Устройство органа слуха
Биомеханический спектроанализатор
Гидродинамические волны во внутреннем ухе были впервые обнаружены Георгом фон Бекеши, который работал в Будапеште в 30…40-х годах прошлого века. За это открытие в 1961 году он был удостоен Нобелевской премии в области биологии.
Основная мембрана проходит через ушной лабиринт от основы до вершины.
Профиль и упругость мембраны значительно изменяются вдоль ее длины. Ширина мембраны составляет около 0,15 мм у основания улитки и 0,5 мм — у геликотремы. Мембрана тонкая (0,04 мм) вблизи овального окна, сравнительно толстая (0,5 мм) — вблизи вершины. Эластичность основной мембраны также сильно меняется вдоль ее длины (примерно в 100 раз). Мембрана сравнительно жесткая у основания улитки и мягкая — у геликотремы
11
Восприятие звука
В среднем человек способен воспринимать ухом звуковые колебания воздуха амплитудой звукового давления p > p0(f) в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц
(где p0(f) - порог слышимости, зависящий от частоты f, то есть, при p < p0 звук не
воспринимается)
Эквивалентная электрическая схема улитки
Эквивалентная схема содержит ~ 140 параллельных звеньев – резонаторов, моделирующих волокна базилярной мембраны, включенные последовательно индуктивности L"i эквивалентны
массе лимфы, ток в резонаторах пропорционален скорости колебаний волокон. Избирательность
резонаторов невелика.
Для частоты 250 Гц полоса пропускания резонатора равна ~ 35 Гц (Q = 7), для частоты
1000 Гц – 50 Гц (Q = 20) и для частоты 4000 Гц – 200 Гц (Q = 20). |
12 |
|
Громкость звука
Стандартные кривые равной громкости чистых тонов при прослушивании в условиях свободного звукового поля
13
|
Громкость звука |
|
|
|
|
Звук |
Уровень громкости (дБ) |
|
Порог слышимости |
0 |
|
Шелест листьев |
10 |
|
Шепот |
20 |
|
Тиканье часов |
30 |
|
|
|
|
Тихая комната |
40 |
|
Тихая улица |
50 |
|
Разговор |
60 |
|
|
|
|
Шумная улица |
70 |
|
Опасный для здоровья уровень |
75 |
|
|
|
|
Пневматический молоток |
90 |
|
Поезд метро |
100 |
|
|
|
|
Громкая музыка |
110 |
|
|
|
|
Болевой порог |
120 |
|
Сирена |
130 |
|
Старт ракеты |
150 |
|
|
|
|
Смертельный уровень |
180 |
|
Шумовое оружие |
200 |
|
Болевой порог
Порог слышимости
14
Области слышимости звука
15
Спектральный состав звукового сигнала до и после прохождения через ушную раковину
16
Локализация источника звука
Локализация по интенсивности звукового сигнала
на звуковых частотах более 2000 Гц.
Конус неопределенности
Вид АЧХ звукового сигнала после прохождения через правую и левую ушные раковины
17
Локализация источника звука
Локализация по временной разнице звуковых сигналов
18
Локализация источника звука
Образование акустической тени
19
Локализация источника звука
Глубинная локализация (оценка расстояния до источника)
Чувствительность слуха к расстоянию до источника изучено явно недостаточно.
Среди основных факторов, определяющих оценку глубины можно выделить следующие: - уменьшение уровня звукового давления с расстоянием - на низких частотах, где длина волны большая (5-15 м), любой источник можно считать точечным, и звуковые волны вокруг него - сферическими. В сферической волне площадь поверхности увеличивается пропорционально
квадрату расстояния, и соответственно давление падает обратно пропорционально расстоянию, то есть на 6 дБ при каждом удвоении расстояния.
Точность глубинной локализации звукового источника значительно повышается в закрытом реверберирующем помещении. Роль реверберации в оценке удаленности источника, например, распределения музыкантов по глубине оркестра, исключительно велика. При перемещении звукового источника по глубине меняется отношении энергии прямого звука к энергии отраженного (реверберационного) звука, что помогает точнее определить расстояние до источника. Важнейшее значение имеет также разность по времени между прямым звуком и приходом первых отражений и соотношение их по уровням.
20