуків у діапазоні частот. Подальша доля спійманих звукових хвиль вирішується в слуховому проході, довжина якого 25-30 мм. У ньому хрящова частина зовнішньої вушної раковини переходить у кісткову, а шкірна поверхня слухового проходу наділена сальними та сірчаними залозами. Наприкінці слухового проходу розташовується еластична барабанна перетинка, до якої доходять коливання звукових хвиль, викликаючи тим самим її коливання у відповідь. Барабанна перетинка, у свою чергу, передає ці отримані вібрації в область середнього вуха.

Середнє вухо

Коливання, передані барабанною перетинкою, потрапляють у область середнього вуха, що називається "барабанна область". Це область об'ємом близько одного кубічного сантиметра, в якій розташовані три слухові кісточки: молоточок, ковадло і стремечко.Саме ці "проміжні" елементи виконують найважливішу функцію: передача звукових хвиль у внутрішнє вухо та одночасне посилення. Слухові кісточки є надзвичайно складним ланцюжком передачі звучання. Всі три кісточки тісно з'єднані один з одним, а так само з барабанною перетинкою, за рахунок чого відбувається передача коливань "по ланцюжку". На підході до області внутрішнього вуха є вікно присінка, яке перекривається основою стремінця. Для вирівнювання тиску з двох сторін барабанної перетинки (наприклад, у разі змін зовнішнього тиску) область середнього вуха з'єднується з носоглоткою за допомогою євстахієвої труби. Всім нам добре знайомий ефект закладання вух, який виникає саме через таке тонке налаштування. Зі середнього вуха звукові коливання, вже посилені, потрапляють у область внутрішнього вуха, найбільш складну і чутливу.

Внутрішнє вухо

Найбільш складну форму представляє внутрішнє вухо, назване з цієї причини лабіринтом. Кістковий лабіринт включає: переддень, равлик та півкружні канали, а також вестибулярний апаратвідповідає за рівновагу. Безпосередньо до слуху в цій зв'язці відноситься саме равлик. Равлик є спіралеподібним перетинчастим каналом, заповненим лімфатичною рідиною. Усередині канал ділиться на дві частини ще однією перетинкою перегородкою під назвою "основна мембрана". Дана мембрана є волокна різної довжини (загальною кількістю більше 24000), натягнуті як струни, кожна струна резонує на певний звук. Розподіл каналу мембраною складає верхні і нижні сходи, сполучені у верхівки равлики. З протилежного кінця канал з'єднується з рецепторним апаратом слухового аналізатора, який покритий дрібними волосковими клітинами. Цей апарат слухового аналізатора також називається " Кортієв орган " . Коли коливання із середнього вуха потрапляють у равлик, лімфатична рідина, що заповнює канал, також починає вібрувати, передаючи коливання основної мембрани. У цей момент в дію вступає апарат слухового аналізатора, волоскові клітини якого, розташовані в кілька рядів, здійснюють перетворення звукових коливань на електричні "нервові" імпульси, які по слуховому нерву передаються у скроневу зону кори головного мозку. Таким складним і витіюваним чином людина зрештою почує шуканий звук.

Особливості сприйняття та формування мови

Механізм речеобразования формувався в людини протягом усього еволюційного етапу. Сенс цієї можливості полягає у передачі вербальної і невербальної інформації. Перша несе у собі словесну і смислове навантаження, друга відповідає за передачу емоційної складової. Процес створення та сприйняття мови включає: формулювання повідомлення; кодування до елементів за правилами існуючої мови; перехідні нейром'язові дії; рухи голосових зв'язок; випромінювання акустичного сигналу; Далі в дію вступає слухач, здійснюючи: спектральний аналіз отриманого акустичного сигналу та виділення акустичних ознак у периферичній слуховій системі, передача виділених ознак нейронними мережами, розпізнавання мовного коду (лінгвістичний аналіз), розуміння сенсу повідомлення.
Апарат формування мовних сигналів можна порівняти зі складним духовим інструментом, проте багатогранність та гнучкість налаштування та можливості відтворення найменших тонкощів та деталей не має аналогів у природі. Голосоутворюючий механізм складається з трьох нерозривних складових:

  1. Генератор- легкі як резервуар повітряного об'єму. У легких запасається енергія надлишкового тиску, далі через канал, що виводить, за допомогою м'язової системи здійснюється виведення цієї енергії через трахею, з'єднаної з гортанню. На цьому етапі повітряний струмінь переривається та видозмінюється;
  2. Вібратор- Складається з голосових зв'язок. Також на потік впливають повітряні турбулентні струмені (створюють крайові тони) та імпульсні джерела (вибухи);
  3. Резонатор- включає резонансні порожнини складної геометричної форми (глотка, ротова та носова порожнини).

У сукупності індивідуального пристрою даних елементів формується неповторний та індивідуальний тембр голосу кожної людини окремо.

Генерація енергії повітряного стовпа здійснюється в легенях, які створюють певний потік повітря при вдиху та видиху за рахунок різниці атмосферного та внутрішньолегеневого тиску. Процес накопичення енергії здійснюється за допомогою вдиху, процес звільнення характеризується видихом. Відбувається це за рахунок стиснення та розширення грудної клітки, які здійснюються за допомогою двох груп м'язів: міжреберних та діафрагми, при глибокому посиленому диханні та співі скорочуються також м'язи черевного преса, грудей та шиї. При вдиху діафрагма стискається і опускається донизу, скорочення зовнішніх міжреберних м'язів піднімає ребра і відводить їх убік, а грудину вперед. Збільшення грудної клітини призводить до падіння тиску всередині легень (стосовно атмосферного), і цей простір стрімко заповнюється повітрям. При видиху відповідно відбувається розслаблення м'язів і все повертається в колишній стан (грудна клітина повертається у вихідний стан за рахунок своєї власної тяжкості, діафрагма піднімається, зменшується обсяг легень, що раніше розширилися, тиск внутрішньолегеневий зростає). Вдих можна описати як процес, що потребує витрати енергії (активний); видих - процес накопичення енергії (пасивний). Управління процесом дихання та формування мови відбувається несвідомо, але при співі постановка дихання потребує усвідомленого підходу та тривалого додаткового навчання.

Кількість енергії, яка згодом витрачається на формування мови та голосу, залежить від обсягу запасеного повітря та від величини додаткового тиску в легенях. Максимальний тиск у тренованого оперного співака може досягати 100-112 дБ. Модуляція повітряного потоку вібрацією голосових зв'язок і створення підлишкового надлишкового тиску, ці процеси відбуваються в гортані, яка є своєрідним клапаном, розташованим на кінці трахеї. Клапан виконує подвійну функцію: оберігає легені від потрапляння сторонніх предметів та підтримує високий тиск. Саме гортань виступає як джерело мови та співу. Гортань є сукупністю хрящів, з'єднаних м'язами. Гортань має досить складну будову, головним елементом якої є пара голосових зв'язок. Саме голосові зв'язки - основне (але не єдине) джерело голосоутворення або "вібратор". Під час цього процесу голосові зв'язки починають рух, що супроводжується тертям. Для захисту від цього виділяється особлива слизова секреція, яка виконує роль мастила. Утворення мовних звуків визначається коливаннями зв'язок, що призводить до формування потоку повітря, що видихається з легенів, до певного виду амплітудної характеристики. Між голосовими складками розташовуються невеликі порожнини, що виконують роль акустичних фільтрів та резонаторів тоді, коли це потрібно.

Особливості слухового сприйняття, безпека прослуховування, слухові пороги, адаптація, правильний рівень гучності

Як видно з опису будови людського вуха, цей орган дуже ніжний і досить складний за будовою. Беручи до уваги цей факт, неважко визначити, що цей надзвичайно тонкий і чутливий апарат має набір обмежень, порогів і т.д. Людська слухова система пристосована до сприйняття тихих звуків, а також звуків середньої інтенсивності. Тривалий вплив гучних звуків спричиняє незворотні зрушення слухових порогів, а також інші проблеми зі слухом, аж до повної глухоти. Ступінь ушкодження прямопропорційна часу дії в гучному середовищі. У цей час так само набирає чинності механізм адаптації - тобто. під дією тривалих гучних звуків чутливість поступово знижується, гучність, що відчувається, зменшується, слух адаптується.

Адаптація спочатку прагне захистити органи слуху від занадто гучних звуків, однак, саме вплив цього процесу найчастіше змушує людину неконтрольовано додавати рівень гучності аудіосистеми. Захист реалізується завдяки роботі механізму середнього та внутрішнього вуха: стремінце відводиться від овального вікна, тим самим оберігаючи від надмірно гучних звуків. Але механізм захисту не ідеальний і має затримку в часі, спрацьовуючи лише через 30-40 мс після початку надходження звуку, причому повний захист не досягається ще за тривалості 150 мс. Механізм захисту активізується, коли рівень гучності переходить рівень 85 Дб, причому сам захист до 20 Дб.
Найбільш небезпечним, у разі, вважатимуться явище " зсуву слухового порога " , що зазвичай відбувається практично у результаті тривалого впливу гучних звуків вище 90 Дб. Процес відновлення слухової системи після такого шкідливого впливу може тривати до 16 годин. Зсув порогів починається з рівня інтенсивності 75 Дб, і збільшується пропорційно з підвищенням рівня сигналу.

При розгляді проблеми правильного рівня звукової інтенсивності найгірше усвідомлювати той факт, що проблеми (придбані або вроджені), пов'язані зі слухом, практично не піддаються лікуванню в наш час досить розвиненої медицини. Все це має наводити будь-яку розсудливу людину на думки про дбайливе ставлення до свого слуху, якщо звичайно планується зберегти його первозданну цілісність і здатність чути весь частотний діапазон якомога довше. На щастя, все не так страшно, як може здатися на перший погляд, і дотримуючись низки запобіжних заходів можна легко зберегти слух навіть у старості. Перш ніж розглядати ці заходи, необхідно згадати одну важливу особливість слухового сприйняття людини. Слуховий апарат приймає звуки нелінійно. Полягає подібне явище в наступному: якщо уявити якусь одну частоту чистого тону, наприклад 300 Гц, то нелінійність проявляється при виникненні у вушній раковині обертонів цієї основної частоти за логарифмічним принципом (якщо основну частоту прийняти за f, то частоти обертони будуть 2f, 3f і т. д. за зростаючою). Ця нелінійність так само простіше для сприйняття і знайома багатьом під назвою "нелінійні спотворення". Оскільки в початковому чистому тоні таких гармонік (обертонів) не виникає, виходить, що вухо саме по собі вносить свої поправки та поклики в початкове звучання, але визначити їх можна тільки як суб'єктивні спотворення. За рівня інтенсивності нижче 40 дБ суб'єктивні спотворення не виникають. При збільшенні інтенсивності з 40 дБ рівень суб'єктивних гармонік починає наростати, проте ще на рівні 80-90 дБ їхній негативний внесок у звучання відносно невеликий (тому цей рівень інтенсивності умовно можна вважати своєрідною "золотою серединою" у музичній сфері).

