W naszej orientacji w otaczającym nas świecie słuch odgrywa tę samą rolę co wzrok. Ucho pozwala nam komunikować się między sobą za pomocą dźwięków; ma szczególną wrażliwość na częstotliwości dźwiękowe mowy. Za pomocą ucha człowiek odbiera różne wibracje dźwiękowe w powietrzu. Wibracje pochodzące od przedmiotu (źródła dźwięku) przenoszone są przez powietrze, które pełni rolę przekaźnika dźwięku i wychwytywane przez ucho. Ludzkie ucho odbiera wibracje powietrza o częstotliwości od 16 do 20 000 Hz. Wibracje o wyższej częstotliwości są uważane za ultradźwiękowe, ale ludzkie ucho ich nie odbiera. Z wiekiem zdolność rozróżniania tonów wysokich maleje. Możliwość wychwytywania dźwięku obydwoma uszami pozwala określić, gdzie on się znajduje. W uchu wibracje powietrza przekształcają się w impulsy elektryczne, które mózg odbiera jako dźwięk.
W uchu znajduje się również narząd wyczuwający ruch i położenie ciała w przestrzeni - aparat przedsionkowy . System przedsionkowy gra duża rola w orientacji przestrzennej człowieka, analizuje i przekazuje informacje o przyspieszeniach i opóźnieniach ruchu prostoliniowego i ruch obrotowy, a także przy zmianie położenia głowy w przestrzeni.
Struktura ucha
Na podstawie struktura zewnętrzna ucho jest podzielone na trzy części. Pierwsze dwie części ucha, zewnętrzna (zewnętrzna) i środkowa, przewodzą dźwięk. Trzecia część - Ucho wewnętrzne- zawiera komórki słuchowe, mechanizmy postrzegania wszystkich trzech cech dźwięku: wysokości, siły i barwy.
Ucho zewnętrzne- nazywa się wystającą część ucha zewnętrznego małżowina uszna, jego podstawę stanowi półsztywna tkanka podporowa - chrząstka. Powierzchnia przednia małżowina uszna ma złożoną strukturę i zmienny kształt. Składa się z chrząstki i tkanka włóknista, z wyjątkiem dolnej części - płatka (płatka ucha) utworzonego przez tkankę tłuszczową. U podstawy małżowiny usznej znajdują się mięśnie przednie, górne i tylne, których ruchy są ograniczone.
Oprócz funkcji akustycznej (zbierania dźwięku) małżowina uszna pełni rolę ochronną, chroniąc kanał słuchowy prowadzący do błony bębenkowej przed Szkodliwe efekty środowisko(wnikanie wody, pyłu, silne przepływ powietrza). Zarówno kształt, jak i wielkość uszu są kwestią indywidualną. Długość małżowiny usznej u mężczyzn wynosi 50–82 mm, a szerokość 32–52 mm u kobiet rozmiary są nieco mniejsze. Mały obszar małżowiny usznej reprezentuje całą wrażliwość ciała i narządy wewnętrzne. Dlatego może być stosowany do pozyskiwania biologicznego ważna informacja o stanie dowolnego narządu. Małżowina uszna skupia wibracje dźwiękowe i kieruje je do zewnętrznego otworu słuchowego.
Zewnętrzny kanał słuchowy służy do przenoszenia drgań dźwiękowych powietrza z małżowiny usznej do błony bębenkowej. Kanał słuchowy zewnętrzny ma długość od 2 do 5 cm. zewnętrzna trzecia wykształcony tkanka chrzęstna, a wewnętrzne 2/3 to kość. Kanał słuchowy zewnętrzny jest wygięty w kierunku górno-tylnym i łatwo się prostuje, gdy małżowina jest pociągana do góry i do tyłu. W skórze kanału słuchowego znajdują się specjalne gruczoły wydzielające wydzielinę. żółtawy kolor (woskowina), którego funkcją jest ochrona skóry przed infekcja bakteryjna i ciała obce (owady).
Kanał słuchowy zewnętrzny jest oddzielony od ucha środkowego błoną bębenkową, która jest zawsze cofnięta do wewnątrz. Jest to cienka płytka tkanki łącznej pokryta na zewnątrz nabłonek warstwowy, a od wewnątrz - błona śluzowa. Kanał słuchowy zewnętrzny służy do przekazywania drgań dźwiękowych do błony bębenkowej, która oddziela ucho zewnętrzne od jamy bębenkowej (ucha środkowego).
Ucho środkowe lub jama bębenkowa to mała wypełniona powietrzem komora znajdująca się w piramidzie kość skroniowa i jest oddzielony od przewodu słuchowego zewnętrznego błoną bębenkową. Jama ta ma ściany kostne i błoniaste (błona bębenkowa).
Bębenek to niskoprzepuszczalna membrana o grubości 0,1 mikrona, utkana z włókien biegnących w różnych kierunkach i nierównomiernie rozciąganych różne obszary. Dzięki tej budowie błona bębenkowa nie ma własnego okresu oscylacji, co prowadziłoby do wzmocnienia sygnałów dźwiękowych zgodnych z częstotliwością jej własnych oscylacji. Zaczyna wibrować pod wpływem wibracji dźwiękowych przechodzących przez zewnętrzny kanał słuchowy. Przez dziurę dalej Tylna ściana Błona bębenkowa łączy się z jamą sutkowatą.
