§2.3 Фізичні основи слуху

В органі слуху людини розрізняють зовнішню, середню і внутрішню частини вуха.

Зовнішнє вухо складається з вушної раковини 1 (рис1.14), слухо­вого ходу 2 й барабанної перетинки 3. Звукова хвиля надходить у вушну ракови­ну, яка являє собою акустичну трубу завдовжки приблизно 3 см. У стовпі повітря, що міститься у вушній раковині, виникає стояча хвиля. Але якщо в стовпі по­вітря утворюється стояча хвиля, то виникає акустичний резонанс. Унаслідок ре­зонансу посилюються лише ті стоячі хвилі, для яких

Ось чому людське вухо найбільш чутливе в діапазоні хвиль 3000—4000 Гц. Барабанна перетинка в нормі має неправильну форму й нерівномірний натяг на різних ділянках. Завдяки таким властивостям барабанна перетинка не має власної частоти коливань, вона завжди коливається з частотою того звуку, що надійшов до неї. Якби це було інакше, то внаслідок акустичного резонансу поси­лювалися й сприймалися б лише ті звуки, частота коливань яких збігалася з її власною частотою коливань.

Рисунок 1.14

Біля барабанної перетинки (в кінці акустичної труби) завжди ви­никає вузол стоячої хвилі, а на ви­ході вушної раковини — пучність. Завдяки цьому барабанна перетин­ка не вносить жодних спотворень у звукову хвилю (не змінюється ча­стота й форма хвилі).

Перейшов­ши через вузол, стояча хвиля про­никає в середнє вухо. Воно запов­нене повітрям, у якому міститься три невеличкі кісточки: молоточок 4, коваделко 5 і стремінце 6. Свої назви ці кісточки одержали згідно зі своєю формою.

Надійшовши у вушну раковину, звукова хвиля змінює в ній величину атмос­ферного тиску. Будь-яка зміна атмосферного тиску деформує барабанну пере­тинку. Барабанна перетинка деформується відповідно до зміни звукового тиску, утвореного звуковою хвилею, й приводить у рух молоточок. Молоточок ударяє по коваделку, яке, у свою чергу, тисне на стремінце. Коливальні рухи стремінця крізь овальне віконце передаються у внутрішнє вухо 7.

У середньому вусі поряд з передачею звуку відбувається й посилення інтен­сивності звукової хвилі. Річ у тім, що площа поверхні овального віконця майже в 22 рази менша від площі поверхні барабанної перетинки. І тому в момент пере­дачі звуку від барабанної перетинки до овального віконця енергія звукової хвилі концентрується на значно меншій площі, що й зумовлює збільшення інтенсив­ності звукової хвилі. Крім того, слухові кісточки працюють як важіль, довге плече якого приблизно у 2,5 разу більше від короткого. Завдяки цьому звуковий тиск на овальне віконце зростає ще в 2,5 разу. Як наслідок, завдяки резонансу й важільній системі слухових кісточок інтенсивність звукової хвилі, що надходить у внутрішнє вухо, збільшується майже у 80 разів.

Звукова хвиля, зазнавши значного підсилення у вушній раковині і се­редньому вусі, крізь овальне віконце переміщується у внутрішнє вухо — у завитку 7 (рис.1.14). Вона являє собою кісткову порожнину, яка має форму спіралі в 2,5 витка. Внутрішня порожнина завитка запов­нена в'язкою рідиною — ендолімфою.

Рисунок 1.15

Завитка по всій своїй довжині переділена перегород­кою — основною (базальтовою) мембраною 1 (рис1.15). Поперек неї туго натягнуто « 20 000 "живих струн" — еластичних волокон 0,04-0,5 мм завдовжки. Це і є звукосприймальний апарат органа слуху — кортіїв орган — мале­сенька "гітара" з 20 000 струн, виготовлена Природою у вигляді спіралі (рис. 1.16).

Рисунок 1.16

Перейшовши у внутрішнє вухо, звукова хвиля приводить у коливальний рух ендолімфу, коливання якої передаються основній мем­брані. Разом з основною мембраною колива­ються й усі натягнуті на ній волокна. Короткі волокна (вони розміщені на тонких ділянках мембрани біля овального віконця) резонують на коливання високої частоти, а довгі найбіль­ше чутливі до коливань низької частоти.

Усі волокна коливаються разом з мембра­ною, але амплітуда коливань у різних волокон неоднакова. Енергія звукової хвилі, що надійшла до основної мембрани, не розподіляється порівну між усіма 20 000 волокон. Вона передається тим волокнам, частота коливань яких збігається з частотами коливань у звуковій хвилі. Звукова хвиля може складатися з кількох сот і навіть тисяч простих коливань (тонів). Одне волокно резонує (відгукується) тільки на один тон. Ті волокна, амплітуда коливань яких виявилася максимальною, пород­жують у слуховому нерві нервові імпульси — електричні сигнали. Вони досягають слухового центра головного мозку, де вже остаточно й формується звукове відчуття. Механізм цього процесу досить складний і досі лишається не зовсім зрозумілим.