Характеристики слухового ощущения:

Основные понятия биоакустики.

Акустика раздел физики, изучающий закономерности распространения звука в переводе с греческого AXOY (акуо — слышу)

 

Биоакустика Это раздел акустики, изучающий общие закономерности субъективного восприятия и излучения звука живыми существами

 

Разделы акустики (А):

Физическая А – это раздел А, изучающий методы получения и регистрации упругих волн, особенности их распространения в различных средах и взаимодействия с веществом.

Физиологическая А – это раздел А, изучающий взаимодействие упругих волн с биологическими объектами, устройство и работу звукопринимающих и звукообразующих органов у человека и животных

 

Волна Это колебание, распространяющееся в пространстве (в звуковой волне чередуются последовательные фазы повышения давления + дельта p - сжатия и понижения - дельта p давления – разряжения)

 

Звук механические колебания и волны, распространяющиеся в упругой среде (газе, жидкости, твердом теле) с частотой от 16 до 20000 Гц

 

Источник звука Это любое колеблющееся тело, издающее звук Н-р: звучит натянутая и колеблющаяся струна; звучит зажатая одним концом стальная линейка; звучат колеблющиеся голосовые связки

 

Характеристика звуковой волны: Является волной последовательных сжатий и растяжений (т.е. продольной волной) упругой среды (газов, жидкостей, твердых тел), распространяющихся с определенными скоростями

 

скорость звука - расстояния распространения волны за единицу времени. зависит от упругости и плотности среды.

 

Длина волны - расстояние распространения волны за период.

 

Звуковое (акустическое) давление Это добавочное давление среды(над атмосферным), возникающее в участках сжатия звуковой волны

 

Звуковое (акустическое) давление Это добавочное давление среды(над атмосферным), возникающее в участках сжатия звуковой волны

 

Акустическое давление зависит (p): От амплитуды волны – А От скорости волны –? От циклической частоты –? От плотности среды –? p = А??? (Па)

Интенсивность звука - это энергия W переносимая звуковой волной в ед времени t через единицу площади S, расположенную перпендикулярно распространению волны

J=w/ts

 

Затухание звука Интенсивность сферической звуковой волны убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника звука Причины: Поглощение, Рассеяние на неоднородностях среды, Увеличение поверхности волнового фронта с расстоянием

 

Чувствительность человеческого уха различна для разных частот Для того, чтобы вызвать звуковые ощущения, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью (порог слышимости)

 

порог слышимости -наименьшая интенсивность звука воспринимаемая ухом человека, которая вызывает ощущение звука.

Величина ПС соответствует биологическому пределу: При меньшей интенсивности ухом ощущался бы шум, вызванный ударами молекул среды о барабанную перепонку уха. Если интенсивность звука превысит ПБО Это приведет к боли в ушах и, возможно, к их повреждениям.

L - уровень интенсивности - логарифм отношения интенсивности слышимого звука к порогу слышимости

 

Закон Вебера-Фехнера: Прирост уровня интенсивности звука равен логарифму отношения интенсивностей двух сравниваемых звуков Если увеличивать раздражение

в геометрической прогрессии, то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии.

 

Единица измерения уровня интенсивности Бел – единица измерения уровня интенсивности, соответствующая изменению интенсивности звука в 10 раз

 

Вся шкала уровней интенсивностей звука содержит 13 бел, где каждый бел Есть единица шкалы уровней интенсивности звука, соответствующая изменению интенсивности звука в 10 раз

 

Физиология звукопроведения.

Звукопроведение – это процесс доставки звуковой энергии к рецепторному аппарату.

Звуковосприятие – это процесс трансформации механических колебаний в нервный процесс с последующим проведением нервного возбуждения в ЦНС, одна из основных функций слухового анализатора (звукопроведение и звуковосприятие).

 

Анатомическими элементами звукопроводящей системы являются ушная раковина, наружный слуховой проход, барабанная перепонка, цепь слуховых косточек, мышцы барабанной полости, структуры преддверия и улитки (перилимфа, эндолимфа, рейснерова, покровная и базилярная мембраны, волоски чувствительных клеток, вторичная барабанная перепонка (мембрана окна улитки).