Otwór trąbki słuchowej (Eustachiusza) znajduje się w przedniej ścianie jamy bębenkowej i prowadzi do nosowej części gardła. A tym samym powietrze atmosferyczne może przedostać się do jamy bębenkowej. Normalna dziura trąbka Eustachiusza Zamknięte. Otwiera się w trakcie ruchy połykania lub ziewanie, pomagając wyrównać ciśnienie powietrza na błonie bębenkowej od strony jamy ucha środkowego i otworu słuchowego zewnętrznego, chroniąc w ten sposób ją przed pęknięciami prowadzącymi do uszkodzenia słuchu.
W jamie bębenkowej leżą kosteczki słuchowe. Są bardzo małe i są połączone w łańcuch, który rozciąga się od bębenek do wewnętrznej ściany jamy bębenkowej.
Najbardziej zewnętrzna kość to młotek- jego rączka jest połączona z błoną bębenkową. Głowa młoteczka jest połączona z kowadełkiem, które łączy się ruchomo z głową strzemiona.
Kosteczki słuchowe otrzymały takie nazwy ze względu na swój kształt. Kości pokryte są błoną śluzową. Dwa mięśnie regulują ruch kości. Połączenie kości jest takie, że zwiększa ciśnienie fal dźwiękowych na membranę owalne okno 22 razy, co pozwala słabym falom dźwiękowym na przemieszczanie cieczy ślimak.
Ucho wewnętrzne zamknięty w kości skroniowej i jest systemem jam i kanałów zlokalizowanych w kości skroniowej substancja kostna część skalista kości skroniowej. Razem tworzą kostny labirynt, wewnątrz którego się znajduje błoniasty labirynt. Labirynt kości reprezentuje ubytki kostne różne kształty i składa się z przedsionka, trzech kanałów półkolistych i ślimaka. Labirynt błonowy zawiera skomplikowany system cienkie błoniaste formacje zlokalizowane w labiryncie kostnym.
Wszystkie jamy ucha wewnętrznego są wypełnione płynem. Wewnątrz błoniastego błędnika znajduje się endolimfa, a płyn wypłukujący błoniasty błędnik na zewnątrz to perilimfa i ma skład podobny do płynu mózgowo-rdzeniowego. Endolimfa różni się od perylimfy (zawiera więcej jonów potasu, a mniej jonów sodu) - przenosi ładunek dodatni w stosunku do perylimfy.
Preludium- środkowa część labiryntu kostnego, która komunikuje się ze wszystkimi jego częściami. Z tyłu przedsionka znajdują się trzy kostne kanały półkoliste: górny, tylny i boczny. Kanał półkolisty boczny leży poziomo, dwa pozostałe są do niego ustawione pod kątem prostym. Każdy kanał ma rozwiniętą część - ampułkę. Zawiera błoniastą brodawkę wypełnioną endolimfą. Kiedy endolimfa porusza się podczas zmiany położenia głowy w przestrzeni, ulega podrażnieniu zakończenia nerwowe. Wzbudzenie przekazywane jest wzdłuż włókien nerwowych do mózgu.
Ślimak to spiralna rurka, która tworzy dwa i pół obrotu wokół stożkowego pręta kostnego. Jest to centralna część narządu słuchu. Wewnątrz kanał kostny w ślimaku znajduje się błoniasty błędnik, czyli przewód ślimakowy, do którego dochodzą zakończenia części ósmej ślimakowej nerw czaszkowy Wibracje perilimfy przekazywane są do endolimfy przewodu ślimakowego i aktywują zakończenia nerwowe części słuchowej ósmego nerwu czaszkowego.
Nerw przedsionkowo-ślimakowy składa się z dwóch części. Część przedsionkowa przewodzi impulsy nerwowe z przedsionka i kanałów półkolistych do jąder przedsionkowych mostu i rdzeń przedłużony i dalej - do móżdżku. Część ślimakowa przekazuje informacje wzdłuż włókien biegnących od narządu spiralnego (korowego) do jąder słuchowych tułowia, a następnie – poprzez serię przełączeń w ośrodkach podkorowych – do kory górna część płat skroniowy półkule mózgowe.
Mechanizm percepcji wibracji dźwiękowych
Dźwięki powstają na skutek wibracji powietrza i są wzmacniane w małżowinie usznej. Fala dźwiękowa jest następnie prowadzona wzdłuż zewnętrznej strony kanał uszny do błony bębenkowej, powodując jej wibracje. Wibracje błony bębenkowej przenoszone są na łańcuch kosteczki słuchowe: młotek, kowadełko i strzemię. Podstawa strzemiączka jest przymocowana do okna przedsionka za pomocą elastycznego więzadła, dzięki czemu wibracje przenoszone są na perilimfę. Z kolei poprzez błoniastą ścianę przewodu ślimakowego drgania te przechodzą do endolimfy, której ruch powoduje podrażnienie komórek receptorowych organ spiralny. Powstały impuls nerwowy podąża włóknami części ślimakowej nerwu przedsionkowo-ślimakowego do mózgu.
Tłumaczenie dźwięków odbieranych przez narząd słuchu jako przyjemne i dyskomfort odbywa się w mózgu. Nieregularne fale dźwiękowe powodują wrażenie hałasu, podczas gdy regularne, rytmiczne fale są postrzegane jako dźwięki muzyczne. Dźwięki rozchodzą się z prędkością 343 km/s w temperaturze powietrza 15–16°С.
Osoba odbiera dźwięk przez ucho (ryc.).
Na zewnątrz znajduje się zlew ucho zewnętrzne , przechodząc do kanału słuchowego o średnicy D 1 = 5 mm i długość 3 cm.
Dalej znajduje się błona bębenkowa, która wibruje pod wpływem fali dźwiękowej (rezonuje). Błona jest przymocowana do kości ucho środkowe , przenosząc wibracje na inną membranę i dalej do ucha wewnętrznego.
