Глава 6. Элементы акустики звукового диапазона
6.1. Строение слухового аппарата человека
Акустические волны звукового диапазона существенно расширяют информационные возможности человека, позволяют ориентироваться ему в пространстве. Предлагаемый вниманию раздел содержит основные сведения о свойствах слуха человека.
Особенности строения уха и свойства слуха человека имеют большое значение для рационального проектирования и эксплуатации звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры. Соответствие технических средств звукопередачи и субъективных характеристик восприятия помогает достигнуть нужной информационной достоверности передаваемых сигналов, получить в процессе прослушивания семантическое и эмоциональное соответствие между первичными и воспринимаемыми звуковыми образами.
Ухо человека обладает свойствами частотного анализа, дискретного восприятия по частотному и динамическому диапазонам. Таким образом, аналоговый звуковой сигнал представляется последовательностью электрических импульсов, вырабатываемых нервными окончаниями волокон основной мембраны уха. Строение человеческого уха показано на рис.6.1.
Ушная раковина 1 в области наружного уха направляет акустические колебания в слуховой проход 2, заканчивающийся барабанной перепонкой 3. В слуховом проходе, как в звуковом резонаторе, настроенном на частоту 3 кГц, происходит примерно 3-кратное усиление звукового давления, действующего далее на барабанную перепонку. Барабанная перепонка образует границу с областью среднего уха и соединена с костно-мышечным механизмом в виде молоточка 4 и наковаленки 5. Мышечная ткань ножки наковаленки опирается на входной элемент внутреннего уха - мембрану овального окна 6 внутреннего уха 7. Рычажная система молоток - наковаленка играет роль акустического трансформатора колебаний барабанной перепонки, повышая звуковое давление на мембране овального окна 6 для наибольшей отдачи энергии из воздушной среды среднего уха, сообщающегося с носоглоткой через проход 8, в область внутреннего уха 7, заполненную несжимаемой жидкостью - лимфой. Структура внутреннего уха представляет собой сужающуюся к вершине трубку, свернутую в 2,5 витка в виде улитки, к которой примыкают каналы
98
вестибулярного аппарата в виде трех колец. Весь лабиринт ограничен костной перегородкой. По всей длине улитки располагается основная мембрана - анализатор акустического сигнала. Она представляет собой узкую ленту из гибких связок, расширяющуюся к вершине улитки.
1 |
2 |
5 |
4
7
3
6
8
Рис. 6.1. Строение человеческого уха
При колебаниях мембраны овального окна внутреннего уха в жидкости внутреннего уха возникают упругие колебания, перемещающиеся вдоль основной мембраны от основания к вершине. Структура основной мембраны аналогична системе акустических резонаторов с изменяющейся резонансной частотой. На рис.6.2 показана развертка основной мембраны со шкалой резонансных частот соответствующих участков.
99