2.3. Слуховой анализатор

Слуховая система человека включает наружное, среднее, внутреннее ухо, слуховой нерв и центральные слуховые пути. В состав наружного уха входит ушная раковина, выполняющая функции концентратора звука, и наружный слуховой канал. Он отделяется от среднего уха барабанной перепонкой, колебания которой передаются через систему трех косточек во внутреннее ухо. Здесь звук воздействует на чувствительные нервные окончания, реагирующие каждое на колебания определенной частоты. Из внутреннего уха слуховой нерв выходит через внутренний слуховой проход в мозг. Механические колебания преобразуются в органе слуха в электрические потенциалы.

Основными параметрами звуковых волн являются интенсивность и частота колебаний, которые субъективно в слуховых ощущениях воспринимаются как громкость и высота тона. По частоте область слуховых ощущений простирается от 20 до 20000 Гц.

Степень ощущения звука оценивается в относительных логарифмических единицах — децибелах (дБ).

Закон Вебера-Фехтнера для звука формулируется следующим образом: уровень ощущения звука L пропорционален десятикратному логарифму интенсивности, отнесенной к интенсивности на пороге слышимости. Интенсивность звука в свою очередь пропорциональна квадрату звукового давления

(2.3)

где p ∙ c — произведение плотности среды ρ (кг/м³) на скорость звука в ней С (м/с), называемое удельным акустическим сопротивлением среды, кг/с∙м².

Для звуковой волны справедливо также соотношение

(2.4)

где — колебательная скорость частиц, м/с.

Закон Вебера-Фехтнера записывается следующим образом

(2.5)

где L — уровень интенсивности звука, который, при нормальных атмосферных условиях равен уровни звукового давления, дБ;

J∙p — действующие значение интенсивности (Вт/м²) и среднеквадратичного (среднего за период колебаний) звукового давления (Па);

J₀ — 10^–12 Вт/м², p₀ = 2∙10^–5 Па (Н/м²) — интенсивность звука и звуковое давление на пороге слышимости при частоте f = 1000 Гц.

Зона слышимости звука ограничена двумя кривыми (рис. 2.3): порогом слышимости (1) и порогом болевого ощущения (2).

Величина порога слышимости зависит от частоты звука. В области частот 1000...5000 Гц ухо имеет наибольшую чувствительность к звуку. По мере удаления от этой области вниз и вверх по частотной шкале чувствительность уха уменьшается. Порог болевого ощущения слабо зависит от частоты. Звуки, превышающие этот порог, могут вызвать повреждение или разрушение слухового аппарата. Уровень интенсивности звука на пороге слышимости равен 0 дБ, а на пороге болевого ощущения — 140 дБ.

140 2∙10²

Высота тона или частота воспринимается человеком также по логарифмическому закону. Человек одинаково реагирует не на абсолютные, а на относительные изменения частоты в определенное количествораз. Абсолютный дифференциальный порог при восприятии высоты тона составляет 2...3 Гц.

При одновременном воздействии двух близких по частоте тонов, имеющих различное звуковое давление, на слух воспринимается более сильный, а слабый тон им маскируется.

Определить направление звука возможно лишь при участии обоих органов слуха.