Ucho wewnętrzne wygląda jak skręcona rurka („ślimak”) z płynem. Średnica tej rurki D 2 = 0,2 mm długość 3 – 4 cm długi.
Ponieważ wibracje powietrza w fali dźwiękowej są słabe, aby bezpośrednio wzbudzić płyn w ślimaku, układ ucha środkowego i wewnętrznego wraz z ich membranami pełni rolę wzmacniacza hydraulicznego. Powierzchnia błony bębenkowej ucha wewnętrznego jest mniejsza niż powierzchnia błony bębenkowej ucha środkowego. Ciśnienie wywierane przez dźwięk na błony bębenkowe jest odwrotnie proporcjonalne do powierzchni:
.
Dlatego nacisk na ucho wewnętrzne znacznie wzrasta:
.
W uchu wewnętrznym na całej długości rozciągnięta jest kolejna błona (podłużna), twarda na początku ucha i miękka na końcu. Każda sekcja tej podłużnej membrany może wibrować z własną częstotliwością. W części twardej wzbudzane są oscylacje o wysokiej częstotliwości, a w części miękkiej oscylacje o niskiej częstotliwości. Wzdłuż tej błony przebiega nerw przedsionkowo-ślimakowy, który wyczuwa wibracje i przekazuje je do mózgu.
Najniższa częstotliwość drgań źródła dźwięku 16-20 Hz jest odbierany przez ucho jako dźwięk o niskim basie. Region najwyższa czułość słuchu przechwytuje część podzakresów średnich częstotliwości i część podzakresów wysokich częstotliwości i odpowiada zakresowi częstotliwości od 500 Hz zanim 4-5 kHz . Ludzki głos i dźwięki wytwarzane przez większość ważnych dla nas procesów zachodzących w przyrodzie mają częstotliwość w tym samym przedziale. W tym przypadku dźwięki o częstotliwościach od 2 kHz zanim 5 kHz słyszalny przez ucho jako dźwięk dzwonienia lub gwizdania. Innymi słowy, najważniejsze informacje są przesyłane przy częstotliwościach audio do ok 4-5 kHz.
Podświadomie dzielimy dźwięki na „pozytywne”, „negatywne” i „neutralne”.
Do dźwięków negatywnych zaliczają się dźwięki, które wcześniej były nieznane, dziwne i niewytłumaczalne. Powodują strach i niepokój. Należą do nich również dźwięki o niskiej częstotliwości, na przykład niskie uderzenie bębna lub wycie wilka, ponieważ budzą strach. Ponadto strach i przerażenie budzą niesłyszalne dźwięki o niskiej częstotliwości (infradźwięki). Przykłady:
W latach 30. XX wieku w jednym z londyńskich teatrów wykorzystano ogromną piszczałkę organową jako efekt sceniczny. Infradźwięki tej fajki wprawiły cały budynek w drżenie, a w ludziach zapanował strach.
Pracownicy National Physics Laboratory w Anglii przeprowadzili eksperyment, dodając ultraniskie (infradźwiękowe) częstotliwości do brzmienia konwencjonalnych instrumentów akustycznych muzyki klasycznej. Słuchacze odczuli spadek nastroju i uczucie strachu.
Na Wydziale Akustyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego przeprowadzono badania nad wpływem muzyki rockowej i popowej Ludzkie ciało. Okazało się, że częstotliwość głównego rytmu utworu „Deep People” powoduje niekontrolowane podniecenie, utratę kontroli nad sobą, agresywność wobec innych lub negatywne emocje wobec siebie. Piosenka „The Beatles”, na pierwszy rzut oka eufoniczna, okazała się szkodliwa, a nawet niebezpieczna, ponieważ ma podstawowy rytm około 6,4 Hz. Ta częstotliwość rezonuje z częstotliwościami klatka piersiowa, jamy brzusznej i jest zbliżona do częstotliwości naturalnej mózgu (7 Hz). Dlatego podczas słuchania tej kompozycji tkanki brzucha i klatki piersiowej zaczynają boleć i stopniowo zapadać się.
Infradźwięki powodują wibracje w organizmie człowieka różne systemy zwłaszcza układu krążenia. Ma to niekorzystne skutki i może prowadzić np. do nadciśnienia. Oscylacje o częstotliwości 12 Hz mogą, jeśli ich intensywność przekroczy próg krytyczny, spowodować śmierć organizmy wyższe, w tym ludzie. Ta i inne częstotliwości infradźwiękowe są obecne w hałas produkcyjny, hałas drogowy i inne źródła.
Komentarz: U zwierząt rezonans częstotliwości muzycznych i częstotliwości naturalnych może prowadzić do zaburzenia funkcji mózgu. Kiedy brzmi „metal rock”, krowy przestają dawać mleko, ale świnie wręcz przeciwnie, uwielbiają metal rock.
Dźwięki strumienia, przypływu morza czy śpiewu ptaków są pozytywne; wywołują spokój.
Poza tym rock nie zawsze jest zły. Na przykład muzyka country grana na banjo pomaga w powrocie do zdrowia, choć już na samym początku choroby źle wpływa na zdrowie.
Pozytywne dźwięki obejmują klasyczne melodie. Na przykład amerykańscy naukowcy umieszczali wcześniaki w pudełkach, aby słuchać muzyki Bacha i Mozarta, a dzieci szybko wracały do zdrowia i przybierały na wadze.
Dzwonienie ma korzystny wpływ na zdrowie człowieka.
