Физиология слуховой системы.

Слуховая система, как более поздно, развившаяся в филогенезе, из вестибулярной системы, представлена только двумя улитковыми протоками, по одному с каждой стороны, с чем связана их повышенная ранимость в виде глухоты и тугоухости.

Раздражителем воспринимающей части периферического отдела слуховой системы, а именно рецепторных клеток спирального органа улитки является звуковая волна.

Звуковая волна, как физическое состояние, характеризуется такими двумя изменяющимися параметрами, как частота звука и амплитуда, и одним постоянным параметром в виде неизменной скорости распространения в определенной среде.

Психофизически слух характеризуется частотой, интенсивностью и длительностью, а субъективно воспринимается по высоте, громкости и продолжительности.

Структуры наружного и среднего уха регулируют давление звуковой волны на овальное окно преддверия, во внутреннем ухе звуковая волна вызывает колебания перилимфы и эндолимфы в лестницах улитки. Структуры наружного, среднего и жидкости внутреннего уха отвечают за проведение звуковой волны, или за звукопроводящую функцию.

Звуковоспринимающую функцию обеспечивают высоко специализированные, волосковые клетки спирального органа, или рецепторные клетки, расположенные на основной мембране улиткового протока. Волокна основной мембраны при действии звуковой волны принимают форму «бегущей волны», при проведении высоких частот максимально изменяются волокна в области основного завитка, а при проведении низких частот максимально изменяются волокна основной мембраны у верхушки улитки, что сопровождается усилением соответствующего звука.

Изменение положения основной мембраны приводит к раздражению, воспринимающих звук, специализированных нервных, рецепторных клеток.

Жидкости улитки, также как и мембрана нервных рецепторных клеток поляризованы, имеют ничтожно малый, но значимый в биологии заряд, или потенциал покоя. Раздражение их колебанием жидкостей улитки вызывает образование потенциала действия, или нервный импульс.

Образование нервного импульса, воспринявшего характерные особенности звуковой волны, называется восприятием звука, и в дальнейшем будет называться звуковоспринимающей функцией. Нарушение процесса восприятия звука в нервных, рецепторных клетках спирального органа вызывает тяжелое нарушение слуха в виде нейросенсорной глухоты или тугоухости и является периферическим, п осколькупроисходит в периферическом отделе слуховой системы.

Образованные в спиральном органе нервные, слуховые импульсы, поднимаясь по проводящей нервной, слуховой системе, имеют три – пять уровней переключения. Благодаря переключениям в проводящей системе происходит взаимодействие слуховых импульсов, идущих с двух сторон, появляется возможность определения пространственного расположения и движения источника звука. Возникает множественная проекция частот улитки и возможность их анализа, а также возможность дублировать передачу информации в разные отделы слуховой системы.

Нарушения в проводящей нервной, слуховой системе, и корковых центрах слуха также вызывают нарушения слуха нейросенсорного характера, но они не бывают столь тяжелыми по сравнению с нарушениями во внутреннем ухе, и именуются центральными.

Основные физические характеристики звука. Слуховая система человека приспособлена к восприятию звука, также как глаз к восприятию света. Источником звука может быть любое упругое тело, частицы которого колеблются и передают колебательные движения частицам окружающей среды. Таким источником могут быть струны музыкальных инструментов, или голосовые складки гортани у человека, колебания которых передаются в окружающую среду.

Колебательные движения среды распространяются во все стороны в виде ритмического сгущения и разрежения, при этом сами частицы среды не перемещаются по направлению звука, а после сгущения, или разрежения возвращаются в обычное состояние среды. Рис. 40 Ритмические сгущения и разрежения внешней среды под действием звука.

Одинаковые состояния звуковой волны, состояния сгущения или разрежения называют фазами, а расстояние между одинаковыми фазами – длиной волны. Р ис.41 Звуковая волна. Фаза и длина волны имеют значение для обеспечения оптимального слуха. Звуковая волна приходит к овальному окну в фазе сгущения, а к круглому окну в фазе разрежения, благодаря чему вторичная барабанная перепонка в круглом окне имеет возможность прогибаться в сторону барабанной полости.