 Общая схема системы звукопроведения. Стрелками показано направление звуковой волны: 1 — наружный слуховой проход; 2 — надбарабанное пространство; 3 — наковальня; 4 — стремя; 5 — головка молоточка; 6, 10 — лестница преддверия; 7, 9 — улитковый проток; 8 — улитковая часть преддверно-улиткового нерва; 11 — барабанная лестница; 12 — слуховая труба; 13 — окно улитки, прикрытое вторичной барабанной перепонкой; 14 — окно преддверия, с подножной пластинкой стремени

 

Ушная раковина человека сохранила в редуцированном виде некоторые полезные акустические функции. Так, интенсивность звука на уровне наружного отверстия слухового прохода на 3-5 дБ выше, чем в свободном звуковом поле. Определенную роль ушные раковины играют в реализации функции ототопики ибинаурального слуха. Ушные раковины играют также и защитную роль. Благодаря особой конфигурации и рельефу при обдувании их воздушным потоком образуются разбегающиеся вихревые потоки, препятствующие попаданию в слуховой проход воздуха и пылевых частиц.

 

 

Функциональное значение наружного слухового прохода следует рассматривать в двух аспектах — клинико-физиологическом и физиолого-акустическом.

 Первый определяется тем, что в коже перепончатой части наружного слухового прохода имеются волосяные луковицы, сальные и потовые железы, а также специальные железы, вырабатывающие ушную серу. Указанные образования играют трофическую и защитную роль, препятствуя проникновению в наружный слуховой проход инородных тел, насекомых, пылевых частиц. Ушная сера, как правило, выделяется в небольших количествах и является естественной смазкой для стенок наружного слухового прохода. Будучи в «свежем» состоянии липкой, она способствует прилипанию к стенкам перепончато-хрящевой части наружного слухового прохода пылевых частиц. Высыхая, она во время акта жевания фрагментируется под влиянием движений в височно-нижнечелюстном суставе и вместе со слущивающимися частицами рогового слоя кожного покрова и прилипшими к ней посторонними включениями выделяется наружу. Ушная сера обладает бактерицидным свойством, в результате чего на коже наружного слухового прохода и барабанной перепонке не обнаруживается микроорганизмов. Длина и изогнутость наружного слухового прохода способствуют защите барабанной перепонки от прямого повреждения инородным телом.

Функциональный (физиолого-акустический) аспект характеризуется ролью, которую играет наружный слуховой проход в проведении звука к барабанной перепонке. На этот процесс влияет не диаметр имеющегося или возникающего в результате патологического процесса сужения слухового прохода, а протяженность этого сужения. Так, при длинных узких рубцовых стриктурах потеря слуха на разных частотах может достигать 10-15 дБ.

Барабанная перепонка является приемником-резонатором звуковых колебаний, обладающим свойством резонировать в широком диапазоне частот без существенных энергетических потерь. Колебания барабанной перепонки передаются рукоятке молоточка, далее — наковальне и стремени. Колебания подножной пластинки стремени передаются перилимфе вестибулярной лестницы, что вызывает колебания основной и покровной мембран улитки. Их колебания передаются волосковому аппарату слуховых рецепторных клеток, в которых происходит трансформация механической энергии в нервные импульсы. Колебания перилимфы в вестибулярной лестнице передаются через вершину улитки к перилимфе барабанной лестницы и далее приводят в колебание вторичную барабанную перепонку окна улитки, подвижность которой обеспечивает протекание колебательного процесса в улитке и защищает рецепторные клетки от чрезмерного механического воздействия при громких звуках.

 

Слуховые косточки объединены в сложную рычажную систему, обеспечивающую повышение силы звуковых колебаний, необходимое для преодоления инерции покоя перилимфы и эндолимфы улитки и силы трения перилимфы в протоках улитки. Роль слуховых косточек заключается также и в том, что они путем непосредственной передачи жидким средам улитки энергии звука предотвращают отражение звуковой волны от перилимфы в области вестибулярного окна.

 

Подвижность слуховых косточек обеспечивается тремя суставами, два из которых (наковальне-молоточковый и наковальне-стременной) устроены типичным образом. Третье сочленение (подножная пластинка стремени в окне преддверия) — это лишь сустав по функции, на самом деле это сложно устроенная «заслонка», выполняющая двоякую роль: а) обеспечение подвижности стремени, необходимой для передачи звуковой энергии структурам улитки; б) герметизация ушного лабиринта в области вестибулярного (овального) окна. Элементом, обеспечивающим эти функции, является кольцеваясоединительнотканная связка.