Грунтуючись на цій інформації, можна легко вивести безпечний і прийнятний рівень гучності, який не нашкодить слуховим органам і при цьому дасть можливість почути абсолютно всі особливості та деталі звучання, наприклад у разі роботи з "hi-fi" системою. Цей рівень "золотої середини" становить приблизно 85-90 дБ. Саме за такої інтенсивності звуку реально почути все те, що закладено в аудіотракті, при цьому ризик передчасного пошкодження та зниження слуху зводиться до мінімуму. Практично повністю безпечним вважатимуться рівень гучності 85 дБ. Щоб розібратися, в чому полягає небезпека гучного прослуховування і чому надто низький рівень гучності не дозволяє почути всіх нюансів звучання, розглянемо докладніше. Що стосується низьких рівнів гучності, то відсутність доцільності (але частіше за суб'єктивне бажання) прослуховування музики на низьких рівнях обумовлюється такими причинами:

  1. Нелінійність слухового сприйняття людини;
  2. Особливості психоакустичного сприйняття, які будуть розглянуті окремо.

Нелінійність слухового сприйняття, розглянута вище, істотно впливає на будь-якій гучності нижче 80 дБ. На практиці це виглядає наступним чином: якщо включити музику на тихому рівні, наприклад 40 дБ, то найвиразніше буде чути середньочастотний діапазон музичної композиції, будь то вокал виконавця/виконавниці або інструменти, що грають у цьому діапазоні. У цей же час буде відчуватися явна нестача низьких і високих частот, обумовлена ​​якраз нелінійністю сприйняття і тим, що різні частоти звучать з різною гучністю. Таким чином очевидно, що для повноцінного сприйняття всієї повноти картини частотний рівень інтенсивності необхідно максимально вирівняти до єдиного значення. Незважаючи на те, що навіть на рівні гучності 85-90 дБ ідеалізованого вирівнювання гучності різних частот немає, рівень стає прийнятним для нормального повсякденного прослуховування. Чим нижче гучність в той же час, тим виразніше сприйматиметься на слух характерна нелінійність, а саме відчуття відсутності належної кількості високих і низьких частот. Разом з цим виходить, що за такої нелінійності не можна говорити серйозно про відтворення звучання "hi-fi" якості високої точності, бо точність передачі оригінальної звукової картини буде вкрай низькою в цій ситуації.

Якщо вникнути в ці висновки, стає зрозуміло, чому на низькому рівні гучності прослуховування музики хоч і максимально безпечне з точки зору здоров'я, але вкрай негативно відчувається на слух через створення явно неправдоподібних образів музичних інструментів і голосу, відсутність масштабності звукової сцени. В цілому, тихе відтворення музики можна використовувати як фоновий супровід, але абсолютно протипоказано проводити прослуховування високої "hi-fi" якості на низькій гучності, з вищевказаних причин неможливості створення натуралістичних образів звукової сцени, яка була сформована звукорежисером у студії, на етапі звукозапису. Але не тільки низька гучність вводить певні обмеження на сприйняття кінцевого звучання, набагато гірша ситуація з підвищеною гучністю. Пошкодити слух і досить сильно знизити чутливість можна і просто, якщо тривалий час слухати музику на рівнях вище 90 дБ. Ці дані ґрунтуються на великій кількості медичних досліджень, які свідчать, що звук гучністю вище 90 дБ надає реальну і практично непоправну шкоду здоров'ю. Механізм цього явища криється у слуховому сприйнятті та особливостях будови вуха. Коли звукова хвиля інтенсивністю вище 90 дБ потрапляє у слуховий канал, у справу вступають органи середнього вуха, викликаючи явище, яке називається слуховою адаптацією.

Принцип того, що відбувається в цьому випадку, такий: стремечко відводиться від овального вікна і оберігає внутрішнє вухо від занадто гучних звуків. Цей процес має назву акустичного рефлексу. На слух подібне сприймається як короткочасне зниження чутливості, що може бути знайоме кожному, хто хоч раз відвідував рок-концерти у клубах, наприклад. Після такого концерту виникає короткочасне зниження чутливості, яка після закінчення певного періоду часу відновлюється на колишній рівень. Однак відновлення чутливості буде далеко не завжди і залежить від віку. За цим і криється велика небезпека гучних прослуховувань музики та інших звуків, інтенсивність яких перевищує 90 дБ. Виникнення акустичного рефлексу не єдина "видима" небезпека втрати слухової чутливості. При тривалому впливі занадто гучних звуків, волоски, розташовані в області внутрішнього вуха (що реагують на коливання), дуже сильно відхиляються. У цьому випадку відбувається ефект, що волосок, що відповідає за сприйняття певної частоти, відхиляється під впливом звукових вібрацій великої амплітуди. У певний момент така волосинка може відхилитися занадто сильно і назад вже не повернутися. Це спричинить відповідний ефект втрати чутливості на певній певній частоті!

Найстрашнішим у цій ситуації є те, що хвороби вуха практично не піддаються лікуванню, навіть найсучаснішими методами, відомими медицині. Все це наводить на певні серйозні висновки: звук вище 90 дБ небезпечний для здоров'я та практично гарантовано викличе передчасну втрату слуху або суттєве зниження чутливості. Ще неприємніше і те, що в гру з часом входить раніше згадана властивість адаптації. Цей процес у людських слухових органів відбувається майже непомітно, тобто. людина, що повільно втрачає чутливість, близько до 100% ймовірності не помітить цього до моменту, поки оточуючі люди самі не звернуть увагу на постійні перепитування, на кшталт: "Що Ви щойно сказали?". Висновок в результаті гранично простий: при прослуховуванні музики життєво важливо не допускати рівнів інтенсивності звуку вище 80-85 дБ! У цьому моменті криється і позитивна сторона: рівень гучності 80-85 дБ приблизно відповідає рівню звукозапису музики в студійних умовах. Ось і виникає поняття "Золотої середини", вище за яку краще не підніматися, якщо питання здоров'я мають хоч якесь значення.

Навіть досить короткочасне прослуховування музики на рівні 110-120 дБ може спричинити проблеми зі слухом, наприклад під час живого концерту. Очевидно, що уникнути цього часом не можна або дуже важко, але дуже важливо намагатися це робити для збереження цілісності слухового сприйняття. Теоретично, короткочасна дія гучних звуків (що не перевищують 120 дБ), ще до моменту виникнення "слухової стомлюваності", не призводить до серйозних негативних наслідків. Але на практиці зазвичай трапляються випадки тривалого впливу звуком такої інтенсивності. Люди приголомшують самі себе, не усвідомлюючи всієї міри небезпеки в автомобілі при прослуховуванні аудіосистеми, вдома в аналогічних умовах, або в навушниках портативного плеєра. Чому так відбувається, і що змушує робити звук все голосніше та голосніше? Відповідей це питання два: 1) Вплив психоакустики, яку буде розказано окремо; 2) Постійна необхідність "перекричати" гучністю музики якісь зовнішні звуки. Перший аспект проблеми досить цікавий, і буде детально розглянутий далі, а ось друга сторона проблеми більше наводить на негативні думки та висновки про хибне розуміння справжніх основ правильного прослуховування звучання "hi-fi" класу.

Не вдаючись особливо, загальний висновок про прослуховування музики та правильну гучність звучить наступним чином: прослуховування музики повинно відбуватися при рівнях звукової інтенсивності не вище 90 дБ, не нижче 80 дБ у приміщенні, в якому сильно заглушені або повністю відсутні сторонні звуки зовнішніх джерел. як: розмови сусідів та інший шум, за стіною квартири, шуми вулиці та технічні шуми у випадку, якщо ви знаходитесь у салоні автомобіля, тощо). Хочеться виділити раз і назавжди, що саме у разі дотримання таких, ймовірно жорстких вимог, можна досягти довгоочікуваного балансу гучності, яка не викличе передчасних небажаних пошкоджень слухових органів, а так само принесе справжнє задоволення від прослуховування улюблених музичних творів з найдрібнішими деталями звучання. низьких частотах та точністю, яку переслідує саме поняття "hi-fi" звучання.

Психоакустика та особливості сприйняття

Щоб найповніше відповісти деякі важливі питання, що стосуються кінцевого сприйняття людиною звукової інформації, існує цілий розділ науки, вивчає величезне різноманіття подібних аспектів. Цей розділ називається "психоакустикою". Справа в тому, що слухове сприйняття не закінчується лише на роботі слухових органів. Після безпосереднього сприйняття звуку органом слуху (вухо), далі в дію набуває найскладнішого і маловивченого механізму аналізу отриманої інформації, за це повністю відповідає головний мозок людини, який влаштований таким чином, що при роботі генерує хвилі певної частоти, і вони так само позначаються в Герц (Гц). Різні частоти мозкових хвиль відповідають певним станам людини. Таким чином виходить, що прослуховування музики сприяє зміні налаштування частоти мозку, і це важливо враховувати під час прослуховування музичних композицій. На підставі цієї теорії існує також метод звукотерапії шляхом прямого впливу на психічний стан людини. Мозкові хвилі бувають п'яти типів:

  1. Дельта-хвилі (хвилі нижче 4 Гц).Відповідає стану глибокого сну без сновидінь, повністю відсутні відчуття тіла.
  2. Тета-хвилі (хвилі 4-7 Гц).Стан сну чи глибокої медитації.
  3. Альфа-хвилі (хвилі 7-13 Гц).Стан розслаблення та релаксації під час неспання, сонливість.
  4. Бета-хвилі (хвилі 13-40 Гц).Стан активності, повсякденного мислення та розумової діяльності, збудження та пізнання.
  5. Гамма-хвилі (хвилі вище 40 Гц).Стан сильної розумової активності, страху, збудження та усвідомлення.

