6. 6)Бинауральный слух
Наши суждения о расстоянии, на котором издаются звуки, являются весьма неточными, в особенности если глаза человека закрыты и он не видит источника звуков и окружающие предметы, по которым можно судить об «акустике окружения» на основании жизненного опыта, либо акустика окружения нетипична: так, например, в акустической безэховой камере голос человека, находящегося всего в метре от слушающего, кажется последнему в разы и даже десятки раз более удалённым. Также знакомые звуки представляются нам тем более близкими, чем они громче, и наоборот. Опыт показывает, что мы менее ошибаемся в определении расстояния шумов, нежели музыкальных тонов. Способность суждения о направлении звуков у человека весьма ограничена: не имея подвижных и удобных для собирания звуков ушных раковин, он в случаях сомнений прибегает к движениям головы и ставит её в положение, при котором звуки различаются наилучшим образом, то есть звук локализируется человеком в том направлении, с которого он слышится сильнее и «яснее».
Способность человека (и высших животных) определять направление на источник звука называется бинауральным эффектом.
Известно три механизма, при помощи которых можно различить направление звука:
Разница в средней амплитуде (исторически первый обнаруженный принцип): для частот выше 1 кГц, то есть таких, что длина звуковой волны меньше, чем размер головы слушающего, звук, достигающий ближнего уха, имеет бо́льшую интенсивность.
Разница в фазе: ветвистые нейроны способны различать фазовый сдвиг до 10-15 градусов между приходом звуковых волн в правое и левое ухо для частот в примерном диапазоне от 1 до 4 кГц (что соответствует точности в определении времени прихода в 10 мкс).
Разница в спектре: складки ушной раковины, голова и даже плечи вносят в воспринимаемый звук небольшие частотные искажения, по-разному поглощая различные гармоники, что интерпретируется мозгом как дополнительная информация о горизонтальной и вертикальной локализации звука.
Возможность мозга воспринимать описанные различия в звуке, слышимым правым и левым ухом, привело к созданию технологии бинауральной записи.
Описанные механизмы не работают в воде: определение направления по разности громкостей и спектра невозможно, так как звук из воды проходит практически без потерь напрямую в голову, и значит в оба уха, из-за чего громкость и спектр звука в обоих ушах при любом расположении источника звука с высокой точностью одинаковы; определение направления источника звука по фазовому сдвигу невозможно, так как из-за гораздо более высокой в воде скорости звука длина волны возрастает в несколько раз, а значит фазовый сдвиг многократно уменьшается.
Из описания приведённых механизмов понятна и причина невозможности определения расположения источников низкочастотного звука.
7. 1. Функции наружного и среднего уха. Механизм звукопроведения.
Наружное ухо: 1) звукоулавливание и звукопроведение; 2) защитная (антибактериальная, механич.защ.); 3) гомеостатическая (пост. Т=37,0);
Среднее ухо: 1) звукомодулирующая (вместе с нар.ухом – снижение амплитуды, усиление звука в 44,2 раза); 2) звукопроводящая; 3) вентиляционно-бароаккомодационная (слуховая труба);
Звук – ушная раковина – НСП – бар.пер – по системе слух.косточек (молоточек, наковальня, стремечко) – кольцевидная связка – овальное окно – лестница преддверия (перилимфа*)– геликотрема (*) – лестница барабанная (*) – круглое окно. Колебания перилимфы передаются в эндолимфу срединной лестницы и перепончатого лабиринта в целом.
N звукопроведение зависит от морфологической целостности, функциональной полноценности и физиологической подвижности системы. Нарушения приводят к кондуктивной тугоухости.
8. звуки проходят через наружный слуховой проход и попадают на барабанную перепонку
барабанная перепонка (мембрана) начинает вибрировать
через слуховые косточки в среднем ухе вибрация передается на улитку внутреннего уха
жидкость в улитке(эндолимфа) начинает смещаться и приводить в движение волосковые клетки
волосковые клетки начинают вырабатывать электрические сигналы
электрические сигналы по слуховому нерву поступают в головной мозг
головной мозг воспринимает сигналы как звуки
9. Воздушное звукопроведение.
Колебания барабанной перепонки, вызванные звуковыми волнами, передаются с помощью слуховых косточек на жидкость во внутреннем ухе. одна из косточек-стремечко действует на жидкость как поршень, толкая ее в ритме звукового давления. Движение жидкости заставляют колебаться основную(базилярную) мембрану улитки, которая передает раздражение картивеву органу.
Зачем нужна столь длинная и сложная цепь? Причина в том, что ухо сталкивается с механической проблемой огромной трудности, пытаясь извлечь максимум энергии из звуковых волн, ударяющихся о барабанную перепонку. Обычно, когда звук попадает на твердую поверхность, большая часть ее энергии отражается.Ухо должно поглотить эту энергию, поэтому оно действует наподобие механического преобразователя, превращая большую амплитуду звуковых колебаний воздуха в более сильные колебания на меньшей площади.
Примером подобного преобразования может служить гидравлический пресс: он увеличивает давление, действующее на поверхность поршня, концентрируя силу давления на втором поршне меньшей площади. Роль такого гидравлического пресса как раз и выполняет среднее ухо: малюсенькая пластинка стремечка превращает малое давление на поверхность барабанной перепонки в более высокое давление на жидкость внутреннего уха. Трансформация силы звука(т.е. превращение воздушного колебания с большой амплитудой и малым давлением в колебания с малой амплитудой и большим давлением) достигается благодаря следующим условиям:
Площадь барабанной перепонки в 15-20 раз больше площади овального окна улитки;
Молоточек и наковальня образуют неравноплечий рычаг, так что движения, совершаемые стремечком, примерно в 1,5 раз меньше движений рукоятки молоточка.
Общий эффект трансформирующего действия барабанной перепонки и системы слуховых косточек выражается в увеличении силы звука на 25-30 дБ.
Необходим, однако, еще один трансформатор для превращения давления жидкости в еще большую силу, действующую на ткани, с которым связаны нервные окончания.
Механизм, с помощью которого ухо достигает этой цели, также представляется очень остроумным. Он основан на том факте, что плоская мембрана, натянутая над отверстием трубки, имеет боковое натяжение вдоль ее поверхности. Данное натяжение можно усилить в огромное число раз, если давление приложено к одной стороне мембраны. В этом и состоит функция кортиева органа. Он построен таким образом, что давление жидкости (перилимфы) на основную мембрану трансформируется в силы сдвига, которые во много раз больше на наружной стороне органа. Эти силы деформируют чрезвычайно чувствительные клетки, связанные с нервными окончаниями.
Если в наружном, среднем и отчасти внутреннем ухе происходит проведение звуковых колебаний, то волосковые клетки кортиева органа трансформирует физические свойства звука и проводящей системы уха в специфическую рецепторно-нервную активность.