108

Глава 3 физиология слуховой системы.

3.1. Краткие сведения по физической акустике.

Источником звука являются колебания упругих тел, в природе это звуки дождя, грома, в быту струны музыкальных инструментов, голосовые складки гортани у человека, колебания которых вызывают распространение колебания в окружающей среде. Колебательные движения среды распространяются во все стороны от источника в виде ритмического сгущения и разрежения частиц среды, при этом сами частицы среды не перемещаются по направлению звука, а после сгущения, или разрежения возвращаются в обычное состояние среды. Рис. 40 Ритмические сгущения и разрежения внешней среды под действием звука.

Состояния сгущения или разрежения называют фазами, а расстояние между одинаковыми фазами - длиной волны. Рис.41 Звуковая волна. Различают короткие и длинные звуковые волны, короткие звуковые волны имеют небольшие расстояния между фазами, за счет частых колебаний, а звуковые волны с большой длиной волны имеют редкую частоту колебания. Рис. 42 Частота и амплитуда звуковой волны.

Частота колебаний звуковой волны зависит от частоты колебания источника звука и измеряется в Гц, или кГц: 1Гц соответствует одному колебанию в секунду, 1кГц равен 1000 колебаний в секунду. Чем больше частота колебания звуковой волны, тем большим числом Гц она обозначается.

Человек воспринимает звуки с частотой от 16 Гц до 20000Гц. Звуки с частотой колебаний ниже 16 Гц называются инфразвуками, они возникают во время шторма, ухо человека их не воспринимает, но они оказывают отрицательное воздействие на психику человека. Звуки с частотой колебания больше 20000 Гц называются ультразвуками, они также не воспринимаются ухом человека, но, поглощаясь и отражаясь костными и мягкими тканями тела человека, они используются для исследования внутренних органов.

Сила звуковой волны зависит от размаха фазы или амплитуды колебания. Чем шире размах фазы или амплитуды колебания, тем звук сильнее, чем меньше размах колебания, тем звук слабее. Сила звука определяется величиной давления, которое производит звуковая волна на единицу поверхности и измеряется также как атмосферное давление в паскалях (Па). Давление 1Па равняется силе в ньютонах (Н), действующей на площадь в квадратных метрах 1Па= 1Н\м2, давление в одну атмосферу приблизительно составляет 10 5 Па, то есть 100000 Па. Эти величины дают представление силе звука, но при исследовании слуха не используются.

Длинные звуковые волны способны огибать препятствия, что проявляется возможностью восприятия издалека низких звуков барабана, в отличие от высоких звуков, которые издалека слышны хуже. Такая способность низкочастотных звуков называется дифракцией.

Звуковые волны с большой частотой колебания, встречая препятствие на своем пути, ослабляются и частично отражаются, вызывая явления реверберации или эхо. От реверберации в музыкальных залах избавляются с помощью специальных форм архитектуры.

Среди особенностей звуковой волны интересным является улучшение звучания, усиление звука при встрече звуковой волны с предметами, способными звучать в унисон. Это явление резонанса, когда звуки, исходящие от струнных инструментов, усиливаются в воздушной полости инструмента (резонаторе), приобретая более насыщенный, глубокий звук, резонаторы при этом имеют определенной формы полости и размеры отверстия в них. Явления резонанса возникают за счет воздуха, начинающего звучать в унисон струнам инструмента, также способны звучать струны рояля, если над ними пропеть какой - либо тон, либо поднести звучащий камертон.

Звуковая волна отличается постоянной скоростью распространения в определенной среде, переходя в другие среды, скорость распространения изменяется в зависимости от физических особенностей среды. В воздухе при 0° скорость звука 333 м/сек, в воздухе комнатной температуры скорость 340 м/сек, а в воде - 1450 м/сек.

Среди звуков, различаемых органами слуха, выделяют простые тоны, сложных звуки и шумы.

Простой, чистый тон в природе практически не встречается, чистый тон производит камертон, электроакустическая аппаратура (аудиометр) с помощью которого исследуется слух. Как всякое колебательное движение, чистый, гармонический тон графически изображается волнообразно, в виде периодически возникающих синусоид.

Сложные звуки объединяют простые тоны, но по частоте, амплитуде соответствуют одному самому низкому, простому тону, который называется основным. Остальные тоны, составляющие звук, могут иметь тоны в 2,.3, 4 раза выше основного тона, но быть кратными по отношению к основному тону. Это обертоны - гармоники, придающие звуку тембровую окраску.

Помимо тонов и сложных звуков различают шумы, они характеризуются беспорядочными колебаниями, в которых отсутствует четкая периодичность, а соотношение между тонами и обертонам выражается дробными числами. С помощью шума образуется большинство согласных. Шум негативно действует на слуховую систему, длительное его воздействие может привести к снижению слуха, функциональным изменениям в нервной системе. Шум нашел применение при исследовании слуха в качестве маскирующего шума, в состав которого входят все частоты, воспринимаемые человеческим ухом. С помощью маскирующего шума заглушают лучше слышащее ухо, для исследования слуха в плохо слышащем ухе.