 

Мышцы барабанной полости (мышца, натягивающая барабанную перепонку, и стременная мышца) выполняют двойную функцию — защитную в отношении сильных звуков и адаптационную при необходимости адаптации звукопроводящей системы к слабым звукам. Они иннервируются двигательными и симпатическими нервами, что при некоторых заболеваниях (миастения, рассеянный склероз, различного рода вегетативные нарушения) нередко отражается на состоянии этих мышц и может проявляться не всегда идентифицируемыми нарушениями слуха.

 

Известно, что мышцы барабанной полости рефлекторно сокращаются в ответ на звуковое раздражение. Этот рефлекс исходит из рецепторов улитки. Если воздействовать звуком на одно ухо, то в другом ухе возникает содружественное сокращение мышц барабанной полости. Эта реакция получила названиеакустического рефлекса и используется в некоторых методиках исследования слуха.

Гидродинамические теории

Исследования последнего времени показывают, что под влиянием звуков в лимфе улитки происходят сложные гидродинамические процессы. Это послужило основанием для создания Бекеши и Флетчером гидродинамической гипотезы слуха, которая значительно расширяет резонансную теорию Гельмгольца.

Прямое изучение механических свойств основной мембраны показало, что ей не свойственна высокая механическая избирательность. Звуковые волны различных частот вызывают движения основной мембраны на довольно больших ее участках. Прямые наблюдения с регистрацией колебаний основной мембраны показали, что звуки определенной высоты вызывают на основной мембране «бегущую волну». Гребню этой волны соответствует большее смещение основной мембраны на одном из ее участков, локализация которого зависит от частоты звуковых колебаний. По мере повышения звука прогиб основной мембраны смещается. Наиболее низкие звуки приводят к прогибанию мембраны у верхушки улитки. Основная мембрана смещается на гребне «бегущей волны» и, колеблясь, вызывает деформацию сдвига в волосковых клетках спирального органа над этим участком мембраны.

Позже теорию Гельмгольца дополнил Флетчер. Согласно этой теории, на звуковые волны отвечают не отдельные струны основной перепонки, а пере - и эндолимфа улитки. Пластинка стремечка передает звуковые колебания жидкости улитки к основной перепонке, причем максимум амплитуды этих колебаний при более высоких тонах лежит ближе к основанию улитки, при более низких - ближе к ее вершине. Оканчивающиеся на основной перепонке нервные волокна резонируют лишь на частоты выше 60 - 80 Гц; волокон, воспринимающих более низкие частоты, на основной мембране нет. Тем не менее в сознании формируется ощущение высоты вплоть до 20 Гц. Оно возникает как комбинационный тон высоких гармоний. Таким образом, с точки зрения гипотезы Флетчера, восприятие высоты низких тонов объясняется ощущением всего комплекса гармонических обертонов, а не только восприятием частоты основного тона, как это обычно принималось до сих пор. А так как состав обертонов в значительной степени зависит от силы звуков, то становится понятной тесная связь между тремя субъективными качествами звука - его высотой, громкостью и тембром. Все эти элементы, каждый в отдельности, зависят и от частоты, и от силы, и от состава обертонов звука.

 

Согласно гипотезе Флетчера, резонансные свойства присущи механической системе улитки в целом, а не только волокнам основной мембраны. Под действием определенного тона колеблются не только резонирующие на данную частоту волокна, но вся мембрана и та или иная масса жидкости улитки. Высокие тоны приводят в движение лишь небольшую массу жидкости вблизи основания улитки, низкие - замыкаются ближе к геликотреме. Флетчер преодолевает также основное затруднение резонансной теории, связанное с объяснением большого диапазона громкости. Он считает, что громкость определяется суммарным числом нервных импульсов, приходящих к мозгу от всех возбужденных нервных волокон основной мембраны.

Теория Флетчера в общем не отрицает существа теории Г. Гельмгольца и может быть отнесена к теориям "периферического анализатора".

