1.2. Физиология и методы исследования слуха

Слуховая система обеспечивает проведение звуковой волны, преобразование ее в нервные импульсы, передачу их в слуховые центры, анализ и интеграцию звуковой информации. Дифференцируются частота, сила и тембр звуков. С помощью речи происходит общение людей. Благодаря слуховой памяти можно узнать принадлежность голоса определенному человеку, животному или звука – предмету. Слуховая система обеспечивает настройку среднего уха и чувствительных клеток спирального органа на звуки определенной силы и частоты. При сильных звуках она, до определенной степени, понижает звукопроведение, выполняя защитную функцию. С помощью органа слуха, при внезапном сильном звуке, реализуются защитные и ориентировочные реакции организма: мигание (кохлеопальпебральный рефлекс Бехтерева), сужение зрачка (кохлеопупиллярный рефлекс Шурыгина), поворот головы в сторону источника звука.

Адекватным раздражителем органа слуха является звук, который представляет собой колебательные движения частиц упругой среды, распространяющиеся в виде волн в воздухе, жидкостях и твердых телах.

Звуки одной частоты или чистые звуки (тоны камертона, аудиометра) в природе встречаются редко. Они характеризуются синусоидальными, то есть периодическими колебаниями. Чаще нас окружают сложные звуки и шумы с обертонами и апериодическими колебаниями.

Параметрами звуковых волн являются амплитуда, частота, фаза, длина, период, длительность, спектр и другие.

Звук при распространении в среде представляет собой волну (рис. 1.2.1) с фазами сгущения (повышения атмосферного давления) и разрежения (понижения атмосферного давления) её частиц. Расстояние между средним и крайним положением колеблющегося тела называется амплитудой колебаний. Амплитуда периодических колебаний давления распространяющейся волны называется звуковым давлением. Длина волны - расстояние между двумя областями сжатия или разрежения её, а частота - число колебаний (сжатий или разрежений) в секунду. Единицей измерения длины волны является 1 м, а частоты - герц (Гц), то есть одно колебание в секунду. Время, в течение которого звуковая волна совершает полное колебание, называется периодом колебания. Скорость распространения акустических волн в воздухе 343 м/с, воде - 1480 м/с и твёрдых телах - 2000 м/с при температуре 20⁰ С.

Рис. 1.2.1.

Абсолютной единицей измерения акустической величины по звуковому давлению является Паскаль (Па). 1Па=1H^.м^-2. Абсолютный порог слышимости человека на частоте 1000 Гц составляет 2^.10^-5 Па, который принят за стандартное звуковое давление (р₀ ).

Относительная единица измерения характеризуют, насколько значение данной акустической величины превышает стандартное её значение. В качестве относительных единиц приняты Бел и децибел (дБ).

Звуковое давление, выраженное в децибелах относительно 2^.10^-5 Па, называется уровнем звукового давления (УЗД) или SPL (Sound Pressure Level), который вычисляется с помощью логарифма по формуле:

УЗД = к ^. Lg ð/ð₀

При к = 2 единицей УЗД является Бел, а при к = 20 - децибел / дБ/.

Относительная энергетическая единица измерения звуковой волны вычисляется с помощью уровня интенсивности (L).

L = к ^. Lg I/I₀

Зa пороговую интенсивность (I₀) принят энергетический порог слышимости звука в Ваттах на частоте 1000 Гц, который равен 10^-12Вт^.м^-2. При к = 1 единицей уровня интенсивности является Бел, а при к = 10 - децибел (дБ). Три величины: p = 2^.10^-5 Па; I = 10^-12 Вт^.м^-2 и L = 0 дБ характеризуют один и тот же звук, то есть, по существу, соответствуют порогам слышимости по звуковому давлению, мощности и уровню интенсивности звука.

На рис. 1.2.2. показано, что при 20 дБ звуковое давление (p) соответствует 10-кратному увеличению абсолютного порогового давления звука (p₀=210^-5 Па), при 40 дБ увеличивается в 100 раз, при 60 дБ – в 1000 раз, при 80 дБ – в 10000 раз, при 100 дБ – в 100000 раз и т.д.