Każdy efekt dźwiękowy jest wzmocniony w półmroku i ciemności, ponieważ zmniejsza się proporcja informacji otrzymywanych za pomocą wzroku
Pochłanianie dźwięku w powietrzu i otaczających powierzchniach
Pochłanianie dźwięku w powietrzu
W każdym momencie w dowolnym punkcie pomieszczenia natężenie dźwięku jest równe sumie natężenia dźwięku bezpośredniego pochodzącego bezpośrednio ze źródła i natężenia dźwięku odbitego od otaczających powierzchni pomieszczenia:
Kiedy dźwięk rozchodzi się w powietrzu atmosferycznym i jakimkolwiek innym ośrodku, następuje utrata natężenia. Straty te wynikają z absorpcji energii dźwiękowej w powietrzu i otaczających powierzchniach. Rozważmy zastosowanie pochłaniania dźwięku teoria fal .
Wchłanianie dźwięk to zjawisko nieodwracalnej przemiany energii fali dźwiękowej w inny rodzaj energii, przede wszystkim w energię ruchu termicznego cząstek ośrodka. Pochłanianie dźwięku następuje zarówno w powietrzu, jak i wtedy, gdy dźwięk odbija się od otaczających powierzchni.
Pochłanianie dźwięku w powietrzu towarzyszy spadek ciśnienia akustycznego. Pozwól, aby dźwięk płynął wzdłuż kierunku R ze źródła. Następnie w zależności od odległości R w stosunku do źródła dźwięku amplituda ciśnienia akustycznego maleje zgodnie z: prawo wykładnicze :
,
(63)
Gdzie P 0 – początkowe ciśnienie akustyczne przy R = 0
,
– współczynnik absorpcji dźwięk. Wzór (63) wyraża prawo pochłaniania dźwięku .
Znaczenie fizyczne współczynnik jest to, że współczynnik pochłaniania jest liczbowo równy odwrotności odległości, o jaką maleje ciśnienie akustyczne mi = 2,71 raz:
Jednostka SI:
.
Ponieważ siła dźwięku (intensywność) jest proporcjonalna do kwadratu ciśnienia akustycznego, to jest taka sama prawo pochłaniania dźwięku można zapisać jako:
,
(63*)
Gdzie I 0 – siła (natężenie) dźwięku w pobliżu źródła dźwięku, tj. przy R = 0 :
.
Wykresy zależności P dźwięk (R) I I(R) są przedstawione na ryc. 16.
Z wzoru (63*) wynika, że dla poziomu natężenia dźwięku obowiązuje równanie:
.
.
(64)
Dlatego jednostką współczynnika absorpcji w SI jest: neper na metr
,
Ponadto można to obliczyć w bela na metr (b/m) Lub decybeli na metr (dB/m).
Komentarz: Można scharakteryzować pochłanianie dźwięku współczynnik straty , co jest równe
,
(65)
Gdzie – długość fali dźwięku, produkt – l ogarytmiczny współczynnik tłumienia dźwięk. Wartość równa odwrotności współczynnika strat
,
zwany współczynnik jakości .
Nie ma jeszcze pełnej teorii pochłaniania dźwięku w powietrzu (atmosferze). Liczne szacunki empiryczne podają różne wartości współczynnika absorpcji.
Pierwsza (klasyczna) teoria pochłaniania dźwięku została stworzona przez Stokesa i opiera się na uwzględnieniu wpływu lepkości (tarcia wewnętrznego pomiędzy warstwami ośrodka) i przewodności cieplnej (wyrównanie temperatur pomiędzy warstwami ośrodka). Uproszczony Formuła Stokesa ma postać:
,
(66)
Gdzie – lepkość powietrza, – Współczynnik Poissona, 0 – gęstość powietrza w temperaturze 0 0 C, – prędkość dźwięku w powietrzu. W normalnych warunkach wzór ten będzie miał postać:
.
(66*)
Jednakże wzór Stokesa (63) lub (63*) obowiązuje tylko dla jednoatomowy gazy, których atomy mają trzy translacyjne stopnie swobody, tj. kiedy =1,67 .
Dla gazy o cząsteczkach 2, 3 lub wieloatomowych oznaczający znacznie więcej, ponieważ dźwięk wzbudza rotacyjne i wibracyjne stopnie swobody cząsteczek. W przypadku takich gazów (w tym powietrza) wzór jest dokładniejszy
,
(67)
Gdzie T N = 273,15 tys. – temperatura bezwzględna topnienia lodu (punkt potrójny), P N = 1,013 . 10 5 Tata – normalne ciśnienie atmosferyczne, T I P– rzeczywista (mierzona) temperatura i ciśnienie atmosferyczne, =1,33 dla gazów dwuatomowych, =1,33 dla gazów trój- i wieloatomowych.
Pochłanianie dźwięku przez otaczające powierzchnie
Pochłanianie dźwięku przez otaczające powierzchnie występuje, gdy dźwięk odbija się od nich. W tym przypadku część energii fali dźwiękowej zostaje odbita i powoduje pojawienie się stojących fal dźwiękowych, a pozostała część energii zostaje zamieniona na energię ruchu termicznego cząstek przeszkody. Procesy te charakteryzują się współczynnikiem odbicia i współczynnikiem absorpcji otaczającej struktury.
Współczynnik odbicia dźwięk wydobywający się z przeszkody bezwymiarowa wielkość równa stosunkowi części energii faliW negatywny , odbitego od przeszkody, na całą energię faliW Podkładka upadek na przeszkodę
.
Pochłanianie dźwięku przez przeszkodę charakteryzuje się współczynnik absorpcji – bezwymiarowa wielkość równa stosunkowi części energii faliW absorbujący pochłonięty przez przeszkodę(i przekształcona w energię wewnętrzną substancji barierowej), do całej energii falW Podkładka upadek na przeszkodę
.