Телефонная теория

В 1886 г. британский физик Э. Резерфорд выдвинул теорию, которой он пытался объяснить принципы кодирования высоты и интенсивности звука. Его теория содержала два утверждения. Во-первых, по его мнению, звуковая волна заставляет вибрировать всю барабанную перепонку (мембрану), и частота вибраций соответствует частоте звука. Во-вторых, частота вибраций мембраны задает частоту нервных импульсов, передаваемых по слуховому нерву. Так, тон частотой 1000 герц заставляет мембрану вибрировать 1000 раз в секунду, в результате чего волокна слухового нерва разряжаются с частотой 1000 импульсов в секунду, а мозг интерпретирует это как определенную высоту. Поскольку в данной теории предполагалось, что высота зависит от изменений звука во времени, ее назвали временной теорией (в некоторых литературных источниках ее также называют частотной теорией).

 

Оказалось, что гипотеза Резерфорда не в состоянии объяснить все феномены слуховых ощущений. Например, было обнаружено, что нервные волокна могут передавать не более 1000 импульсов в секунду, и тогда неясно, как человек воспринимает высоту тона с частотой более 1000 герц.

 

Теория стоячих волн

К этой группе теорий принадлежит теория И. Эвальда, согласно которой при действии звука в улитке образуются стоячие волны с длиной, определяемой частотой звука. Высота тона определяется восприятием формы узора стоячих волн. Ощущению определенного тона соответствует возбуждение одной части нервных волокон; ощущению другого тона - возбуждение другой части. Анализ звуков происходит не в улитке, но в центрах головного мозга. Эвальду удалось построить модель основной мембраны, размером приблизительно соответствующей реальной. При возбуждении ее звуком в колебательное движение приходит вся перепонка; возникает "звуковая картина" в виде стоячих волн с длиной тем меньшей, чем выше звук. Несмотря на удачные объяснения некоторых затруднительных частностей, теория Эвальда (как и другие теории "центрального анализатора") плохо согласуется с новейшими физиологическими исследованиями природы нервных импульсов. С. Н. Ржевкин считает, однако, возможной двойственную точку зрения, а именно объяснение восприятия высоких тонов (не встречающее затруднений) в смысле теории "периферического анализатора", а низких - с точки зрения "центрального анализатора".

Основные понятия биоакустики.

Акустика раздел физики, изучающий закономерности распространения звука в переводе с греческого AXOY (акуо — слышу)

 

Биоакустика Это раздел акустики, изучающий общие закономерности субъективного восприятия и излучения звука живыми существами

 

Разделы акустики (А):

Физическая А – это раздел А, изучающий методы получения и регистрации упругих волн, особенности их распространения в различных средах и взаимодействия с веществом.

Физиологическая А – это раздел А, изучающий взаимодействие упругих волн с биологическими объектами, устройство и работу звукопринимающих и звукообразующих органов у человека и животных

 

Волна Это колебание, распространяющееся в пространстве (в звуковой волне чередуются последовательные фазы повышения давления + дельта p - сжатия и понижения - дельта p давления – разряжения)

 

Звук механические колебания и волны, распространяющиеся в упругой среде (газе, жидкости, твердом теле) с частотой от 16 до 20000 Гц

 

Источник звука Это любое колеблющееся тело, издающее звук Н-р: звучит натянутая и колеблющаяся струна; звучит зажатая одним концом стальная линейка; звучат колеблющиеся голосовые связки

 

Характеристика звуковой волны: Является волной последовательных сжатий и растяжений (т.е. продольной волной) упругой среды (газов, жидкостей, твердых тел), распространяющихся с определенными скоростями

 

скорость звука - расстояния распространения волны за единицу времени. зависит от упругости и плотности среды.

 

Длина волны - расстояние распространения волны за период.