Психоакустика, як розділ науки, шукає відповіді найцікавіші питання, що стосуються кінцевого сприйняття людиною звукової інформації. У процесі вивчення цього процесу розкривається дуже багато чинників, вплив яких незмінно відбувається як і процесі прослуховування музики, і у будь-якому іншому випадку обробки та аналізу будь-який звуковий інформації. Психоакуситка вивчає практично все різноманіття можливих впливів, починаючи з емоційного та психічного стану людини в момент прослуховування, закінчуючи особливостями будови голосових зв'язок (у разі, якщо йдеться про особливості сприйняття всіх тонкощів вокального виконання) та механізму перетворення звуку в електричні імпульси. Найцікавіші, а головне важливі чинники (які життєво необхідно враховувати щоразу під час прослуховування улюблених музичних композицій, а також при побудові професійної аудіосистеми) будуть розглянуті далі.

Поняття співзвучності, музичної співзвучності

Влаштування людської слухової системи унікальне в першу чергу механізмом сприйняття звуку, нелінійністю слухової системи, здатністю групувати звуки по висоті з досить високим ступенем точності. Найбільш цікавою особливістю сприйняття можна відзначити нелінійність слухової системи, яка проявляється у вигляді виникнення додаткових неіснуючих (переважно тоні) гармонік, особливо часто проявляється у людей з музичним чи абсолютним слухом. Якщо ж докладніше зупиниться та проаналізувати всі тонкощі сприйняття музичного звучання, то легко виділяється поняття "консонансності" та "дисонансності" різних акордів та інтервалів звучання. Концепція "консонанс"визначається як згодне (від французького слова "згода") звучання, і відповідно навпаки, "дисонанс"- Незгодне, безладне звучання. Незважаючи на різноманітність різних трактувань цих понять характеристики музичних інтервалів, найбільш зручно використовувати "музично-психологічну" розшифровку термінів: консонансвизначається і відчувається людиною як приємне та комфортне, м'яке звучання; дисонансА можна охарактеризувати з іншого боку як звучання, що викликає роздратування, занепокоєння і напругу. Подібна термінологія носить трохи суб'єктивний характер, а так само, за історію розвитку музики зовсім різні інтервали приймалися за "сузвучні" і навпаки.

У наш час дані поняття так само складно сприймати однозначно, оскільки спостерігаються відмінності у людей з відмінними музичними уподобаннями та смаками, а також немає загальновизнаного та узгодженого поняття гармонії. Психоакустична основа сприйняття різних музичних інтервалів як консонансні або дисонансні безпосередньо залежить від поняття "критичної смуги". Критична смуга- Це певна ширина смуги, усередині якої слухові відчуття різко змінюються. Ширина критичних смуг із підвищенням частоти пропорційно розширюється. Тому відчуття консонансів і дисонансів безпосередньо пов'язане з наявністю критичних смуг. Слуховий орган людини (вухо), як було зазначено раніше, виконує роль смугового фільтра на певному етапі аналізу звукових хвиль. Ця роль приділяється базилярній мембрані, на якій розташовується 24 критичні смуги з частотнозалежною шириною.

Таким чином, співзвучність і неузгодженість (консонансність та дисонансність) безпосередньо залежить від роздільної здатності слухової системи. Виходить, що якщо два різних тони звучать в унісон або різниця частот дорівнює нулю, це досконалий консонанс. Такий самий консонанс виникає у разі, якщо різниця частот буде більшою, ніж критична смуга. А дисонанс виникає лише тоді, коли різниця частот становить від 5% до 50% від критичної смуги. Найвищий ступінь дисонансу у цьому відрізку прослуховується, якщо різниця становить одну чверть від ширини критичної лінії. На підставі цього легко проаналізувати будь-який зведений музичний запис та поєднання інструментів щодо співзвучності або дисонансності звучання. Неважко здогадатися, яку велику роль у цьому випадку грає звукорежисер, студія звукозапису та інші складові кінцевого цифрового або аналогового оригіналу звукової доріжки, і все це ще навіть до спроби відтворення на обладнанні, що відтворює звук.

Локалізація звуку

Сприймати всю повноту просторової звукової картини людині допомагає система бинаурального слуху та просторової локалізації. Цей механізм сприйняття реалізується рахунок двох приймачів слуху та двох слухових каналів. Звукова інформація, яка надходить цими каналами, згодом обробляється в периферичній частині слухової системи і піддається спектрально тимчасовому аналізу. Далі, ця інформація передається у вищі відділи головного мозку, де порівнюється різниця лівого та правого звукового сигналу, а також формується єдиний звуковий образ. Цей описаний механізм називається бінауральним слухом. Завдяки цьому у людини є такі унікальні можливості:

1) локалізація звукових сигналів від однієї чи кількох джерел, у своїй формується просторова картина сприйняття звукового поля
2) поділ сигналів, що надходять від різних джерел
3) виділення одних сигналів, на тлі інших (наприклад, виділення мови та голосу з шуму чи звучання інструментів)

Просторову локалізацію легко спостерігати простому прикладі. На концерті, зі сценою та деякою кількістю музикантів на ній у певному віддаленні один від одного, можна легко (за бажання навіть заплющивши очі) визначити напрямок приходу звукового сигналу кожного інструменту, оцінити глибину та просторовість звукового поля. Так само цінується хороша hi-fi система, здатна достовірно "відтворити" подібні ефекти просторовості та локалізації, тим самим фактично "обдуривши" мозок, змусивши відчути повноцінну присутність на живому виступі улюбленого виконавця. Локалізацію звукового джерела зазвичай зумовлюють три основні фактори: тимчасовий, інтенсивнісний та спектральний. Незалежно від цих факторів є ряд закономірностей, за допомогою яких можна зрозуміти основи, що стосуються локалізації звуку.

Найбільший ефект локалізації, сприйманий людськими органами слуху, перебуває у сфері середніх частот. У той же час практично неможливо визначити напрямок звуків частот вище 8000 Гц і нижче 150 Гц. Останній факт особливо широко використовується в системах hi-fi і домашнього театру при виборі розташування сабвуфера (низькочастотного ланки), розташування якого в приміщенні через відсутність локалізації частот нижче 150 Гц практично не має значення, і у слухача в будь-якому випадку виникає цілісний образ звукової сцени. Точність локалізації залежить від розташування джерела випромінювання звукових хвиль у просторі. Таким чином, найбільша точність локалізації звуків відзначається горизонтальній площині, досягаючи значення 3°. У вертикальній площині людська слухова система набагато гірше визначає напрямок джерела, точність у цьому випадку становить 10-15° (через специфічну будову вушних раковин і складну геометрію). Точність локалізації злегка варіюється в залежності від кута розташування випромінюючих звук об'єктів у просторі кутами щодо слухача, а також, на кінцевий ефект впливає ступінь дифракції звукових хвиль голови слухача. Слід зазначити, що широкосмугові сигнали локалізуються краще, ніж вузькосмуговий шум.

Набагато цікавіше справа з визначенням глибини спрямованого звуку. Наприклад, людина за звуком може визначити відстань до об'єкта, однак, відбувається це переважно за рахунок зміни звукового тиску в просторі. Зазвичай, що далі об'єкт від слухача, то більше вписувалося послаблення звукових хвиль у вільному просторі (у приміщенні додається вплив відбитих звукових хвиль). Таким чином можна зробити висновок, що точність локалізації вище в закритому приміщенні саме за рахунок виникнення ревербації. Відбиті хвилі, що виникають у закритих приміщеннях, дають можливість появі таких цікавих ефектів, як розширення звукової сцени, обволікання та ін. Дані явища можливі саме за рахунок сприйнятливості тривимірної локалізації звуків. Основні залежності, які визначають горизонтальну локалізацію звуку: 1) різниця за часом приходу звукової хвилі в ліве і праве вухо; 2) різниця в інтенсивності, що виникає через дифракцію на голові слухача. Для визначення глибини звуку важлива різниця рівня звукового тиску та різниця спектрального складу. Локалізація у вертикальній площині також сильно залежить від дифракції у вушній раковині.

Складніша ситуація з сучасними системами просторового звучання на основі технології dolby surround та аналогів. Здавалося б, принцип побудови систем домашнього кінотеатру чітко регламентують спосіб відтворення досить натуралістичної просторової картини 3D звучання з властивим обсягом та локалізацією віртуальних джерел у просторі. Однак, не все так тривіально, оскільки зазвичай не беруться до уваги механізми сприйняття і локалізації великої кількості джерел звуку. Перетворення звуку органами слуху передбачає процес складання сигналів різних джерел, які у різні вуха. При цьому, якщо фазова структура різних звуків більш-менш синхронна, такий процес на слух сприймається як звук, що виходить від одного джерела. Є ще й цілий ряд труднощів, включаючи особливості механізму локалізації, що ускладнює точність визначення напряму джерела у просторі.

Зважаючи на вищесказане, найбільш важким завданням стає поділ звуків від різних джерел, особливо, якщо ці різні джерела програють схожий амплітудно-частотний сигнал. А саме це відбувається на практиці в будь-якій сучасній системі просторового звучання, і навіть у звичайній стереосистемі. Коли людина прослуховує велику кількість звуків, що походять від різних джерел, спочатку відбувається визначення належності кожного конкретного звуку тому джерелу, яке його створює (угруповання за частотою, висотою, тембром). І лише другим етапом слух намагається локалізувати джерело. Після цього звуки поділяються по потоках, ґрунтуючись на просторових ознаках (різниця в часі надходження сигналів, різниця по амплітуді). На основі отриманої інформації формується статичний і фіксований слуховий образ, з якого можливо визначити, звідки йде кожен конкретний звук.

Дуже зручно відстежити ці процеси на прикладі звичайної сцени, з фіксовано розташованими на ній музикантами. При цьому, дуже цікаво те, що якщо вокаліст/виконавець, займаючи визначну позицію на сцені почне плавно переміщатися по сцені в будь-якому напрямку, раніше сформований слуховий образ не зміниться! Визначення напрямку звуку, що виходить від вокаліста, залишиться суб'єктивно колишнім, як-будь він стоїть на тому ж місці, на якому стояв до переміщення. Тільки у разі різкої зміни розташування виконавця на сцені відбудеться розщеплення сформованого звукового образу. Крім розглянутих проблем і складності процесів локалізації звуків у просторі, у разі багатоканальних систем просторового звучання досить велику роль надає процес ревербації в кінцевому приміщенні для прослуховування. Найбільш яскраво ця залежність спостерігається, коли велика кількість відбитих звуків приходить з усіх боків – точність локалізації суттєво погіршується. Якщо ж енергетична насиченість відбитих хвиль більша (переважає) ніж прямих звуків, критерій локалізації в такому приміщенні стає вкрай розмитим, говорити про точність визначення таких джерел вкрай важко (якщо взагалі можливо).

