Лекция 12

Звуковые волны представляют собой передаваемые от источника звука механические смещения молекул воздуха или другой упругой среды. Скорость распространения звуковых волн в воздухе - 343 м/с при 0° Цельсия . В воде и металлах эта скорость значительно выше. Закономерно чередующиеся участки сжатия и разряжения молекул среды описываются синусоидами, которые отличаются амплитудой и частотой. При суперпозиции (наложении) звуковых волн с различными амплитудами и частотами они наслаиваются друг на друга, образуя комплексные волны.

Физическим понятиям амплитуды и частоты соответствуют субъективные ощущения высоты и громкости. Звук, образованные синусоидальными колебаниями одной частоты, вызывает ощущение определённой высоты и обозначается как тон. Комплексные волны состоят из одного тона (это самые низкие частоты) и обертонов (или гармоник), представляющие более высокие частоты. В повседневной жизни тоны всегда бывают комплексными (они состоят из нескольких синусоид). Индивидуальное сочетание комплексных волн определяет характерный тембр человеческого голоса или музыкального инструмента. Слуховая система человека способна различать высоту звука только у периодических звуковых сигналов, а звуковые раздражители, состоящие из беспорядочного сочетания частотных и амплитудных компонентов, воспринимаются как шум. Дети воспринимают звуковые волны в диапазоне 16-20.000 Гц, но приблизительно с 15-20 лет диапазон частотного восприятия суживается, так как утрачивается чувствительность звуковой системы к самым высоким звукам. Ухудшение качества звукового восприятия у пожилых людей является естественным процессом. В норме, независимо от возраста, человек легче всего воспринимает звуковые волны в диапазоне 100-2000 Гц. Это особенно важно, поскольку речь и музыкальные инструменты звучат именно в этом диапазоне.

Нижняя нота рояля - 27,5 Гц - 82,4 м

Нижний певческий бас - 80 Гц - 2,7 м

Нота ЛЯ - 440 Гц - 79 * 10^(-2) м

Высокие тенор - 500 Гц - 69*10^(-2) м

Альт - 650 Гц - 78 * 10^(-2) м

Верхняя ДО - 1049 Гц - 33 * 10^(-2) м

Колоратурное сопрано 1350 Гц - 25*10^(-2) м

Самая высокая нота рояля - 4186 Гц - 8,2 * 10^(-2) м

Чувствительность слуховой системы к минимальным изменениям высоты звука определяется разностным порогом частоты. В оптимальном для восприятия диапазоне 1000 Гц - этот порог составляет примерно 3 Гц. При изменении высоты звука до 2000 Гц разностный порог повышается до 6 Гц, а при 3000 Гц разностный порог 9 Гц и т.д. Таким образом, получается логарифмическая шкала.

Амплитуда звуковых волн определяет величину звукового давления, под которой понимают силу сжатия, действующую на перпендикулярно расположенную к ней площадь. Акустическим эталоном, близким к абсолютному порогу слухового восприятия принято считать величину 2*10^(5) единиц давления / кв. метр. Сравнительной единицей изменения громкости считают Дб (децибел) и громкость измеряется по логарифмической шкале, где логарифм десятичный, он высчитывается как отношение действующего звукового давления к эталонному давлению. Эта величина умножается на 20.

В Дб также измеряют интенсивность различных источников звука. При этом под ней понимают мощность или плотность звуковых волн в единицу времени. За эталонную интенсивность принимают величину 10^(-12) Вт / кв. м.

Количество Дб для измеряемой интенсивности определяют по формуле:

lg (измеряемая интенсивность / эталонная интенсивность) * k , k=10

Субъективно воспринимаемая громкость звучания зависит не только от уровня звукового давления, но и от частоты звукового стимула. Чувствительность слуховой системы максимальна для раздражителей с частотами 500-4000 Гц. При действии звуков менее 500 Гц или более 4000 Гц порог звуковой чувствительности повышается.

В наружном, среднем и внутреннем ухе происходят процессы, необходимые для слухового восприятия. Эти процессы подготовительные, они оптимизируют параметры передаваемых звуковых колебаний при одновременном сохранении характера сигналов.

Преобразование энергии в рецепторные потенциалы волосковых клеток. Ушные раковины состоят из хряща, покрытого кожей и соединенного с хрящом наружного слухового прохода. Внутренность слухового прохода также выстлана кожей. в ней содержатся сальные железы и волосяные мешочки.

Движения ушных раковин млекопитающих в направлении источника звука помогают обнаружить источник и его пространственное расположение. Как правило человек не может двигать ушными раковинами. Сохранение способности к движению ушными раковинами расценивается как атавизм.

Функцию определения расположения источника звука у человека выполняет рельеф ушных раковин и их расположение на противоположных сторонах головы. Такое положение ушных раковин позволяет различать поступление звука спереди и сзади. Наружный слуховой проход заканчивается барабанной перепонкой, представляющей собой вогнутую в полость среднего уха соединительно-тканную перегородку толщиной около 0,1 мм. Звуковые волны вызывают колебание барабанной перепонки вокруг оси, проходящей поблизости от оси проходящей вблизи его верхнего края. У барабанной перепонки нет собственного периода колебания. Её волокна способствуют колебания, повторяющие частоту действующих звуковых волн. С той же частотой барабанная перепонка передаёт колебания присоединённым к ней слуховым косточкам.

FILE 10