 

Звуковое (акустическое) давление Это добавочное давление среды(над атмосферным), возникающее в участках сжатия звуковой волны

 

Звуковое (акустическое) давление Это добавочное давление среды(над атмосферным), возникающее в участках сжатия звуковой волны

 

Акустическое давление зависит (p): От амплитуды волны – А От скорости волны –? От циклической частоты –? От плотности среды –? p = А??? (Па)

Интенсивность звука - это энергия W переносимая звуковой волной в ед времени t через единицу площади S, расположенную перпендикулярно распространению волны

J=w/ts

 

Затухание звука Интенсивность сферической звуковой волны убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника звука Причины: Поглощение, Рассеяние на неоднородностях среды, Увеличение поверхности волнового фронта с расстоянием

 

Чувствительность человеческого уха различна для разных частот Для того, чтобы вызвать звуковые ощущения, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью (порог слышимости)

 

порог слышимости -наименьшая интенсивность звука воспринимаемая ухом человека, которая вызывает ощущение звука.

Величина ПС соответствует биологическому пределу: При меньшей интенсивности ухом ощущался бы шум, вызванный ударами молекул среды о барабанную перепонку уха. Если интенсивность звука превысит ПБО Это приведет к боли в ушах и, возможно, к их повреждениям.

L - уровень интенсивности - логарифм отношения интенсивности слышимого звука к порогу слышимости

 

Закон Вебера-Фехнера: Прирост уровня интенсивности звука равен логарифму отношения интенсивностей двух сравниваемых звуков Если увеличивать раздражение

в геометрической прогрессии, то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии.

 

Единица измерения уровня интенсивности Бел – единица измерения уровня интенсивности, соответствующая изменению интенсивности звука в 10 раз

 

Вся шкала уровней интенсивностей звука содержит 13 бел, где каждый бел Есть единица шкалы уровней интенсивности звука, соответствующая изменению интенсивности звука в 10 раз

 

Характеристики слухового ощущения:

1.Высота звука – это субъективная характеристика звука, обусловленная главным образом частотой Чем больше частота, тем выше звук Н-р: мычанию быка соответствует 50 Гц, а более высокому – комариному писку 10000 Гц

2. тембр Это окраска звука, т.е. такое его качество, которое позволяет отличить звуки одних источников от других Тембр обусловлен различием в наборе частот и их относительной интенсивности (акустическим спектром) Н-р: легко отличить звук рояля от звука скрипки даже при их одинаковой высоте. Основная частота сложного звука Это самая низкая (малая) его частота Соответствующий ей звук определенной высоты – основной тон Обертоны – это все остальные тоны

3. Громкость звука Это субъективная характеристика звука, характеризующая уровень слухового ощущения Зависит: от амплитуды колебаний (чем больше амплитуда, тем громче звук)

 

Физиология звукопроведения.

Звукопроведение – это процесс доставки звуковой энергии к рецепторному аппарату.

Звуковосприятие – это процесс трансформации механических колебаний в нервный процесс с последующим проведением нервного возбуждения в ЦНС, одна из основных функций слухового анализатора (звукопроведение и звуковосприятие).

 

Анатомическими элементами звукопроводящей системы являются ушная раковина, наружный слуховой проход, барабанная перепонка, цепь слуховых косточек, мышцы барабанной полости, структуры преддверия и улитки (перилимфа, эндолимфа, рейснерова, покровная и базилярная мембраны, волоски чувствительных клеток, вторичная барабанная перепонка (мембрана окна улитки).

 Общая схема системы звукопроведения. Стрелками показано направление звуковой волны: 1 — наружный слуховой проход; 2 — надбарабанное пространство; 3 — наковальня; 4 — стремя; 5 — головка молоточка; 6, 10 — лестница преддверия; 7, 9 — улитковый проток; 8 — улитковая часть преддверно-улиткового нерва; 11 — барабанная лестница; 12 — слуховая труба; 13 — окно улитки, прикрытое вторичной барабанной перепонкой; 14 — окно преддверия, с подножной пластинкой стремени

 

Ушная раковина человека сохранила в редуцированном виде некоторые полезные акустические функции. Так, интенсивность звука на уровне наружного отверстия слухового прохода на 3-5 дБ выше, чем в свободном звуковом поле. Определенную роль ушные раковины играют в реализации функции ототопики ибинаурального слуха. Ушные раковины играют также и защитную роль. Благодаря особой конфигурации и рельефу при обдувании их воздушным потоком образуются разбегающиеся вихревые потоки, препятствующие попаданию в слуховой проход воздуха и пылевых частиц.

 

 

Функциональное значение наружного слухового прохода следует рассматривать в двух аспектах — клинико-физиологическом и физиолого-акустическом.