Высокие звуки имеют небольшую длину волны, и вызывают колебания перилимфы только в области основного завитка улитки, а низкие звуки с большей длиной волны, обеспечивают колебание перилимфы до верхушки улитки.

Различают звуки в виде простых тонов, сложных звуков и шумов.

Простой, чистый тон в природе практически не встречается, чистый тон производит камертон, электроакустическая аппаратура при исследовании слуха. Как всякое колебательное движение, чистый, гармонический тон графически изображается волнообразно, в виде периодически возникающих синусоид с постоянной частотой, амплитудой и ритмом колебаний

При анализе синусоиды чистого тона различают амплитуду, период колебания, и частот у которые являются основными параметрами звуковой волны и обладают способностью изменяться, изменяя звуковую волну.

Амплитуда это размах звуковой волны, расстояние между средним и крайним положением звуковой волны, которая характеризует интенсивность звука, чем больше размах амплитуды, тем интенсивнее звук.

Одно колебательное движение образует период колебания, равномерное чередование которых задает ритм звуковой волны.

Частота колебательных движений в виде сжатия и разрежения за единицу времени определяет высоту звука. Частота звуковых колебаний измеряется за секунду, чем меньше частота звуковых колебаний за секунду, тем ниже звук, тем дальше друг от друга отстоят фазы, и тем большая у них длина волны. Чем больше частота колебаний за секунду, тем звук выше, тем меньше длина волны, тем ближе расположение фаз.

Единица частоты колебаний называется Гц по имени физика Герца. Звуки с частотой колебаний ниже 16 Гц называются инфразвуками, ухо человека их не воспринимает, но они оказывают отрицательное воздействие на психику человека. Звуки с частотой колебания больше 20000 Гц называются ультразвуками, они также не воспринимаются ухом человека, но, поглощаясь и отражаясь костными и мягкими тканями тела человека, они используются для исследования внутренних органов.

Между частотами инфразвука и ультразвука от 16 Гц до 20000 Гц, располагается область слухового восприятия уха человека. По частоте она уступает области восприятия летучей мыши, собаки, насекомых. Летучие мыши издают и воспринимают звуки высотой до 60000 Гц.

Область слухового восприятия человека дает возможность познания окружающей среды, благодаря анализу нервными клетками мозга всего комплекса звуковых характеристик. Это позволяет человеку формировать слуховой образ, развивая мыслительные процессы. Поэтому для развития глухого ребенка важно в первую очередь понятия, обозначающие звуковые явления, такие как звук грома, дождя, ветра, треск веток, звуки музыки, голоса.

Интенсивность звука, которая характеризуется размахом амплитуды, определяется давлением, которое звуковая волна оказывает на среду распространения. За единицу давления звука принят (Па), по имени ученого Паскаля, который соответствует одной миллионной доле атмосферного давления. Это достаточно большая величина, которой трудно манипулировать при исследовании восприятия интенсивности звука человеком, более того, при исследовании слуха важны не абсолютные показатели звукового давления, а относительные, которые получаются путем сравнения интенсивности звука с нулевым уровнем.

За нулевой уровень при исследовании слуха с помощью электроакустической аппаратуры принимают порог слышимости, или наименьшую силу звука, которую воспринимает ухо. В жизни такой порог слышимости можно сопоставить с ощущением шелеста листьев. Все более громкие звуки имеют логарифмическую зависимость от наименьшей силы звука.

За единицу интенсивности звука принята величина, обозначаемая в белах, в честь открывателя телефона Александра Бела. На практике применяется единица в десять раз меньшая, более удобная при исследовании слуха, называемая децибелом.