Średni współczynnik absorpcji dźwięk docierający do wszystkich otaczających powierzchni jest równy
,
,
(68*)
Gdzie I – współczynnik pochłaniania dźwięku przez materiał I przeszkoda, S i – obszar I przeszkody, S– całkowita powierzchnia przeszkód, N- liczba różnych przeszkód.
Z tego wyrażenia możemy wywnioskować, że średni współczynnik absorpcji odpowiada pojedynczemu materiałowi, który mógłby pokryć wszystkie powierzchnie przegród pomieszczenia, zachowując przy tym całkowite pochłanianie dźwięku (A ), równy
.
(69)
Fizyczne znaczenie całkowitego pochłaniania dźwięku (A): jest liczbowo równy współczynnikowi pochłaniania dźwięku otwartego otworu o powierzchni 1 m2.
.
Jednostka miary pochłaniania dźwięku nazywa się Sabin:
.
Podczas przenoszenia wibracji przez powietrze i do 220 kHz podczas przesyłania dźwięku przez kości czaszki. Fale te mają ważne znaczenie znaczenie biologiczne Na przykład fale dźwiękowe w zakresie 300-4000 Hz odpowiadają głosowi ludzkiemu. Dźwięki powyżej 20 000 Hz mają niewiele Praktyczne znaczenie, ponieważ szybko zwalniają; wibracje poniżej 60 Hz są odbierane poprzez zmysł wibracji. Nazywa się zakres częstotliwości, które dana osoba słyszy słuchowy Lub zakres dźwięku; wyższe częstotliwości nazywane są ultradźwiękami, a niższe częstotliwości nazywane są infradźwiękami.
Fizjologia słuchu
Umiejętność rozróżniania częstotliwości dźwięku zależy w dużej mierze od osoby: jej wieku, płci, podatności na choroby słuchu, przeszkolenia i zmęczenia słuchu. Osoby są w stanie odbierać dźwięki o częstotliwości do 22 kHz i ewentualnie wyższej.
Niektóre zwierzęta słyszą dźwięki niesłyszalne dla człowieka (ultradźwięki lub infradźwięki). Nietoperze wykorzystują ultradźwięki do echolokacji podczas lotu. Psy słyszą ultradźwięki, na co działają ciche gwizdki. Istnieją dowody na to, że wieloryby i słonie potrafią porozumiewać się za pomocą infradźwięków.
Osoba może rozróżnić kilka dźwięków jednocześnie, ponieważ w ślimaku może znajdować się jednocześnie kilka fal stojących.
Niezwykłe okazało się zadowalające wyjaśnienie zjawiska słyszenia wymagające zadanie. Osoba, która przedstawiła teorię wyjaśniającą percepcję wysokości i głośności dźwięku, prawie na pewno otrzymałaby Nagrodę Nobla.
Oryginalny tekst(Język angielski)
Odpowiednie wyjaśnienie słuchu okazało się wyjątkowo trudnym zadaniem. Można by niemal zapewnić sobie nagrodę Nobla, przedstawiając teorię wyjaśniającą w zadowalający sposób jedynie percepcję wysokości i głośności.
- Reber, Arthur S., Reber (Roberts), Emily S. Słownik psychologii pingwina. - Wydanie 3. - Londyn: Penguin Books Ltd, . - 880 s. - ISBN 0-14-051451-1, ISBN 978-0-14-051451-3
Na początku 2011 roku w niektórych mediach o tematyce naukowej pojawiła się krótka wiadomość w sprawie wspólnej pracy dwóch izraelskich instytucji. W ludzki mózg Zidentyfikowano wyspecjalizowane neurony, które pozwalają oszacować wysokość dźwięku do 0,1 tonu. Zwierzęta inne niż nietoperze nie mają takiej adaptacji i dla różne rodzaje dokładność jest ograniczona do 1/2 do 1/3 oktawy. (Uwaga! Ta informacja wymaga wyjaśnienia!)
Psychofizjologia słuchu
Projekcja wrażeń słuchowych na zewnątrz
Bez względu na to, jak powstają wrażenia słuchowe, zwykle przypisujemy je światu zewnętrznemu, dlatego zawsze przyczyny pobudzenia naszego słuchu szukamy w wibracjach odbieranych z zewnątrz z tej czy innej odległości. Cecha ta w sferze słuchu jest znacznie mniej wyraźna niż w sferze wrażeń wzrokowych, które wyróżniają się obiektywnością i ścisłą lokalizacją przestrzenną, a prawdopodobnie nabywa się je także poprzez długie doświadczenie i kontrolę innych zmysłów. W przypadku wrażeń słuchowych nie można tego osiągnąć umiejętnością projekcji, obiektywizowania i lokalizacji przestrzennej wysokie stopnie podobnie jak w przypadku wrażeń wzrokowych. Wynika to z takich cech strukturalnych aparat słuchowy, takie jak np. brak mechanizmów mięśniowych, pozbawiający go możliwości dokonywania dokładnych oznaczeń przestrzennych. Wiemy, jak ogromne znaczenie ma czucie mięśni we wszystkich definicjach przestrzennych.