Однак, у сильно ревербуюче приміщенні локалізація теоретично відбувається, у разі широкосмугових сигналів слух орієнтується за параметром різниці інтенсивності. У цьому випадку визначення напряму здійснюється за високочастотною складовою спектра. У кожному приміщенні точність локалізації залежатиме від часу приходу відбитих звуків після прямих звуків. При надто малому інтервалі розриву між цими звуковими сигналами на допомогу слуховій системі починає працювати "закон прямої хвилі". Суть цього явища: якщо звуки з коротким інтервалом затримки за часом приходять з різних напрямів, то локалізація всього звуку відбувається по першому звуку, що прийшов, тобто. слух ігнорує певною мірою відбитий звук, якщо він надходить через занадто короткий відрізок часу після прямого. Подібний ефект проявляється і тоді, коли відбувається визначення напрямку приходу звуку у вертикальній площині, але в цьому випадку набагато слабше (через сприйнятливість слухової системи до локалізації у вертикальній площині помітно гірше).

Суть ефекту попередження набагато глибша і має психологічну, ніж фізіологічну природу. Було проведено велику кількість експериментів, на підставі яких встановлено залежність. Виникає цей ефект переважно тоді, коли час появи луни, її амплітуда та напрямок збігаються з деяким "очікуванням" слухача від того, як акустика даного конкретного приміщення формує звуковий образ. Можливо, людина вже мала досвід прослуховування в даному приміщенні або аналогічних, що й формує схильність слухової системи до виникнення "очікуваного" ефекту попередження. Щоб обійти ці обмеження, властиві людському слуху, у випадку з кількома джерелами звуку використовуються різні хитрощі і хитрощі, за допомогою яких і формується в кінцевому підсумку більш-менш правдоподібна локалізація музичних інструментів/інших джерел звуку в просторі. За великим рахунком, відтворення стерео та багатоканальних звукових образів будується на великому обмані та створенні слухової ілюзії.

Коли дві або більше акустичних систем (наприклад, 5.1 або 7.1 або навіть 9.1) відтворюють звук з різних точок приміщення, слухач при цьому чує звуки, що виходять з неіснуючих або уявних джерел, сприймаючи певну звукову панораму. Можливість цього обману полягає у біологічних особливостях устрою організму людини. Швидше за все, людина не встигла адаптуватися до розпізнавання такого обману через те, що принципи "штучного" звуковідтворення з'явилися порівняно недавно. Але, хоч і процес створення уявної локалізації виявився можливим, реалізація досі далека від досконалості. Справа в тому, що слух дійсно сприймає джерело звуку там, де його насправді немає, але правильність та точність передачі звукової інформації (зокрема тембру) виявляється під великим питанням. Методом численних дослідів у реальних ревербаційних приміщеннях та в заглушених камерах було встановлено, що тембр звукових хвиль від реальних та уявних джерел відрізняється. Здебільшого це позначається на суб'єктивному сприйнятті спектральної гучності, тембр у разі видозмінюється істотним і помітним чином (при порівнянні з аналогічним звуком, відтвореному реальним джерелом).

У випадку з багатоканальними системами домашнього кінотеатру рівень спотворень помітно вищий, з кількох причин: 1) Багато схожих за амплітудно-частотною та фазофою характеристикою звукових сигналів одночасно приходить з різних джерел та напрямків (включаючи перевідбиті хвилі) на кожен вушний канал. Це призводить до збільшення спотворень та появи гребінчастої фільтрації. 2) Сильне рознесення гучномовців у просторі (відносно одне одного, у багатоканальних системах ця відстань може бути кілька метрів і більше) сприяє зростанню тембрових спотворень та фарбуванню звуку в області уявного джерела. Як результат можна сказати, що фарбування тембру в системах багатоканального та об'ємного звучання на практиці відбуваються з двох причин: явище гребінчастої фільтрації та вплив ревербаційних процесів конкретного приміщення. У випадку, якщо за відтворення звукової інформації відповідає більше одного джерела (це стосується і стереосистеми з двома джерелами), неминуче виникнення ефекту "гребінчастої фільтрації", викликаної різним часом прибуття звукових хвиль на кожен слуховий канал. Особлива нерівномірність спостерігається області верхньої середини 1-4 кГц.

Устаткування.

Таблиця "Орган слуху", модель "0рган слуху", саморобні таблиці "Джерело звуку", "Приймач звуку", "Шуми", "Діапазон чутності". Генератор, камертон, камертон з резонаторною скринькою, мікрофон, осцилограф, магнітофон (запис із планети Земля).

Цілі уроку:

1. Цілі, що розвивають.

  • Розвивати у школярів логічне мислення, розглядати звук, його джерела, сприйняття та передачу з погляду біології, фізики, астрономії, географії, біології та екології.
  • Формування в дітей віком цілісності природничо-наукової картини світу.
  • Розвивати волю та самостійність. Розвивати вміння володіти собою: впевненість у своїх силах, вміння долати труднощі у вченні природознавства.
  • Формувати інтелектуальні вміння: вміння аналізувати, зіставляти органи слуху із мікрофоном.

2. Освітні цілі.

  • Забезпечити засвоєння учнями основ науки.
  • Узагальнити та закріпити, систематизувати раніше отримані знання з предметів біології, фізики, астрономії, хімії, екології, географії.
  • Формувати навички роботи із ігровими елементами, відеофрагментами, ілюстративними матеріалами.
  • Формувати культуру здоров'я під час уроків біології.
  • Формувати цілісне уявлення про природу і людину, як важливий компонент природи і як розумну істоту, що впливає на природу.

3. Виховні цілі.

  • Виховувати самостійну, вільну людину, що має чуттєве сприйняття природи, що володіє різними способами пізнання.
  • Виховати екологічну культуру та мислення учнів.

Тип уроку:Вивчення нового матеріалу.

Вигляд уроку:комбінований урок.

Засоби навчання:комп'ютер, проектор, мультимедіа-засоби навчання, слайди з ілюстраціями, термінами, поняттями, дослідами, демонстраціями на відео.

План уроку: (слайд -2)

Хід уроку

I. Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація знань.

Ще Г. Гельмгольц вважав, що камера представляє модель людського ока. Знайдіть аналогічні утворення в оці та у фотокамері та з'єднайте їх лініями.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

1. Характеристика планети Землі.

Земля – блакитна планета, її форма – еліпсоїд обертання, а точніше – кардіоїда. Середній радіус R = 6400 км, маса планети m = 6 * 1024 кг. (Слайд-3). У цьому світі є фарби та звуки, але найголовніше – Землі є розумне життя.

Людина живе у світі звуків: спів птахів, звуки музики, шум лісу, транспорту, …

2. Що є джерелом звуку?

Джерелами звуку є ті, що коливаються, доведемо це на досвіді. Зберемо установку, зображену на слайді.

Демонстрація:З Землі ми привезли камертон – пристрій, що є вигнутим металевим стрижнем на ніжці (рисунок 1). Якщо вдарити по ніжці камертона молоточком, то ми почуємо звук, який видає стрижень, що коливається. Звук тихий, тому що площа поверхні гілок стрижня мала. Для посилення звуку ніжку камертону зміцнюють на дерев'яному ящику, підібраному так, щоб його частота коливань збігалася з частотою коливання камертону. Виникає резонанс, стінки ящика починають інтенсивно вагатися із частотою камертону, і звук стає гучнішим. Скриньку називають резонатором (слайд). У жаби резонатор, яку функцію виконує?

Коливання камертону, що звучить, можна спостерігати іншим способом. Для цього до однієї гілки камертону прикріпимо голку і швидко проведемо її вістрям по закопченій скляній пластинці. Якщо камертон не звучав, на платівці побачимо пряму лінію (рисунок 2). Звучаючий камертон залишає на платівці слід у вигляді хвилястої лінії. Одне повне коливання відповідає одному виступу та одній западині цієї лінії (рисунок 2) (слайд-4).

Висновки з досвіду:Будь-яке джерело звуку обов'язково коливається (найчастіше ці коливання непомітні для ока).

3. Розглянемо тепер, як поширюється звук.

Пояснення учнів: поршень, що коливається - дифузор, штовхаючи молекули повітря, створює області згущення і розрідження. Напрями поширення звуку та руху молекул повітря збігаються, тому звук – поздовжня хвиля.

Хвилі-обурення, що розповсюджуються в будь-якому середовищі або просторі з часом (слайд-5). Найбільш важливі види хвиль, що часто зустрічаються, - пружні хвилі, хвилі на поверхні рідини і електромагнітні хвилі.

4. Що є провідником звуку?

Висновок учнів із досвіду: поширення звуку потрібне пружне середовище, як повітря. На Місяці немає атмосфери, тому там немає і звуків – це безмовний світ. Пружні тіла - Хороші провідники звуку. Більшість металів, дерево, гази, а також рідини є пружними тілами і тому добре проводять звук.

Звук може поширюватися в рідкому та твердому середовищі. Висвітлюється таблиця “Швидкість звуку у різних середовищах” з підручника фізики, стор. 125 (слайд- 7)

Швидкість звуку у різних середовищах, м/с (при t=20 C)

З таблиці видно, що у металі швидкості поширення звукових хвиль більше, ніж у рідинах, а рідинах більше, ніж газах. Тому під водою добре чути звуки гребних гвинтів, удари каміння… Риби чують кроки та голоси людей на березі, це добре відомо рибалкам. Звук рушійного поїзда можна почути, якщо прикласти вухо до рейок, так як по них звук поширюється краще, ніж повітрям. Прикладаючи вухо до землі, можна почути тупіт коня, що скаче.

Висновки учнів:

  1. Джерелом звуку є ті, що коливаються.
  2. Звук поширюється пружним середовищем.
  3. М'які та пористі тіла – погані провідники звуку.
  4. У безповітряному просторі звук поширюватися не може.
  5. Гучність звуку залежить від площі поверхонь тіл, що коливаються.

5. Люди спілкуються за допомогою мови – модульованих звукових коливань.Розглянемо, як улаштований джерело звуку в людини (слайд-8).