Рис. 1.2.2 .

На рис. 1.2.3. указаны абсолютные пороги слуха в Паскалях и соответствующие им УЗД (SPL) в децибелах. Для их достижения на частотах 1000 - 4000 Гц достаточно давления звука 2^.10^-5 Па. При 250 и 10000 Гц требуется увеличение давления. Поэтому кривая абсолютных порогов слуха выпуклая кверху.

Рис. 1.2.3.

В аудиометрии принято измерение относительных порогов слышимости

(HL) от нулевой изолинии, полученной в результате средних порогов слуха молодых здоровых людей. Hearing Level (HL) – уровень слуха. На заводе аудиометры специально настраиваются на исходный уровень 0 дБ (рис. 1.2.3.) как минимальное слуховое ощущение на каждой частоте. Нулевой уровень аудиометра не соответствует уровню абсолютных порогов слуха.

На рис. 1.2.4. представлена относительная пороговая изолиния слуха в виде прямой нулевой линии и соотношение её с абсолютными порогами (пунктир). Нижняя пунктирная кривая отражает максимальный уровень интенсивности воздушной проводимости на аудиометре, где средние частоты (1000 - 4000 Гц) имеют больший звуковой диапазон, чем низкие и высокие частоты.

Рис. 1.2.4.

Sensation Level (SL) - индивидуальный пороговый уровень слуха пациента от аудиометрического нуля на соответствующей частоте.

SPL, HL и SL являются терминологией Европейского сообщества (ЕС).

Наряду с физическими / объективными / понятиями о звуке существуют соответствующие им психофизиологические понятия: интенсивность - громкость, частота - высота, спектр - тембр и другие, которые связаны со слуховыми ощущениями человека и имеют другие единицы измерения (фон, мел и др.).

К важным свойствам звука относятся явления резонанса, отражения, дифракции и прочие. Резонанс - свойство звука вызывать звуковые колебания другого предмета. Резонанс имеет значение в механизме звукопроведения в наружном, среднем и внутреннем ухе. Собственная частота колебаний звукопроводящего аппарата находится около 1000 Гц. На этой частоте отмечается повышенная чувствительность уха вследствие резонанса.

Способность звуковой волны огибать препятствия называется дифракцией. Низкие звуки обладают лучшей дифракцией. Отражение звуковой волны от препятствий в открытой атмосфере является эхом (в лесу, горах), а в закрытом помещении - реверберацией. В результате встречи в помещении: действующей и отраженной волн возникает их взаимодействие, которое называется интерференцией, при этом звук усиливается или ослабляется.

Средняя длительность акустического сигнала, которую воспринимает ухо человека, равняется 0,001 с. Звуковое впечатление сохраняется в ухе в течение 0,009-0,1 с. Латентный период реакции пациента зависит от частоты и интенсивности тона: для высоких тонов он короче и обратно пропорционален интенсивности.

Человеческое ухо способно воспринимать звуки от 16 до 20000 Гц. Колебания с частотою меньше 16 Гц относятся к инфразвукам, а с частотой больше 20000 Гц - к ультразвукам. Однако Б.М.Сагалович (1968) отмечает, что человек может воспринимать звуки от 1 Гц до 225 000 Гц, поэтому их деление на слышимые и неслышимые несколько условно. Комфортные для нашего уха звуки (шум леса, дождя, моря) находятся в диапазоне около 1000 Гц. Острота слуха человека наиболее выражена в возрасте 15-30 лет. Диапазон воспринимаемых ухом частот делится на три части: тоны до 500 Гц называются низкочастотными, от 500 до 3000 Гц - среднечастотными от 3000 до 8000 Гц – высокочастотными и выше 8000 Гц - сверхчастотными. Зона речевых частот расположена в области 500 - 4000 Гц.

Слуховая система включает в себя звукопроводящий и звуковоспринимающий отделы. К звукопроводящему аппарату относятся наружное и среднее ухо, пери- и эндолимфа, основная мембрана, покровная и рейснерова мембраны. Звуковосприятие начинается с рецепторных клеток кортиева органа и включает слуховые центры различных уровней ЦНС.