С помощью децибела оказалось возможным отличить громкость одного звука от другого. Шкала децибел составляет диапазон от 0 до 140 децибел (дБ). Звуки интенсивнее 140 дБ вызывают ощущения непереносимости у человека с нормальным слухом и рассматриваются как состояние дискомфорта. Используя шкалу децибел, можно силу звуков окружающей среды представить в децибелах. Рис.42 Показатели интенсивности звуков в дБ, встречающиеся в жизни. Если сила звука в 10 раз больше нулевого уровня, она составляет 10 дБ. Если возникнет необходимость знать истинный, абсолютный показатель силы звука, то его можно перевести в (Па).

Сложные звуки объединяют простые тоны, но по частоте, амплитуде соответствуют одному самому низкому, простому тону, который называется основным. Остальные тоны, составляющие звук, могут иметь тоны в 2,.3, 4 раза выше основного тона, но быть кратными по отношению к основному тону. Это обертоны - гармоники, придающие звуку тембровую окраску.

Помимо тонов и звуков различают шумы, они характеризуются беспорядочными колебаниями, в которых отсутствует четкая периодичность, а соотношение между тонами и обертонам выражается дробными числами. С помощью шума образуется большинство согласных. Шум негативно действует на слуховую систему, длительное его воздействие может привести к снижению слуха, функциональным изменениям в нервной системе. Шум нашел применение в аудиометрической практике в качестве маскирующего шума, в состав которого входят все частоты, воспринимаемые человеческим ухом. С помощью маскирующего шума заглушают лучше слышащее ухо, для исследования слуха в плохо слышащем ухе.

Рас п ространение звуковой волны в окружающей среде. Звуковая волна имеет постоянную скорость распространения в определенной среде, переходя в другие среды, скорость распространения изменяется в зависимости от физических особенностей среды. В воздухе при 0⁰ скорость звука 333 м/сек, в воздухе комнатной температуры скорость 340 м/сек, а в воде – 1450 м/сек. В слуховой системе человека звуковая волна вначале распространяется в воздушной среде наружного и среднего уха, а во внутреннем ухе вызывает колебания жидкостей различной степени вязкости.

Звуковая волна способна огибать препятствия, что называется дифракцией. Лучше это удается звукам с низкой частотой и большей длиной волны, в пределах 300 Гц. В улитке человека звуки низкой частоты распространяются по спирали до верхушки, где воспринимаются в рецепторном органе, тогда как звуки высокой частоты с малой длиной волны распространяются только до основного завитка улитки, где и воспринимаются в спиральном органе.

Ухо человека способно локализовать в пространстве звучащие объекты, и произвести анализ всего комплекса характеристик звука, что называется пространственным восприятием, и дает возможность звуковой ориентировки. Определение направления звучащего предмета способствует формированию пространственно – временных представлений, что изначально необходимо для развития глухого ребенка.

При встрече твердого препятствия, звуковая волна поглощается им, и, отражаясь, образует эхо. В закрытых помещениях происходит многократное отражение звуковой волны, что называется реверберацией.

Наложение отраженной звуковой волны на первичную звуковую волну называется интерференцией. Усиление или ослабление звуковых волн зависит от плотности поглощающей среды, мягкие поверхности больше поглощают и меньше отражают звуковую волну.

В ушной раковине человека, имеющей в основе эластический хрящ, хорошо сбалансированы процессы поглощения и отражения звуковой волны, что способствует концентрации звуковой волны, и проведению ее к барабанной перепонке.

Звуковая волна обладает удивительной способностью вызывать колебание упругих тел, если частота колебания этого тела совпадает с частотой звуковой волны. В этом случае упругое тело само становится источником звука, или резонатором. Камертон может служить примером резонатора, при включении камертона, амплитуда его звуковой волны быстро становится наибольшей, а затем затухает. Подобной способностью затухания обладает звукопроводящий отдел уха, в частности барабанная перепонка, способная постоянно принимать и проводить звуковые волны, не изменяя их.

Свойства звука.

Субъективно в звуке различают три основных свойства: высоту звука, громкость и продолжительность.

Высота звука является эквивалентом частоты. Диапазон частот, воспринимаемый молодым человеком в возрасте 25 лет составляет около 10 октав музыкальной шкалы, что соответствует диапазону от 16 Гц до 20000 Гц, или 20 к Гц. После 40 лет восприятие высоких частот уменьшается на 80 Гц.