Oceny odległości i kierunku dźwięków
Nasze oceny odległości, z jakiej wydobywają się dźwięki, są bardzo niedokładne, zwłaszcza jeśli ktoś ma zamknięte oczy i nie widzi źródła dźwięków ani otaczających go obiektów, po czym można ocenić „akustykę otoczenia” na podstawie doświadczenia życiowego , albo akustyka otoczenia jest nietypowa: tak np. w akustycznej komorze bezechowej głos osoby znajdującej się zaledwie metr od słuchacza wydaje mu się wielokrotnie, a nawet dziesięciokrotnie bardziej odległy. Ponadto znajome dźwięki wydają się nam bliższe, im są głośniejsze i odwrotnie. Doświadczenie pokazuje, że mniej mylimy się w określaniu odległości hałasu niż tonów muzycznych. Zdolność człowieka do oceny kierunku dźwięków jest bardzo ograniczona: nie mając ruchomych uszu, wygodnych do zbierania dźwięków, w razie wątpliwości ucieka się do ruchów głową i ustawia ją w pozycji, w której dźwięki są inne Najlepszym sposobem, czyli dźwięk jest lokalizowany przez osobę w kierunku, z którego jest słyszalny mocniej i „wyraźniej”.
Istnieją trzy znane mechanizmy, dzięki którym można rozróżnić kierunek dźwięku:
- Różnica w średniej amplitudzie (historycznie pierwsza odkryta zasada): dla częstotliwości powyżej 1 kHz, czyli takich, gdzie długość fali dźwięku jest krótsza niż rozmiar głowy słuchacza, dźwięk docierający do ucha bliższego ma większe natężenie.
- Różnica faz: rozgałęziające się neurony są w stanie rozróżnić przesunięcie fazowe do 10-15 stopni pomiędzy nadejściem fal dźwiękowych w prawo i lewe ucho dla częstotliwości w przybliżeniu od 1 do 4 kHz (co odpowiada dokładności czasu przybycia wynoszącej 10 µs).
- Różnica w widmie: fałdy małżowiny usznej, głowy, a nawet ramion wprowadzają niewielkie zniekształcenia częstotliwości do odbieranego dźwięku, absorbując w różny sposób różne harmoniczne, co mózg interpretuje jako Dodatkowe informacje o poziomej i pionowej lokalizacji dźwięku.
Zdolność mózgu do dostrzegania opisanych różnic w dźwięku słyszanym przez prawe i lewe ucho doprowadziła do stworzenia technologii nagrywania binauralnego.
Opisane mechanizmy nie działają w wodzie: określenie kierunku na podstawie różnicy głośności i widma jest niemożliwe, ponieważ dźwięk z wody przechodzi prawie bez strat bezpośrednio do głowy, a zatem do obu uszu, dlatego głośność i widmo dźwięku w obu uszach, w dowolnym miejscu źródła, dźwięki są identyczne z dużą precyzją; Wyznaczenie kierunku źródła dźwięku na podstawie przesunięcia fazowego jest niemożliwe, ponieważ ze względu na znacznie większą prędkość dźwięku w wodzie długość fali wzrasta kilkukrotnie, co oznacza, że przesunięcie fazowe maleje wielokrotnie.
Z opisu powyższych mechanizmów wynika również, dlaczego nie można określić lokalizacji źródeł dźwięku o niskiej częstotliwości.
Badanie słuchu
Słuch bada się za pomocą specjalnego urządzenia lub programu komputerowego zwanego audiometrem.
Określane są także charakterystyki częstotliwościowe słuchu, co jest istotne przy wytwarzaniu mowy u dzieci z wadą słuchu.
Norma
Postrzeganie zakresu częstotliwości 16 Hz – 22 kHz zmienia się wraz z wiekiem – wysokie częstotliwości nie są już postrzegane. Zmniejszenie zakresu słyszalnych częstotliwości wiąże się ze zmianami w uchu wewnętrznym (ślimaku) i rozwojem odbiorczo-nerwowego ubytku słuchu wraz z wiekiem.
Próg słyszenia
Próg słyszenia- minimalne ciśnienie akustyczne, przy którym dźwięk o danej częstotliwości jest odbierany przez ludzkie ucho. Próg słyszalności wyrażany jest w decybelach. Za poziom zerowy przyjmuje się ciśnienie akustyczne o wartości 2,10–5 Pa przy częstotliwości 1 kHz. Próg słyszenia dla konkretnej osoby zależy od indywidualne właściwości, wiek, stan fizjologiczny.
Próg bólu
Próg bólu słuchowego- wysokość ciśnienia akustycznego, przy którym pojawia się ból narządu słuchu (co wiąże się w szczególności z osiągnięciem granicy wydłużenia błony bębenkowej). Przekroczenie tego progu prowadzi do uraz akustyczny. Bolesne uczucie określa granicę dynamicznego zakresu słyszalności człowieka, która wynosi średnio 140 dB dla sygnału tonowego i 120 dB dla hałasu o widmie ciągłym.
Patologia
Zobacz też
- Halucynacje słuchu
- Nerw słuchowy
Literatura
Fizyczny słownik encyklopedyczny/rozdz. wyd. A. M. Prochorow. wyd. kolegium D. M. Alekseev, A. M. Bonch-Bruevich, A. S. Borovik-Romanov i inni - M .: Sov. Encyklika, 1983. - 928 s., s. 579
Spinki do mankietów
- Wykład wideo Percepcja słuchowa
| Układy narządów człowieka | |
|---|---|
| Układ sercowo-naczyniowy (serce, naczynia krwionośne) Układ limfatyczny Układ trawienny Układ hormonalny Układ odpornościowy Układ sensoryczny (układ somatosensoryczny, układ wzrokowy, węchowy, słuchowy, smakowy) Układ powłokowy Układ nerwowy (ośrodkowy, obwodowy) Układ mięśniowo-szkieletowy (szkieletowy) układ mięśniowy) układ moczowo-płciowy (układ rozrodczy, układ moczowy) układ oddechowy |
Fundacja Wikimedia. 2010.