Звук виникає при проходженні повітря через голосові зв'язки, які знаходяться між хрящами гортані та утворені складками слизової оболонки (пояснення йде по таблиці). Простір між голосовими зв'язками називають голосовою щілиною. Коли земляни мовчать, голосові зв'язки розходяться і голосова щілина має вигляд рівнобедреного трикутника. При розмові, співі голосові зв'язки стуляються. Повітря, що видихається, тисне на складки, вони починають вагатися - народжується звук. При шепоті вони зімкнуті повністю. Голосовими зв'язками управляє головний мозок, посилаючи по нервах відповідні сигнали.

Висота голосу людини пов'язана з довжиною голосових зв'язок: чим коротші голосові зв'язки, тим більша частота їх коливань і тим вищий голос. У жіночої статі голосові зв'язки коротші, ніж у чоловічих особин, тому жіночий голос вищий. Голосові зв'язки можуть здійснювати від 80 до 10 000 коливань в секунду. Остаточне формування звуку відбувається у порожнинах носоглотки – своєрідних резонаторах.

6. Як звук сприймається?

Ми знаємо, що джерелом звуку є тіло, що вагається, і що звук поширюється в пружному середовищі. А тепер з'ясуємо, як звук сприймається.

Приймачем звуку може бути мікрофон . Мікрофон перетворює звукові механічні коливання на електричні. Уловлювані сигнали слабкі і енергія, що перетворюється мікрофоном, дуже мала. Тому підсилюють електричні сигнали мікрофона.

- Приймачем звуку є у землян слуховий апарат, або орган слуху . Між тілом, що звучить (джерелом звуку) і вухом (приймачем звуку) знаходиться речовина, що передає звукові коливання від джерела до приймача. Найчастіше такою речовиною виявляється повітря.

Орган слуху у землян складається з трьох відділів: зовнішнього вуха, середнього вуха та внутрішнього вуха. Зовнішнє вухо утворюється вушною раковиною, зовнішнім слуховим проходом та барабанною перетинкою. Його функція – уловлювання звуку та його проведення. Середнє вухо представлене заповненою повітрям камерою об'ємом 1-2 мл. У цій камері є три рухомі один з одним кісточки: молоточок, ковадло, і стремечко. Молоточок з'єднаний з барабанною перетинкою, а стремінце через овальне віконце з внутрішнім вухом. Середнє вухо через євстахієву трубу з'єднується з носоглоткою. При різких перепадах тиску (зліт і посадка літака, підйом підводного човна) рекомендується розмовляти, відкрити рот, здійснювати ковтальні рухи, так як при цьому відкривається труба євстахієва, і тиск на барабанну перетинку з обох боків вирівнюється (слайд -9).

Внутрішнє вухо знаходиться у товщі скроневої кістки (слайд-10), усередині якого знаходиться перетинчастий лабіринт. Внутрішнє вухо заповнене рідиною. До його складу входять три півкружні канали - це вестибулярний апарат, що не має відношення до сприйняття звуку, і равлик, що має вигляд спірального каналу. Уздовж равликового каналу тягнеться основна мембрана, поперек якої на кшталт сходів натягнуті волокна. На цих волокнах розташовані клітини циліндричного епітелію, які утворюють кортієвий орган. На епітеліальних клітинах закінчуються чутливі волокна слухового нерва. У равлику звукова енергія перетворюється на енергію нервових імпульсів, що у слуховому нерву передається в слуховий центр, що у скроневій частці кори великих півкуль мозку.

Принцип дії його такий самий, як і у мікрофона.

7. Як відбувається передача звуку?

Звукові коливання повітря викликають коливання барабанної перетинки, що відповідає мембрані мікрофона, і через слухові кісточки передаються до внутрішнього вуха, де викликають коливання рідини, що заповнює канал равлика. При цьому починають коливатися волокна основної мембрани та так звані волоскові клітини кортієвого органу. При кожному підйомі вони волосками упираються в покривну мембрану, волоски при цьому згинаються, мембранний потенціал клітин змінюється і нервових волокнах виникає збудження (слайд-11).

Головний мозок постійно обробляє імпульси, внаслідок чого створюються звукові відчуття.

8. Екологія слуху.

На приймач звуку людини негативно впливає шум. Шум-це звук будь-якого роду, що сприймається як неприємний, що заважає або навіть викликає хворобливі відчуття. Характерні приклади шуму – свист, тріск, шипіння. (Оповідання супроводжується звуковими шумами).

Під постійними різкими ударами звукових хвиль барабанна перетинка коливається великою амплітудою. Через це вона поступово втрачає свою еластичність і у землян притуплюється слух. Крім цього, через орган слуху шум діє на центральну нервову систему. І може викликати різноманітні фізіологічні (посилене серцебиття, підвищення тиску) та психічні порушення (послаблення уваги, нервозність). Тривале вплив шуму одна із чинників, сприяють розвитку виразок і навіть інфекційних захворювань. Внаслідок цього скорочується тривалість життя землян та зменшується генофонд людства.

Зазвичай шум нас дратує: заважає працювати, відпочивати, думати. Але шум може діяти і заспокійливо. Такий вплив на людину надають, наприклад, шелест листя, гуркіт морського прибою. (Оповідання супроводжується записами звуків).

Що таке гамір? Під ним розуміють безладні складні коливання різної фізичної природи.

Шумове забруднення навколишнього середовища постійно зростає.

9. Кількісна характеристика звуку. Слайд-12.

Шум - одне із видів звуку, щоправда, його часто називають “небажаним звуком”. Людина чує звуки із частотою коливань не більше 16-20 000 Гц. При поширенні звукової хвилі, що складається зі згущень і розрідження повітря, тиск на барабанну перетинку змінюється. Одиницею виміру тиску є 1Н/м 2 , а одиницею потужності звуку - 1Вт/м 2 .

Мінімальну гучність звуку, яку людина сприймає, називають порогом чутності. У різних людей він різний, і тому умовно за поріг чутності прийнято вважати звуковий тиск, що дорівнює 2 * 10 -5 Н/м 2 при 1000 Гц, що відповідає потужності 10 -12 Вт / м 2 . Саме з цими величинами порівнюють звук, що вимірюється.

Одиниця гучності називається Білом - на ім'я винахідника телефону А.Біла (1847-1922). Гучність вимірюють у децибелах: 1дБ = 1,1 Б (Біл).

Сприйняття звуку залежить не тільки від його кількісних характеристик (тиск і потужність). Але і від його якості-частоти. Один і той же за силою звук на різних частотах відрізняється гучністю. Деякі люди не чують звуки високої частоти. Так, у людей похилого віку верхня межа сприйняття звуку знижується до 6000 Гц. Вони не чують, наприклад, писку комара, які видають звуки із частотою близько 20 000 Гц

Розглянемо таблицю "Шум". На ній представлені різні джерела шуму. Звуки в межах від 0 до 80 дБ приємні для сприйняття та негативних емоцій не викликають. (Включається магнітофонний запис: спів птахів, приємна музика, шепіт…)

Якщо гучність перевищує 80 дБ, шум шкідливо впливає здоров'я: підвищує кров'яний тиск, викликає порушення ритму серця, а тривалий вплив інтенсивного шуму веде до глухоті.

Дуже сильний звук (з гучністю вище 180 дБ) може навіть викликати розрив барабанної перетинки. Із шумом необхідно боротися. Уміння дотримуватися тиші – показник культури людини та її доброго ставлення до оточуючих. Тиша потрібна землянам так само, як сонце та свіже повітря.

10. Шумове забруднення у місті Набережні Човни.

У місті основним джерелом шуму є автомобільний транспорт. Ми не маємо заводів, фабрик. Джерелами шуму в житлових та громадських приміщеннях є, насамперед, життєдіяльність людей (розмова, крики, гра на музичних інструментах, ходьба, пересування меблів) та пов'язана з нею робота радіо- та телеприймачів, магнітофонів, електромеханічних побутових приладів, а також експлуатація санітарно -Технічне обладнання.

Екологія та гігієна слуху (оповідання зі слайду -13).

Порушення та ослаблення слуху може бути спричинене:

1. Внутрішні зміни(за таблицею)

  • Пошкодження слухового нерва -> Порушення передачі імпульсу в слухову зону кори.
  • Утворення "сірчаної пробки" у зовнішньому слуховому проході -> порушення передачі звукових коливань до внутрішнього вуха.

2. Зовнішніми факторами(слайд-14)

Не можна: (Слайд-15)

  • Слухати дуже гучну музику.
  • За сильних, різких звуків тримати рот відкритим.
  • При сильному вітрі та мінусовій температурі ходити без головного убору.
  • Намагатися дістати посторонні предмети із вушного проходу самостійно.

IV. Висновок.

Але й абсолютна тиша гнітить людину. У повній тиші, наприклад, у сурдокамері, відразу починають турбувати звуки і шарудіння, що в звичайних умовах залишаються непоміченими, - удари серця, пульсу, дихання і навіть шарудіння вій. Ці зазвичай нечутні звуки в умовах абсолютної тиші сприймаються людиною з такою інтенсивністю, що в осіб, які тривалий час перебували в сурдокамері, можуть стати причиною серйозних психічних розладів. Як бачимо, природа шуму двояка: він шкідливий і необхідний одночасно. Тому, говорячи про боротьбу з шумом, треба пам'ятати, що йдеться не про всі звуки взагалі, а лише про небажані, дратівливі, що шкідливо впливають на організм. Встановлено, наприклад, люди розумової праці, люди з розвиненою чутливістю (вчені, представники творчих професій) відчувають вплив шуму гостріше, ніж представники інших форм зайнятості. Тому, з суб'єктивної точки зору, шум можна визначити як будь-який небажаний, заважаючий, шкідливий звук.

Особливо шкідливі шуми різкі, нестабільні, несподівані, що неритмічно повторюються. Люди живуть у світі звуків. Звук – механічна хвиля. Людським приймачем звуку - вухом - як звуки сприймаються лише хвилі частотою від 16 до 20 000 Гц. Голосом люди можуть передавати не лише інформацію, а й почуття, настрій: радість, гнів, загрозу, глузування.

