Основная мембрана

Внутри улитки, по всей ее длине, проходят две мембраны — основная и рейснерова.

Волоски

На основной мембране находится скопление чувствительных клеток. Количе­ство этих клеток, каждая из которых имеет до сотни во­лосков, составляет у человека около 25 тыс. Волосковые клетки располагаются в два слоя, разделенные дугой. Внутренний слой содержит один ряд клеток, а наруж­ный — 3—5 рядов. Общее число наружных клеток дости­гает почти 20 тысяч, внутренних — около 3.5 тысяч. Движение основной мембраны вызывает деформацию волосков.

Нервные клетки

В результате деформации волосков возникает активность рецепторных, а затем и нервных клеток, передающаяся в центральные слуховые структуры, расположенные в различных отделах мозга

Среднее ухо у человека обладает полосой пропускания сигналов без затухания частотой до 1 кГц. При высоких интенсивностях звука меняется характер движения слуховых косточек таким образом, что коэффициент передачи среднего уха также резко снижается.

Математическая модель уха

^{Математическая модель, описывающая смещения базилярной мембраны под действием произвольного звукового давления:}

^x(t)

^{P(t) Среднее ухо Базилярная мембрана Y}_l^(t)

^{G(s) F}_l^(s)

^{P(t) – давление звука у барабанной перепонки, x(t) – эквивалентное линейное смещение основания стремечка, y}_l^{(t) – линейное смещение базилярной мембраны в точке на расстоянии l от стремечка. G(s) – передаточная функция среднего уха. F}_l^{(s) – передаточная функция системы на участке от стремечка до указанной точки l на мембране.}

где s = a+jω — комплексная частота; β₁=2α₁; — угловая частота, для которой в точке, удаленной от стремечка на расстояние /, возникают колебания с максимальной амплитудой; с₁ — дей­ствительная постоянная величина, задающая надлежащее значение смещения; е ^{(-3 π s)/ 4 β} — множитель, вводящий задержку на Зπ/4β секунд, необходимую для согласования фазовой задерж­ки в модели с измеренной фазовой характеристикой уха человека, этот множитель учитывает, главным образом, время рас­пространения колебания от стремечка до точки l мембраны;

Амплитудный множитель, аппроксими­рующий изменения амплитуды колебаний на резонансной часто­те при изменении значений резонансной частоты β_l согласно фи­зиологическим измерениям (Бекеши, 1943).

Передаточная функция среднего уха

^с₀ ^{– действительная положительная постоянная,} (Постоян­ные множители выбираются таким образом, чтобы при объеди­нении данной функции с функцией F_l(s) получить правильное значение абсолютного смещения мембраны)

Модель уха представленная в виде электрической схемы

Восприятие звука

Гельмгольц разделил все звуки на тоны и шумы, в зависимости от частоты.

Если звуковая волна имеет чисто синусоидальную форму, то звук определяется, как «слабоокрашенный» чистый тон, а если звук содержит много гармоник основной частоты, он воспринимается, как «окрашенный» тон.

Взаимодействие разных тонов ха­рактеризуется определенной психофизической единицей — критической полосой частот. В пределах этой полосы на­блюдается взаимодействие звуковых энергий, и человек слышит либо биения, либо сложный хриплый звук — в за­висимости от разности между частотами. При этом сохра­няется постоянная громкость звука. Если разница по шкале частот между звуками увеличивается, то по до­стижении определенной критической величины этой раз­ницы человек начинает слышать два разных тона, а об­щая громкость звука уменьшается. Критическая полоса частот имеет огромное значение для композиции музы­кальных произведений. В частности, диссонансное звуча­ние двух нот определяется часто тем, что их гармоники попадают в пределы одной и той же критической полосы слуха человека.