 Первый определяется тем, что в коже перепончатой части наружного слухового прохода имеются волосяные луковицы, сальные и потовые железы, а также специальные железы, вырабатывающие ушную серу. Указанные образования играют трофическую и защитную роль, препятствуя проникновению в наружный слуховой проход инородных тел, насекомых, пылевых частиц. Ушная сера, как правило, выделяется в небольших количествах и является естественной смазкой для стенок наружного слухового прохода. Будучи в «свежем» состоянии липкой, она способствует прилипанию к стенкам перепончато-хрящевой части наружного слухового прохода пылевых частиц. Высыхая, она во время акта жевания фрагментируется под влиянием движений в височно-нижнечелюстном суставе и вместе со слущивающимися частицами рогового слоя кожного покрова и прилипшими к ней посторонними включениями выделяется наружу. Ушная сера обладает бактерицидным свойством, в результате чего на коже наружного слухового прохода и барабанной перепонке не обнаруживается микроорганизмов. Длина и изогнутость наружного слухового прохода способствуют защите барабанной перепонки от прямого повреждения инородным телом.

Функциональный (физиолого-акустический) аспект характеризуется ролью, которую играет наружный слуховой проход в проведении звука к барабанной перепонке. На этот процесс влияет не диаметр имеющегося или возникающего в результате патологического процесса сужения слухового прохода, а протяженность этого сужения. Так, при длинных узких рубцовых стриктурах потеря слуха на разных частотах может достигать 10-15 дБ.

Барабанная перепонка является приемником-резонатором звуковых колебаний, обладающим свойством резонировать в широком диапазоне частот без существенных энергетических потерь. Колебания барабанной перепонки передаются рукоятке молоточка, далее — наковальне и стремени. Колебания подножной пластинки стремени передаются перилимфе вестибулярной лестницы, что вызывает колебания основной и покровной мембран улитки. Их колебания передаются волосковому аппарату слуховых рецепторных клеток, в которых происходит трансформация механической энергии в нервные импульсы. Колебания перилимфы в вестибулярной лестнице передаются через вершину улитки к перилимфе барабанной лестницы и далее приводят в колебание вторичную барабанную перепонку окна улитки, подвижность которой обеспечивает протекание колебательного процесса в улитке и защищает рецепторные клетки от чрезмерного механического воздействия при громких звуках.

 

Слуховые косточки объединены в сложную рычажную систему, обеспечивающую повышение силы звуковых колебаний, необходимое для преодоления инерции покоя перилимфы и эндолимфы улитки и силы трения перилимфы в протоках улитки. Роль слуховых косточек заключается также и в том, что они путем непосредственной передачи жидким средам улитки энергии звука предотвращают отражение звуковой волны от перилимфы в области вестибулярного окна.

 

Подвижность слуховых косточек обеспечивается тремя суставами, два из которых (наковальне-молоточковый и наковальне-стременной) устроены типичным образом. Третье сочленение (подножная пластинка стремени в окне преддверия) — это лишь сустав по функции, на самом деле это сложно устроенная «заслонка», выполняющая двоякую роль: а) обеспечение подвижности стремени, необходимой для передачи звуковой энергии структурам улитки; б) герметизация ушного лабиринта в области вестибулярного (овального) окна. Элементом, обеспечивающим эти функции, является кольцеваясоединительнотканная связка.

 

Мышцы барабанной полости (мышца, натягивающая барабанную перепонку, и стременная мышца) выполняют двойную функцию — защитную в отношении сильных звуков и адаптационную при необходимости адаптации звукопроводящей системы к слабым звукам. Они иннервируются двигательными и симпатическими нервами, что при некоторых заболеваниях (миастения, рассеянный склероз, различного рода вегетативные нарушения) нередко отражается на состоянии этих мышц и может проявляться не всегда идентифицируемыми нарушениями слуха.

 

Известно, что мышцы барабанной полости рефлекторно сокращаются в ответ на звуковое раздражение. Этот рефлекс исходит из рецепторов улитки. Если воздействовать звуком на одно ухо, то в другом ухе возникает содружественное сокращение мышц барабанной полости. Эта реакция получила названиеакустического рефлекса и используется в некоторых методиках исследования слуха.