Synonimy:Zobacz, co oznacza „słyszenie” w innych słownikach:
przesłuchanie- słuch i... Słownik ortografii rosyjskiej
przesłuchanie- przesłuchanie/... Słownik morfemiczno-pisowniczy
Rzeczownik, m., używany. często Morfologia: (nie) co? słyszenie i słyszenie, co? słyszeć, (widzieć) co? słyszenie, co? plotka, o czym? o słuchu; pl. Co? plotki, (nie) co? plotki, co? plotki, (widzisz) co? plotki, co? plotki o czym? o postrzeganiu plotek przez władze... ... Słownik Dmitrijewa
Mąż. jeden z pięciu zmysłów, za pomocą których rozpoznaje się dźwięki; instrumentem jest jego ucho. Słuch jest tępy, cienki. U zwierząt głuchych i bezusznych słuch zostaje zastąpiony uczuciem drżenia. Idź ze słuchu, szukaj ze słuchu. | Muzyczne ucho, wewnętrzne uczucie, które rozumie wzajemne... ... Słownik wyjaśniający Dahla
Slukha, m. 1. tylko jednostka. Jeden z pięciu zmysłów zewnętrznych, który daje zdolność postrzegania dźwięków, zdolność słyszenia. Ucho jest narządem słuchu. Wyostrzony słuch. „Do jego uszu dotarł ochrypły krzyk”. Turgieniew. „Pragnę chwały, aby wasze uszy zdumiewały się moim imieniem... Słownik wyjaśniający Uszakowa
Często oceniamy jakość dźwięku. Wybierając mikrofon, oprogramowanie do przetwarzania dźwięku lub format nagrywania pliku audio, jednym z najważniejszych pytań jest to, jak dobrze będzie on brzmiał. Istnieją jednak różnice pomiędzy właściwościami dźwięku, które można zmierzyć, a tymi, które można usłyszeć.
Ton, barwa, oktawa.
Mózg odbiera dźwięki o określonych częstotliwościach. Wynika to ze specyfiki mechanizmu ucha wewnętrznego. Receptory znajdujące się na głównej błonie ucha wewnętrznego przekształcają wibracje dźwiękowe w potencjały elektryczne, które pobudzają włókna nerw słuchowy. Włókna nerwu słuchowego mają selektywność częstotliwościową w wyniku wzbudzenia komórek narządu Cortiego znajdujących się w różne miejsca membrana główna: wysokie częstotliwości są postrzegane w pobliżu owalnego okna, niskie częstotliwości są postrzegane na szczycie spirali.
Fizyczna cecha dźwięku, częstotliwość, jest ściśle związana z wysokością, którą postrzegamy. Częstotliwość mierzy się jako ilość pełne cykle sinusoida w ciągu jednej sekundy (herc, Hz). Ta definicja częstotliwości opiera się na fakcie, że fala sinusoidalna ma dokładnie taki sam kształt fali. W prawdziwe życie bardzo niewiele dźwięków ma tę właściwość. Jednakże każdy dźwięk można przedstawić jako zbiór sinusoidalnych oscylacji. Zwykle nazywamy to ustawieniem tonu. Oznacza to, że ton jest sygnałem o określonej wysokości, który ma dyskretne widmo (dźwięki muzyczne, samogłoskowe dźwięki mowy), w którym podświetlona jest częstotliwość fali sinusoidalnej, która ma maksymalną amplitudę w tym zestawie. Sygnał o szerokim, ciągłym widmie, którego wszystkie składowe częstotliwości mają tę samą średnią intensywność, nazywany jest szumem białym.
Stopniowy wzrost częstotliwości wibracji dźwięku odbierany jest jako stopniowa zmiana tonu od najniższego (bas) do najwyższego.
Stopień dokładności, z jaką dana osoba określa wysokość dźwięku na podstawie ucha, zależy od ostrości i wytrenowania jego słuchu. Ludzkie ucho potrafi wyraźnie rozróżnić dwa tony o zbliżonej tonacji. Na przykład w zakresie częstotliwości około 2000 Hz osoba może rozróżnić dwa tony, które różnią się częstotliwością o 3-6 Hz lub nawet mniej.
Widmo częstotliwości instrument muzyczny lub głos zawiera sekwencję równomiernie rozmieszczonych szczytów - harmonicznych. Odpowiadają częstotliwościom będącym wielokrotnością określonej częstotliwości podstawowej, najbardziej intensywnej z fal sinusoidalnych tworzących dźwięk.
Określony dźwięk (barwa) instrumentu muzycznego (głos) jest powiązany ze względną amplitudą różnych harmonicznych, a wysokość odbierana przez osobę najdokładniej oddaje częstotliwość podstawową. Barwa, będąca subiektywnym odzwierciedleniem odbieranego dźwięku, nie ma ujęcie ilościowe i charakteryzuje się jedynie jakościowo.
W „czystym” tonie występuje tylko jedna częstotliwość. Zwykle odbierany dźwięk składa się z częstotliwości tonu głównego i kilku częstotliwości „nieczystych”, zwanych alikwotami. Alikwoty są wielokrotnościami częstotliwości tonu głównego i mają mniejszą amplitudę. Barwa dźwięku zależy od rozkładu intensywności pomiędzy alikwotami. Spektrum kombinacji dźwięków muzycznych, zwane akordem, zależy od rozkładu intensywności pomiędzy alikwotami. W takim spektrum występuje kilka częstotliwości podstawowych wraz z towarzyszącymi im alikwotami.
Jeżeli częstotliwość jednego dźwięku jest dokładnie dwukrotnie większa od częstotliwości drugiego, fale dźwiękowe „dopasowują się” do siebie. Odległość częstotliwości między takimi dźwiękami nazywa się oktawą. Zakres częstotliwości odbieranych przez człowieka, 16–20 000 Hz, obejmuje około dziesięciu do jedenastu oktaw.