V. Домашня робота:Слайд-16, 17.

  • 1 рівень (за програмою): Робота за підручником.
  • 2 рівень (напівтворчий рівень):

Відповісти на такі питання:

  1. Навіщо під час перевірки коліс вагонів під час стоянки поїзда простукують молоточком?
  2. Як Ви вважаєте, чи сприйматимуться звукові хвилі з навколишнього середовища людиною, якщо пошкоджено якусь частину слухового аналізатора (відповідь обґрунтуйте)?
  3. Як Ви вважаєте, як відбувається передача звукових коливань з навколишнього середовища до слухових рецепторів у землян?
  4. Частота коливань крил колібрі дорівнює 35-50Гц. Чи буде чути політ колібрі?
  5. Двоє людей прислухаються, сподіваючись почути шум поїзда, що наближається. Один із них приклав вухо до рейок, інший – ні. Хто з них раніше дізнається про наближення поїзда та чому?
  • 3 рівень. Знайдіть аналогічні утворення у будові мікрофона та органу слуху.

Порівняйте будову мікрофона та органу слуху (слайд-18).

ЛІТЕРАТУРА(Слайд-19-20)

  1. Резанова Є.А., Антонова І.П. Біологія людини в таблицях, малюнках і схемах. - М.: Видавництво - школа,1998.
  2. Переклад з англ. О.В. Іванової. Анатомія людини. Як працює ваше тіло. - М: ТОВ ТД "Видавництво Світ книги", 2007. - 80-83 с., іл.
  3. Перишкін А.В., Гутник Є.,М. Фізика, 9 клас. - М: Дрофа, 2001.
  4. Мангутова Л.А., Зефірова Т. П. Популярна екологія. - Казань: Екологічний фонд Республіки Татарстан, 1997.
  5. Цузмет А.М., Петришин О.Л., Біологія. Людина та її здоров'я. 9 клас. - М: Просвітництво, 1990.
  6. Сонін Н.І., Сапін М. Р. Біологія. Людина. 8 клас. - М.: Дрофа, 2001.
  7. Сапін М.Р., Біліч Г. Л. Анатомія людини. - М.: Вища школа, 1989.
  8. Бордовський Г.А. Фізичні засади природознавства. - М: Дрофа, 2004.
  9. Богданова Т.Л., Солодова Є. А. Біологія. Довідник для старшокласників та вступників до ВНЗ. - М.: АСТ - ПРЕС ШКОЛА, 2004.
  10. Добреньков Г.А. Світоглядні функції фізичної хімії // Хімія та світогляд / Відп. ред. Ю.А. Овчинників. - М.: Наука. - 1986.
  11. Кузьменко Н.Є., Єрьомін В.В, Початки хімії. - М.: Іспит, 2001.
  12. Кутьїна І.В. Формування наукового світогляду. Взаємозв'язок фізики, хімії, біології. //Біологія. Щотижневий додаток до газети "Перше вересня". - 1998. - № 1-10.
  13. Ожерельєв Д.І. Формування наукового світогляду у викладанні хімії. - М.: Вища школа, 1982.
  14. Чернова Н.М. Екологія. - М: Просвітництво, 1988.
  15. Реймерс Н.П. Охорона природи та навколишнього середовища людини. - М: Просвітництво, 1992.

Найпізніше в ході еволюції виникли вищі види чутливості - сприйняття звуків (слух) та світла (). Виняткове значення слуху та зору полягає в тому, що вони вже здалеку сигналізують про ті чи інші предмети та явища навколишнього середовища. Тому їх називають у фізіології дистантними аналізаторами. Вищий вид хімічної чутливості - нюх також значною мірою має дану властивість. Однак особливого ступеня розвитку воно досягає саме в органах слуху та зору.

Виник на основі чутливості до механічного подразнення. Однак тут сприймаються вже не дотик тих чи інших предметів, а незрівнянно тонші явища - коливання повітря. Сприйняття коливань повітря має колосальне значення.

Всі навколишні предмети - тверді тіла, рідини і гази - мають певну пружність. Тому при зіткненні одного тіла з іншим, а тим більше при ударі їх одне одного ці тіла здійснюють ряд коливальних рухів - попросту кажучи, вібрують, тремтять. У безпосередньо навколишній природі немає порожнечі. Тому будь-який рух одного предмета призводить до його дотику до іншого - предмети вібрують, а ці коливання передаються повітрі. В результаті ми чуємо звук – інформацію про рух навколо нас. Чи тремтить ковадло під ударами молота, чи коливається вода від кинутого в неї каменю, чи тремтять голосові зв'язки співака під натиском струменя повітря, чи тремтять сторінки книги під рукою, що перегортає їх - все це викликає коливання повітря, що поширюються навколо зі швидкістю 340 м або 1 км на 3 секунди, і ми чуємо звук. Як відбувається сприйняття його?

Коливання повітря впливають на тонку, але пружну мембрану, яку впирається зовнішній слуховий прохід; мембрана ця – барабанна перетинка. Товщина її – 0,1 мм. Від неї через ланцюжок з трьох крихітних кісточок, що зменшують у 50 разів розмах коливань, зате в 50 разів збільшують їх силу, коливання передаються рідини, що знаходиться у внутрішньому вусі. Тільки тут, власне, і починається сприйняття звуку. Оскільки барабанна перетинка - це лише одна з ланок передачі звуку у внутрішнє вухо, порушення її цілості не призводить до втрати слуху, хоча, звичайно, дещо знижує його.

Головною частиною внутрішнього вуха є трубочка, закручена у вигляді равлика, а тому і звана равликом. Між її стінками натягнуто близько 24 тисяч найтонших волоконець, ниток, довжина яких від верхівки равлика до її основи поступово зменшується. Це – наші струни. Якщо перед роялем голосно вимовити якийсь звук, рояль нам відповість. Якщо ми пробасили, рояль відповість низьким звуком. Якщо ми пропищали, то й у відповідь почуємо високий звук. Це явище називається резонансом. Кожна струна роялю налаштована на звук певної висоти, тобто на те, щоб коливатися з певною частотою (що частіше коливання, то вище здається звук). Якщо на струну впливають коливання повітря тієї самої частоти, як і частота, яку вона налаштована, струна резонує, відповідає.

На тому ж принципі ґрунтується сприйняття звуку нашим вухом. У зв'язку з різною довжиною волоконець кожне з них налаштоване на певну частоту коливань – від 16 до 20 000 за секунду. Довгі волоконця у верхівці равлики сприймають коливання малої частоти, т. е. низькі звуки, а короткі волоконця основи равлика - часті коливання. Це було доведено учнем І. П. Павлова, тонким експериментатором Л. А. Андрєєвим. Метод дозволив нарешті дізнатися, чи тварина чує певні звуки при руйнуванні тієї чи іншої частини равлика. Було з'ясовано, що якщо зруйнувати у собаки верхню частину равлика, то скільки б разів перед годуванням не давали низькі звуки, умовного рефлексу на них не утворюється. Це безперечно доводить, що тварина тепер не сприймає цих звуків. Таким шляхом було «промацано» низку відділів равлика. Тільки досліди Л. А. Андрєєва остаточно довели, що справді волоконця равлики – це наші резонатори. Висунув резонансну теорію слуху ще минулого століття знаменитий Г. Гельмгольц у відсутності можливості довести її експериментально.

Якщо повітря коливається частіше ніж 20 000 разів на секунду, ми вже не сприймаємо вух цих коливань. Їх називають ультразвуками. У собаки ж, як показали дослідження методом умовних рефлексів, межа слуху сягає 40 000 Гц. Виходить, собака чує ультразвуки, недоступні людині. Цим можуть користуватися, між іншим, циркові дресирувальники для подачі тварини таємних сигналів.

Структурно-функціональна характеристика слухового аналізатора

Загальні поняття фізіології слухового аналізатора

СЛУХОВИЙ АНАЛІЗАТОР

За допомогою слухового аналізатора людина орієнтується в звукових сигналах навколишнього середовища, формує відповідні поведінкові реакції, наприклад, оборонні або харчодобувні. Здатність сприйняття людиною розмовної та вокальної мови, музичних творів робить слуховий аналізатор необхідним компонентом засобів спілкування, пізнання, пристосування.

Адекватним подразником для слухового аналізатора є звуки , тобто. коливальні рухи частинок пружних тіл, що поширюються у вигляді хвиль у різних середовищах, включаючи повітряне середовище, і сприймаються вухом .

Звукові хвильові коливання (звукові хвилі) характеризуються частотою і амплітудою .

Частота звукових хвиль визначає висоту звуку. Людина розрізняє звукові хвилі із частотою від 20 до 20 000 Гц. Звуки, частота яких нижче 20 Гц – інфразвуки та вище 20 000 Гц (20 кГц) – ультразвуки, людиною не відчуваються. Звукові хвилі, що мають синусоїдальні, або гармонійні, коливання, називають тоном.

Звук, що складається із не пов'язаних між собою частот, називають шумом. При великій частоті звукових хвиль тон високий, при малій низький.

Другою характеристикою звуку, яку розрізняє слухова сенсорна система, є його сила,залежить від амплітуди звукових хвиль. Сила звуку сприймаються людиною як гучність .

Відчуття гучності наростає при посиленні звуку залежить також від частоти звукових коливань, тобто. Гучність звучання визначається взаємодією інтенсивності (сили) та висоти (частоти) звуку. Одиницею виміру гучності звуку є біл , у практиці зазвичай використовується децибел(ДБ), тобто. 0,1 білого. Людина розрізняє звуки також за тембру,або «забарвлення». Тембр звукового сигналу залежить від діапазону, тобто. від складу додаткових частот – обертонів , які супроводжують основну частоту - тон . По тембру можна розрізнити звуки однакової висоти та гучності, на чому ґрунтується впізнавання людей за голосом.

Чутливість слухового аналізаторавизначається мінімальною силою звуку, достатньої виникнення слухового відчуття. В області звукових коливань від 1000 до 3000 в секунду, що відповідає людському мовленню, вухо має найбільшу чутливість. Ця сукупність частот отримала назву мовної зони .

Рецепторний (периферичний) відділ слухового аналізатора,що перетворює енергію звукових хвиль на енергію нервового збудження, представлений рецепторними волосковими клітинами кортієва органу (орган Корті),перебувають у равлику. Слухові рецептори (фонорецептори) відносяться до механорецепторів, є вторинними та представлені внутрішніми та зовнішніми волосковими клітинами. У людини приблизно 3500 внутрішніх та 20 000 зовнішніх волоскових клітин, які розташовані на основній мембрані всередині середнього каналу внутрішнього вуха.



Внутрішнє вухо (звуковосприймаючий апарат), а також середнє вухо (звукопередавальний апарат) та зовнішнє вухо (звукоуловлюючий апарат) поєднуються в поняття орган слуху (Рис. 2.6).