Громкость звука практически соответствует интенсивности звука, но имеет некоторые особенности, связанные с особенностью слухового ощущения нервными клетками мозга человека, с его психофизической оценкой громкости звука. Громкость, как всякое ощущение нарастает и падает слабее, чем интенсивность звука, что связано с распространением звуковой волны в слуховой системе. Так увеличение силы звука на 10 дБ, или в 10 раз, увеличивает громкость только в два раза.

Для стандартизации громкости звука введена единица громкости, которая соответствует громкости тона с частотой 1000 Гц при интенсивности звука 40 дБ над порогом ощущения. В опытах со звуками других частот установлено, что одинаковая громкость звуков разных частот возможна при усилении интенсивности звука.

Громкость звука зависит не только от интенсивности, но и от высоты. Высокие звуки воспринимаются как более громкие по сравнению с низкими звуками при одинаковой их силе. Так восприятие слов со звуками низкой частоты с помощью шепотной речи происходит с расстояния 6 метров, а слов с высокими частотами с расстояния 20 метров. То есть чувствительность слуха различна к разным частотам.

С возрастом изменяется чувствительность к звукам разной частоты. До 40 лет наибольшая чувствительность характерна для звуков в пределах 3000 Гц, а в возрасте от 40 до 60 лет, наибольшее восприятие звуков происходит на частоте 2000 Гц, то есть более высокие звуки воспринимаются человеком с меньшей громкостью.

Восприятие звуков зависит так же от состояния нервной системы, утром, после сна, звуки воспринимаются лучше, чем после нагрузки, имеют значение метеорологические факторы. Повышенная возбудимость нервной системы приводит к тому, что звуки кажутся чрезмерно громкими. Таблица 1 Уровни интенсивности разных звуков в дБ.

Тембр звука придает каждому звуку своеобразный оттенок, характерную окраску, независимо от частоты и интенсивности, что связано с количеством обертонов у каждого тона. Количество обертонов изменяется от формы и величины усилителей звука – резонаторов. У каждого человека свой, неповторимый тембр голоса, что зависит от особенностей строения его резонаторов - полости носа, рта, глотки, костных, заполненных воздухом синусов в полости черепа, и что позволяет нам различать голоса людей по телефону. У каждого музыкального инструмента имеется свой усилитель звука, выполненный в виде полости с отверстием, который называется резонатором, и придает инструменту своеобразное звучание.

Звуки речи

Звуки речи, также как и обычные звуки, представлены в виде тонов, и шумов. Г ласные звуки это тоны, а согласные в виде шума. Каждый гласный звук имеет свои характерные для него частотные характеристики звука или форманты, независимо от того каким по высоте голосом он произносится.

Для гласного звука «у» это низкая форманта в пределах 200 –600 Гц и ее слышат тугоухие и даже глухие, воспринимающие низкую частоту, а звук «и» имеет высокую форманту в пределах 2800 – 4200 Гц, и восприятие ее невозможно для глухих людей, которые эти звуки не воспринимают.

Некоторые звуки, такие как «ы» и «э» имеют дополнительные форманты, расположенные в других частотных зонах. В таблице 2 представлен формантный состав гласных звуков.

Согласные звуки характеризуются наличием периодичности колебаний, так согласные»л», «м», «н» обладают почти правильной периодичностью колебаний. Звонкие согласные «з», «ж» наряду с периодическими колебаниями, соответствующими основному тону, дают непериодические колебания, не гармоничные основному тону.

В состав глухих согласных «п, ш, х» входят только непериодические колебания разной частоты. Для звука «р. «характерны как низко частотные характеристики, в пределах от 20 колебаний в секунду до 200Гц., так и средне частотные звуки до 1500 Гц.

Согласные звуки «с, з, ц «имеют очень высокую форманту от 4200 до 8600 Гц, что значительно затрудняет их восприятие и ухудшает произношение плохо слышащими людьми.