5.3. Физические основы устройства аппарата речи и слуха человека.

Звуковая волна человеческого голоса образуется в гортани (верхний отдел трахеи) с помощью голосовых связок, представляющих собой две складки на боковых стенках гортани, в которых содержатся мышечные и эластичные волокна (рис 5.2, а и б)

Рисунок 5. 2.

При спокойном дыхании между связками образуется широкая голосовая щель, через которую свободно проходит воздух (рис.5.2, в). При образовании звуков мышечные волокна в связках напрягаются и свободные края связок приходят в колебательное движение в плоскости самой щели (т. е. перпендикулярно оси гортани), что вызывает ее периодическое сужение и расширение (рис.5.2,г). При этом в проходящей через щель струе выдыхаемого воздуха образуются чередующиеся участки сгущений и разрежений, возникают продольные колебания частиц воздуха. Так образуется основная звуковая волна. Частота колебаний и интенсивность (сила звука) этой волны зависят от степени напряжения и длины голосовых связок, также скорости и давления проходящего через щель воздуха.

Окончательное формирование звуков речи и придание им индивидуального тембра происходит в глоточной, ротовой и носовой полостях, которые служат резонаторами, усиливающими определенные гармонические тоны, имеющиеся в основной волне. Изменение объема и формы, например, ротовой полости при формировании звуков речи осуществляется путем изменения взаимного расположения языка, зубов и губ. Так образуются преимущественно гласные звуки, имеющие характер сложных тонов.

При образовании согласных звуков в колебательное движение приходят также мягкое нёбо, кончик языка и губы, поэтому они по природе ближе к шумам, чем к тонам.

Аппарат слуха содержит звукопроводящую и звуковоспринимающую части. Первая (рис.5.3,а и схема на рис.5.6) состоит из наружного слухового прохода Р, оканчивающегося барабанной перепонкой П, с которой связаны три сочлененных слуховых косточки: молоточек М, наковальня Н и стремечко С, расположенные в полости, называемой средним ухом. Эта полость граничит с полостью внутреннего уха, с которой сообщается двумя отверстиями, затянутыми упругими мембранами: овальным и круглым окнами. К мембране, закрывающей овальное окно, плоским основанием прикреплено стремечко.

Внутреннее ухо представляет костную полость сложной формы (рис.5.3, б), называемую лабиринтом и заполненную жидкостью – перилимфой. Лабиринт состоит из двух частей: улитки У, содержащей звуковоспринимающий аппарат, и преддверия В с полукружными каналами К, - относящихся уже к вестибулярному аппарату.

Рисунок 5.3.

Улитка У (рис.5.4,а) представляет спиральный ( витка) канал примерно кругового сечения (рис.5.5), в котором вдоль всей его длины расположены две перепончатые перегородки – более тонкая, называемая вестибулярной (или рейснеровой) РМ, и более плотная и упругая, называемая основной ОМ, мембранами. Этими перегородками канал разделяется на три части: вестибулярный ход В, улиточный У и барабанный Б. В основании улитки вестибулярный ход сообщается с овальным окном; барабанный ход – с круглым окном. У вершины улитки эти ходы сообщаются через небольшое отверстие, называемое геликотремой.

Рисунок 5.4.

Улиточный ход заполнен жидкостью, называемой эндолимфой. В нем на основной мембране (вдоль всей ее длины) расположен собственно звуковоспринимающий аппарат уха – кортиев орган КО (рис.5.5,а и б), состоящий из опорных и чувствительных (называемых волосковыми) клеток ВК, к которым подходят разветвления волокон слухового нерва. Над кортиевым органом, слегка касаясь свободным краем волосков чувствительных клеток, расположена покровная пластинка ПМ.

Рисунок 5.5.

Основная мембрана, натянутая вдоль всей улитки между костным выступом на внутренней стенке и наружной стенкой канала, состоит из эластичных волокон (общее их число порядка 20000), расположенных в поперечном (радиальном) направлении (рис.5.4.б). В основании улитки эти волокна короткие (длиной около 0,04 мм), тонкие и более натянутые, у вершины – длинные (около 0,5 мм), более толстые и менее натянутые.

Звуковые колебания (рис.5.6; на схеме вестибулярный и улиточный ходы показаны совмещенными, а обозначения соответствуют рис.5.3 и 5.5,а), действующие на барабанную перепонку через слуховые косточки и перепонку овального окна О, передаются перилимфе вестибулярного хода В улитки и через тонкую рейснерову мембрану – эндолимфе улиточного хода У и таким образом приводят в колебательное движение основную мембрану ОМ. Через нее колебания передаются перилимфе барабанного хода и ,наконец, мембране К круглого окна, которая служит для компенсации перемещения жидкости (перемещение жидкости в каналах улитки при отклонении стремечка в одном из направлений показано на рис.5.6 стрелками). Слуховые косточки, действуя как рычаги, уменьшают амплитуду колебаний перепонки, закрывающей овальное окно, сравнительно с колебаниями барабанной перепонки; соответственно увеличивается звуковое давление, передаваемое жидкости улитки.

Рисунок 5.6.

Звуковые колебания могут передаваться жидкости улитки также непосредственно через окружающие кости черепа, однако в этом случае не используется действие слуховых косточек и поэтому такая передача мало эффективна.

Звуковые колебания, достигая основной мембраны и расположенного на ней кортиева органа, приходят в колебательное движение. При этом изменяется степень соприкосновения волосков клеток с покровной пластинкой, в связи с чем в клетке возникают нервные импульсы. Эти импульсы передаются в центральную нервную систему, где поступают к нервным клеткам соответствующего участка коры головного мозга. Так и формируется звуковое ощущение, в котором субъективно различаются высота, громкость и тембр звука.

Во внутреннем ухе находится также вестибулярный аппарат, сигнализирующий в центральную нервную систему о положении и перемещении в пространстве головы, а следовательно, и всего тела. Вестибулярный аппарат состоит из перепончатых образований в виде трех взаимно перпендикулярных полукружных каналов К и полости небольших размеров – преддверия В (рис.5.3,б), которые находятся в костных каналах такой же формы. На внутренней поверхности стенок этих образований в преддверии, а также в расширениях концов полукружных каналов расположены группы чувствительных нервных клеток, снабженных волосками В, погруженными в покрывающую их студенистую массу (рис.5.7,а и б). В полости канала студенистая масса содержит мелкие кристаллы фосфорнокислого и углекислого кальция, называемые отолитами О (рис.5.7,а).

Рисунок 5.7.

При движении головы (с ускорением или замедлением) эндолимфа вследствие инерции отстает от движения стенок лабиринта, что вызывает сгибание волосков нервных клеток, в которых при этом возникают импульсы, сигнализирующие в центральную нервную систему о направлении и величине ускорения относительно перемещения эндолимфы.

При вращательном движении головы наиболее выражены в том полукружном канале, который лежит преимущественно в плоскости вращения, при прямолинейном движении – в преддверии, причем в этом случае действие перемещения жидкости усиливается перемещением вместе с ней отилотовой массы. Смещение отилотовой массы происходит при тряске, качке и т. п.