Зовнішнє вухоза рахунок вушної раковини забезпечує уловлювання звуків, концентрацію їх у напрямку зовнішнього слухового проходу та посилення інтенсивності звуків. Крім того, структури зовнішнього вуха виконують захисну функцію, охороняючи барабанну перетинку від механічних та температурних впливів зовнішнього середовища.

Мал. 2.6. Орган слуху

Середнє вухо(Звукопровідний відділ) представлено барабанною порожниною, де розташовані три слухові кісточки: молоточок, ковадло і стремечко. Від зовнішнього слухового проходу середнє вухо відокремлено барабанною перетинкою. Рукоятка молоточка вплетена в барабанну перетинку, інший його кінець зчленований з ковадлом, яка, у свою чергу, зчленована зі стремінцем. Стремінце прилягає до мембрани овального вікна. Площа барабанної перетинки (70 мм 2) значно більша за площу овального вікна (3,2 мм2), завдяки чому відбувається посилення тиску звукових хвиль на мембрану овального вікна приблизно в 25 разів. Оскільки важільний механізм кісточок зменшує амплітуду звукових хвиль приблизно 2 разу, отже, відбувається таке посилення звукових хвиль на овальному вікні. Отже, відбувається загальне посилення звуку середнім вухом приблизно 60 –70 раз. Якщо ж враховувати посилення ефект зовнішнього вуха, то ця величина досягає 180 - 200 разів. Середнє вухо має спеціальний захисний механізм, представлений двома м'язами: м'язом, що натягує барабанну перетинку, і м'язом, що фіксує стремінце. Ступінь скорочення цих м'язів залежить від сили звукових коливань. При сильних звукових коливаннях м'язи обмежують амплітуду коливань барабанної перетинки та рух стремінця, оберігаючи тим самим рецепторний апарат у внутрішньому вусі від надмірного збудження та руйнування. При миттєвих сильних подразненнях (удар у дзвін) цей захисний механізм не встигає спрацьовувати. Скорочення обох м'язів барабанної порожнини здійснюється за механізмом безумовного рефлексу, який замикається лише на рівні стовбурових відділів мозку. У барабанній порожнині підтримується тиск, що дорівнює атмосферному, що дуже важливо для адекватного сприйняття звуків. Цю функцію виконує євстахієва труба, яка з'єднує порожнину середнього вуха з ковткою. При ковтанні труба відкривається, вентилюючи порожнину середнього вуха та зрівнюючи тиск у ньому з атмосферним. Якщо зовнішній тиск швидко змінюється (швидкий підйом на висоту), а ковтання не відбувається, то різниця тисків між атмосферним повітрям і повітрям у барабанній порожнині призводить до натягу барабанної перетинки та виникнення неприємних відчуттів, зниження сприйняття звуків.

Внутрішнє вухопредставлено равликом – спірально закрученим кістковим каналом, що має 2,5 завитки, який розділений основною мембраною та мембраною Рейснера на три вузькі частини (сходи). Верхній канал (вестибулярні сходи) починається від овального вікна і з'єднується з нижнім каналом (барабанними сходами) через гелікотрему (отвір у верхівці) і закінчується круглим вікном. Обидва канали є єдиним цілим і заповнені перилімфою, подібною за складом зі спинномозковою рідиною. Між верхнім та нижнім каналами знаходиться середній (середні сходи). Він ізольований та заповнений ендолімфою. Усередині середнього каналу на основній мембрані розташований власне звукосприймаючий апарат – орган Корті (кортієвий орган) з рецепторними клітинами, що представляє периферичний відділ слухового аналізатора (рис. 2.7).

Основна мембрана поблизу овального вікна по ширині становить 0,04 мм, потім до вершини вона поступово розширюється, досягаючи у гелікотреми 0,5 мм. Над кортієвим органом лежить текторіальна (покривна) мембрана сполучнотканинного походження, один край якої закріплений, другий - вільний. Волоски зовнішніх та внутрішніх волоскових клітин стикаються з текторіальною мембраною. При цьому змінюється провідність іонних каналів рецепторних (волоскових) клітин, формуються мікрофонний та суммаційний рецепторні потенціали.

Мал. 2.7. Кортієв орган

Утворюється та виділяється медіатор ацетилхолін у синаптичну щілину рецепторно-аферентного синапсу. Все це призводить до збудження волокна слухового нерва, виникнення в ньому потенціалу дії. Так відбувається трансформація енергії звукових хвиль у нервовий імпульс. Кожне волокно слухового нерва має криву частотної настройки, яка називається також частотно-порогова крива.Цей показник характеризує площу рецептивного поля волокна, яка може бути вузькою або широкою. Вузькою вона буває при тихих звуках, а при збільшенні їхньої інтенсивності розширюється.

Провідниковий відділслухового аналізатора представлений периферичним біполярним нейроном, розташованим у спіральному ганглії равлика (перший нейрон). Волокна слухового (чи кохлеарного) нерва, утворені аксонами нейронів спірального ганглія, закінчуються клітинах ядер кохлеарного комплексу довгастого мозку (другий нейрон). Потім після часткового перехрестя волокна йдуть у медіальне колінчасте тіло метаталамуса, де знову відбувається перемикання (третій нейрон), звідси збудження надходить у кору (четвертий нейрон). У медіальних (внутрішніх) колінчастих тілах, а також у нижніх пагорбах чотиригорбка розташовуються центри рефлекторних рухових реакцій, що виникають при дії звуку.

Центральний,або кірковий, відділслухового аналізатора знаходиться у верхній частині скроневої частки великого мозку (верхня скронева звивина, поля 41 і 42 за Бродманом). Важливе значення для функції слухового аналізатора мають поперечні скроневі звивини (звивини Гешля).

Слухова сенсорна системадоповнюється механізмами зворотного зв'язку, що забезпечують регулювання діяльності всіх рівнів слухового аналізатора за участю низхідних шляхів. Такі шляхи починаються від клітин слухової кори, переключаючись послідовно в медіальних колінчастих тілах метаталамуса, задніх (нижніх) пагорбах чотирихолмія, в ядрах кохлеарного комплексу. Входячи до складу слухового нерва, відцентрові волокна досягають волоскових клітин кортієва органу та налаштовують їх на сприйняття певних звукових сигналів.

Сприйняття висоти, сили звуку і локалізації джерела звуку починається з попадання звукових хвиль у зовнішнє вухо, де вони рухають барабанну перетинку. Коливання барабанної перетинки через систему слухових кісточок середнього вуха передаються на мембрану овального вікна, що викликає коливання перилімфи вестибулярних (верхніх) сходів. Ці коливання через гелікотрему передаються перилимфе барабанних (нижніх) сходів і доходять до круглого вікна, зміщуючи його мембрану у напрямку до порожнини середнього вуха (рис. 2.8).

Коливання перилімфи передаються також на ендолімфу перетинчастого (середнього) каналу, що призводить до коливальних рухів основну мембрану, що складається з окремих волокон, натягнутих, як струни рояля. При дії звуку волокна мембрани приходять у коливальні рухи разом із рецепторними клітинами кортієва органу, розташованими на них. При цьому волоски рецепторних клітин контактують з текторіальною мембраною, вії волоскових клітин деформуються. Виникає спочатку рецепторний потенціал, а потім потенціал дії (нервовий імпульс), який далі проводиться слуховим нервом і передається в інші відділи слухового аналізатора.

Електричні явища в равлику.У равлику можна зареєструвати п'ять різних електричних феноменів.

1. Мембранний потенціал слухової рецепторної клітини характеризує стан спокою.

2. Потенціал ендолімфи, або ендокохлеарний потенціал, зумовлений різним рівнем окислювально-відновних процесів у каналах равлика, внаслідок чого виникає різниця потенціалів (80 мВ) між перилимфой середнього каналу равлики (потенціал якої має позитивний заряд) і вмістом верхнього і нижнього. Цей ендокохлеарний потенціал впливає на мембранний потенціал слухових рецепторних клітин, створюючи у них критичний рівень поляризації, при якому незначна механічна дія під час контакту волоскових рецепторних клітин з текторіальною мембраною призводить до виникнення в них збудження.

Мал. 2.8. Канали равлики:

а –середнє та внутрішнє вухо в розрізі (за П. Ліндсеєм і Д. Норманом, 1974); б -поширення звукових коливань у равлику

3. Мікрофонний ефект равлика був отриманий в експерименті на кішках. Електроди, введені в равлик, з'єднувалися з підсилювачем та гучномовцем. Якщо поряд з вухом кішки вимовляли різні слова, їх можна почути, перебуваючи у гучномовця в іншому приміщенні. Цей потенціал генерується на мембрані волоскової клітини в результаті деформації волосків при дотику до текторіальної мембрани. Частота мікрофонних потенціалів відповідає частоті звукових коливань, а амплітуда потенціалів у певних межах пропорційна інтенсивності звуків мови. Звукові коливання, що діють на внутрішнє вухо, призводять до того, що мікрофонний ефект, що виникає, накладається на ендокохлеарний потенціал і викликає його модуляцію.

4. Суммаційний потенціал відрізняється від мікрофонного потенціалу тим, що відображає не форму звукової хвилі, а її огинаючу. Він є сукупність мікрофонних потенціалів, що виникають при дії сильних звуків із частотою понад 4000 – 5000 Гц. Мікрофонний та суммаційний потенціал пов'язують з діяльністю зовнішніх волоскових клітин і розглядають як рецепторні потенціали.

5. Потенціал дії слухового нерва реєструється у його волокнах, частота імпульсів відповідає частоті звукових хвиль, якщо вона перевищує 1000 Гц. При дії вищих тонів частота імпульсів у нервових волокнах не зростає, тому що 1000 імп/с – це майже максимально можлива частота генерації імпульсів у волокнах слухового нерва. Потенціал дії у нервових закінченнях реєструється через 0,5 –1,0 мс після виникнення мікрофонного ефекту, що свідчить про синаптичну передачу збудження з волоскової клітини на волокно слухового нерва.

Сприйняття звуків різної висоти(Частоти), відповідно до резонансної теорії Гельмгольца, обумовлено тим, що кожне волокно основної мембрани налаштовано на звук певної частоти. Так, звуки низької частоти сприймаються довгими хвилями основної мембрани, розташованими ближче до верхівки равлика, звуки високої частоти сприймаються короткими волокнами основної мембрани, розташованими ближче до основи равлика. За дії складного звуку виникають коливання різних волокон мембрани.

