Глава 4. Слуховая сенсорная система

Функция слуховой системы состоит в формировании слуховых ощущений человека в ответ на действие звуковых волн, представляющих собой распространяющиеся колебания молекул воздуха или другой упругой среды. Периферическая часть слуховой системы включает наружное, среднее и внутреннее ухо, в котором расположены слуховые рецепторы. Её центральную часть образуют проводящие пути, переключательные ядра и слуховая кора, которая расположена в глубине латеральной борозды, отделяющей височную долю от лобной и передних отделов теменной доли в обоих полушариях мозга.

4.1. Психофизические характеристики звуковых сигналов

Звуковые волны представляют собой передаваемые от источника звука механические смещения молекул воздуха или иной упругой среды. Скорость распространения звуковых волн в воздухе около 343 м/с при 20^о С, (в воде и металлах она значительно выше). Правильно чередующиеся участки сжатия и разрежения молекул упругой среды можно описать синусоидами, которые различаются частотой и амплитудой. При суперпозиции звуковых волн с различными частотами и амплитудами они наслаиваются друг на друга, образуя комплексные волны. Физическим понятиям амплитуды, частоты и комплексности соответствуют субъективные ощущения громкости, высоты и тембра звука (Рис. 4.1.). Звук, образованный синусоидальными колебаниями только одной частоты, вызывает ощущение определённой его высоты и обозначается как тон. Комплексные тоны состоят из основного тона (самая низкая частота колебаний) и определяющих тембр обертонов или гармоник, представляющих более высокие частоты, кратные основной. В повседневной жизни тоны всегда бывают комплексными, т.е. составленными из нескольких синусоид. Индивидуальное сочетание комплексных волн определяет характерный тембр человеческого голоса или музыкального инструмента. Слуховая система человека способна различать высоту звука лишь у периодических звуковых сигналов, тогда как звуковые раздражители, состоящие из беспорядочного сочетания частотных и амплитудных компонентов, воспринимаются как шум.

4.1.1. Диапазон частотного восприятия

Дети воспринимают звуковые волны в диапазоне от 16 до 20000 Гц, но приблизительно с 15-20 лет диапазон частотного восприятия начинает суживаться в связи с утратой чувствительности слуховой системы к самым высоким звукам. В норме независимо от возраста человек легче всего воспринимает звуковые волны в диапазоне от 100 до 2000 Гц, что имеет для него особенное значение, поскольку человеческая речь и звучание музыкальных инструментов обеспечиваются передачей звуковых волн именно в этом диапазоне (Таблица 4.1.).

Таблица 4.1.

Частотная и волновая характеристики некоторых источников звука

Источники звука	Частота (Гц)	Длина волны (м)
Нижняя нота рояля	27,5	12,4
Низкий певческий бас	80	2,7
Нота «ля» для настройки	440	7810-2
Высокий тенор	500	6910-2
Альт	650	5310-2
Верхнее «до»	1048	3310-2
Колоратурное сопрано	1350	2510-2
Самая высокая нота рояля	4186	8,210-2

Чувствительность слуховой системы к минимальному изменению высоты звука определяется как разностный порог частоты. В оптимальном для восприятия частотном диапазоне, близком к 1000 Гц, порог различения частот составляет около 3 Гц. Это значит, что изменение частоты звуковых волн на 3 Гц в большую или меньшую сторону человек замечает как повышение или понижение звука. При исходной частоте 2000 Гц разностный порог повышается до 6 Гц, а при 3000 Гц – до 9 Гц и т.д.