У сучасній інтерпретації резонансний механізм є основою теорії місця,відповідно до якої в стан коливання вступає вся мембрана. Однак максимальне відхилення основної мембрани равлика відбувається лише у певному місці. При збільшенні частоти звукових коливань максимальне відхилення основної мембрани зміщується до основи равлика, де розташовуються коротші волокна основний мембрани, – у коротких волокон можлива вища частота коливань. Порушення волоскових клітин саме цієї ділянки мембрани за допомогою медіатора передається на волокна слухового нерва у вигляді певної кількості імпульсів, частота проходження яких нижче частоти звукових хвиль (лабільність нервових волокон не перевищує 800 - 1000 Гц). Частота звукових хвиль, що сприймаються, досягає 20 000 Гц. Таким способом здійснюється просторовий тип кодування висоти та частоти звукових сигналів.

При дії тонів приблизно до 800 Гц, крім просторовогокодування відбувається ще й тимчасове (частотне)кодування, при якому інформація передається також по певних волокнах слухового нерва, але у вигляді імпульсів (залпів), частота проходження яких повторює частоту звукових коливань. Окремі нейрони різних рівнях слуховий сенсорної системи налаштовані певну частоту звуку, тобто. кожен нейрон має свій специфічний частотний поріг, свою певну частоту звуку, яку реакція нейрона максимальна. Таким чином, кожен нейрон з усієї сукупності звуків сприймає лише певні досить вузькі ділянки частотного діапазону, що не збігаються між собою, а сукупності нейронів сприймають весь частотний діапазон чутних звуків, що забезпечує повноцінне слухове сприйняття.

Правомірність цього становища підтверджується результатами протезування слуху людини, коли електроди вживлялися в слуховий нерв, яке волокна дратувалися електричними імпульсами різних частот, які відповідали звукосполученням певних слів і фраз, забезпечуючи смислове сприйняття промови.

Аналіз інтенсивності звукутакож здійснюється у слуховій сенсорній системі. При цьому сила звуку кодується частотою імпульсів, так і числом збуджених рецепторів і відповідних нейронів. Зокрема, зовнішні та внутрішні волоскові рецепторні клітини мають різні пороги збудження. Внутрішні клітини збуджуються за більшої силі звуку, ніж зовнішні. Крім того, у внутрішніх клітин пороги збудження також різні. У зв'язку з цим залежно від інтенсивності звуку змінюються співвідношення збуджених рецепторних клітин кортієва органу та характер імпульсації, що надходить до ЦНС. Нейрони слухової сенсорної системи мають різні пороги реакцій. При слабкому звуковому сигналі в реакцію залучається лише невелика кількість збудливіших нейронів, а при посиленні звуку збуджуються нейрони з меншою збудливістю.

Крім повітряної провідності є кісткова провідність звуку,тобто. проведення звуку безпосередньо через кістки черепа. При цьому звукові коливання викликають вібрацію кісток черепа та лабіринту, що призводить до підвищення тиску перилимфи у вестибулярному каналі більше, ніж у барабанному, оскільки перетинка, що закриває кругле вікно, еластична, а овальне вікно закрите стремінцем. Внаслідок цього відбувається зміщення основної мембрани, так само як і при повітряній передачі звукових коливань.

Визначення локалізації джерела звукуможливо за допомогою бінаурального слуху, тобто здатності чути одночасно двома вухами. Завдяки бінауральному слуху людина здатна точніше локалізувати джерело звуку, ніж при монауральному слуху, і визначати напрямок звуку. Для високих звуків визначення їх джерела обумовлено різницею сили звуку, що надходить до обох вух, внаслідок різної віддаленості від джерела звуку. Для низьких звуків важливою є різниця у часі між приходом однакових фаз звукової хвилі до обох вух.

Визначення розташування об'єкта, що звучить здійснюється або шляхом сприйняття звуків безпосередньо від об'єкта, що звучить - первинна локалізація, або шляхом сприйняття відображених від об'єкта звукових хвиль - вторинна локалізація, або ехолокація. За допомогою ехолокації орієнтуються у просторі деякі тварини (дельфіни, кажани).

Слухова адаптація– це зміна слухової чутливості у процесі дії звуку. Вона складається із відповідних змін функціонального стану всіх відділів слухового аналізатора. Вухо, адаптоване до тиші, має більш високу чутливість до звукових подразнень (слухова сенситизація). При тривалому слуханні слухова чутливість знижується. Велику роль слухової адаптації грає ретикулярна формація, яка змінює активність провідникового і коркового відділів слухового аналізатора, а й з допомогою відцентрових впливів регулює чутливість слухових рецепторів, визначаючи рівень їх «налаштування» на сприйняття слухових подразників.

В органі слуху виділяють:

Зовнішнє,

Середнє

Внутрішнє вухо.

Зовнішнє вухо включає вушну раковину та зовнішній слуховий прохід, відмежований від середнього вуха барабанною перетинкою. Вушна раковина, пристосована для уловлювання звуків, утворена еластичним хрящем, покритим шкірою. Нижня частина вушної раковини (мочка) є шкірною складкою, що не містить хряща. До скроневої кістки вушна раковина прикріплена зв'язками.

Зовнішній слуховий прохід має хрящову та кісткову частини. У місці, де хрящова частина переходить у кісткову, слуховий прохід має звуження та вигин. Довжина зовнішнього слухового проходу у дорослої людини близько 33-35 мм, діаметр його просвіту коливається на різних ділянках від 0,8 до 0,9 см. Вистелений зовнішній слуховий прохід шкірою, в якій є трубчасті залози (видозмінені потові), що виробляють секрет жовтого кольору - вушну сірку.

Барабанна перетинка відокремлює зовнішнє вухо від середнього. Воно являє собою сполучнотканину пластинку, зовні покриту тонкою шкірою, а зсередини, з боку барабанної порожнини, слизової оболонкою. У центрі барабанної перетинки є втиск (пупок барабанної перетинки) - місце прикріплення до перетинки однієї зі слухових кісточок - молоточка. У барабанної перетинки розрізняють верхню тонку, що не містить колагенових волокон, вільну, ненатягнуту частину і нижню пружну, натягнуту частину. Перетинка розташована косо, вона утворює з горизонтальною площиною кут 45-55, відкритий в латеральну сторону.

Середнє вухо розташовується всередині піраміди скроневої кістки, воно включає барабанну порожнину та слухову трубу, що з'єднує барабанну порожнину з глоткою. Барабанна порожнина, що має об'єм близько 1 см 3 знаходиться між барабанною перетинкою зовні і внутрішнім вухом з медіального боку. У барабанної порожнини, вистеленої слизової оболонкою, знаходяться три слухові кісточки, рухомо з'єднані один з одним (молоточок, ковадло і стрем'я), що передають коливання барабанної перетинки у внутрішнє вухо.

Рух слухових кісточок стримують мініатюрні м'язи, що прикріплюються до них - стременная м'яз і м'яз, що натягує барабанну перетинку.

У барабанної порожнини є шість стін. Верхня стінка (покришкова) відокремлює барабанну порожнину від порожнини черепа. Нижня стінка (яремна) належить до яремної ямки скроневої кістки. Медіальна стінка (лабіринтна) відокремлює барабанну порожнину від внутрішнього вуха.

У цій стінці є овальне вікно присінка, закрите основою стремена, і кругле вікно равлика, затягнуте вторинною барабанною перетинкою. Латеральна стінка (перетинчаста) утворена барабанною перетинкою і оточуючими її відділами скроневої кістки. На задній (соскоподібної) стінці знаходиться отвір - вхід до соскоподібної печери. Нижче цього отвору є пірамідальне піднесення, всередині якого розташовується стременна м'яз. Передня (сонна) стінка відокремлює барабанну порожнину від каналу внутрішньої сонної артерії. На цій стінці відкривається барабанний отвір слухової труби, що має кісткову та хрящову частини. Кісткова частина є напівканалом слухової труби, що є нижнім відділом м'язово-трубного каналу. У верхньому півканалі знаходиться м'яз, що напружує барабанну перетинку.

Внутрішнє вухо розташоване в піраміді скроневої кістки між барабанною порожниною та внутрішнім слуховим проходом. Воно є системою вузьких кісткових порожнин (лабіринтів), що містять рецепторні апарати, що сприймають звук і зміни положення тіла.

У кісткових порожнинах, вистелених окістям, розташовується перетинчастий лабіринт, що повторює форму кісткового лабіринту. Між перетинчастим лабіринтом і кістковими стінками є вузька щілина - перилімфатичний простір, заповнений рідиною - перилімфою.

Кістковий лабіринт складається з присінка, трьох півкружних каналів та равлика. Кісткове переддень має форму овальної порожнини, що сполучається з півкружними каналами. На латеральній стінці кісткового присінка є овальної форми вікно присінка, закрите основою стремена. На рівні початку равлика знаходиться кругле вікно равлика, затягнуте еластичною мембраною. Три кісткові напівкружні канали лежать у трьох взаємноперпендикулярних площинах. У сагітальній площині розташовується передній напівкружний канал, горизонтальній - латеральний, фронтальної - задній канал. Кожен півкружний канал має по дві ніжки, одна з яких (ампулярна кісткова ніжка) перед впаданням напередодні утворює розширення – ампулу. Ніжки переднього і заднього півкола каналів з'єднуються і утворюють загальну кісткову ніжку, Тому три канали відкриваються напередодні п'ятьма отворами.

Кістковий равлик має 2,5 завитка навколо стрижня, що горизонтально лежить. Навколо стрижня на кшталт гвинта закручена кісткова спіральна пластинка, пронизана тонкими канальцями, У цих канальцях проходять волокна равликової частини переддверно-равликового нерва. В основі платівки розташований спіральний канал, в якому лежить спіральний нервовий вузол. Платівка разом з перетинчастою равликовою протокою, що з'єднується з нею, ділить порожнину каналу равлика на дві спірально звивисті порожнини - сходи (переддверну і барабанну), сполучені між собою в області купола равлика.

Стінки перетинчастого лабіринту утворені сполучною тканиною. Перетинчастий лабіринт заповнений рідиною - ендолімфою, яка через ендолімфатичну протоку, що проходить у водопроводі присінка, відтікає в ендолімфатичний мішок, що лежить у товщі твердої мозкової оболонки на задній поверхні піраміди. З перилимфатического простору перилимфа по перилимфатической протоці, що проходить у канальці равлики, відтікає в підпаутинний простір на нижній поверхні піраміди скроневої кістки.



Випадкові статті

Вгору