Amplituda wibracji dźwięku i głośność.
Część słyszalna pasma dźwięku dzieli się na dźwięki o niskiej częstotliwości - do 500 Hz, średnie częstotliwości - 500-10 000 Hz i wysokie częstotliwości - powyżej 10 000 Hz. Ucho jest najbardziej wrażliwe na stosunkowo wąski zakres dźwięków o średniej częstotliwości od 1000 do 4000 Hz. Oznacza to, że dźwięki o tej samej sile w zakresie średnich częstotliwości mogą być postrzegane jako głośne, ale w zakresie niskich lub wysokich częstotliwości mogą być postrzegane jako ciche lub w ogóle niesłyszalne. Ta cecha percepcji dźwięku wynika z faktu, że informacje dźwiękowe niezbędne do życia człowieka - mowa lub dźwięki natury - przekazywane są głównie w zakresie średnich częstotliwości. Zatem głośność nie jest parametrem fizycznym, ale intensywnością wrażenia słuchowego, subiektywną cechą dźwięku związaną z charakterystyką naszej percepcji.
Analizator słuchowy dostrzega wzrost amplitudy fali dźwiękowej w wyniku wzrostu amplitudy wibracji błony głównej ucha wewnętrznego i stymulacji coraz większej liczby komórek rzęsatych poprzez przekazywanie impulsów elektrycznych o większej częstotliwości i częstotliwości . więcej włókna nerwowe.
Nasze ucho potrafi rozróżnić natężenie dźwięku w zakresie od najcichszego szeptu do najgłośniejszego hałasu, co w przybliżeniu odpowiada milionowemu wzrostowi amplitudy ruchu błony głównej. Jednakże ucho interpretuje tę ogromną różnicę w amplitudzie dźwięku jako zmianę około 10 000-krotną. Oznacza to, że skala intensywności jest silnie „ściśnięta” przez mechanizm percepcji dźwięku analizator słuchowy. Pozwala to na interpretację różnic w natężeniu dźwięku w niezwykle szerokim zakresie.
Natężenie dźwięku mierzy się w decybelach (dB) (1 bel równa się dziesięciokrotności amplitudy). Ten sam system służy do określania zmian objętości.
Dla porównania możesz podać przybliżony poziom intensywności różne dźwięki: dźwięk ledwo słyszalny (próg słyszalności) 0 dB; szeptać przy uchu 25-30 dB; średnia głośność mowy 60-70 dB; bardzo głośna mowa (krzyk) 90 dB; na koncertach muzyki rockowej i popowej w centrum sali 105-110 dB; obok startującego samolotu pasażerskiego o głośności 120 dB.
Wielkość przyrostu głośności odbieranego dźwięku ma próg dyskryminacji. Liczba stopni głośności wyróżnianych przy średnich częstotliwościach nie przekracza 250; przy niskich i wysokich częstotliwościach gwałtownie maleje i wynosi średnio około 150.
Człowiek jest naprawdę najinteligentniejszym ze zwierząt zamieszkujących planetę. Jednak nasze umysły często pozbawiają nas wyższych zdolności, takich jak postrzeganie otoczenia poprzez węch, słuch i inne doznania zmysłowe. Tak więc większość zwierząt jest znacznie przed nami, jeśli mówimy o o zakresie słyszalności. Zakres słyszalności człowieka to zakres częstotliwości odbieranych przez ludzkie ucho. Spróbujmy zrozumieć, jak działa ludzkie ucho w odniesieniu do percepcji dźwięku.
Zasięg ludzkiego słuchu w normalnych warunkach
Ucho ludzkie potrafi wykryć i rozróżnić fale dźwiękowe średnio w zakresie od 20 Hz do 20 kHz (20 000 Hz). Jednak wraz z wiekiem zakres słyszenia danej osoby zmniejsza się, w szczególności jego Górna granica. U osób starszych jest ona zwykle znacznie niższa niż u osób młodych, przy czym największe zdolności słuchowe mają niemowlęta i dzieci. Percepcja słuchowa wysokie częstotliwości zaczynają się pogarszać od ósmego roku życia.
Ludzki słuch w idealnych warunkach
W laboratorium zakres słyszenia danej osoby określa się za pomocą audiometru emitującego fale dźwiękowe różne częstotliwości i odpowiednio skonfigurowane słuchawki. W tak idealnych warunkach ucho ludzkie jest w stanie wykryć częstotliwości w zakresie od 12 Hz do 20 kHz.
Zasięg słuchu u mężczyzn i kobiet
Istnieje znacząca różnica w zakresie słyszalności mężczyzn i kobiet. Stwierdzono, że kobiety są bardziej wrażliwe na wysokie częstotliwości w porównaniu do mężczyzn. Odbiór niskich częstotliwości jest mniej więcej na tym samym poziomie u mężczyzn i kobiet.
Różne skale wskazujące zasięg słyszenia
Chociaż skala częstotliwości jest najpowszechniejszą skalą pomiaru zasięgu ludzkiego słuchu, często mierzy się ją również w paskalach (Pa) i decybelach (dB). Jednak pomiar w paskalach jest uważany za niewygodny, ponieważ jednostka ta wymaga pracy z bardzo dużymi liczbami. Jeden mikropaskal to odległość, jaką przebywa fala dźwiękowa podczas wibracji, równa jednej dziesiątej średnicy atomu wodoru. Fale dźwiękowe w ludzkim uchu pokonać wiele dłuższy dystans, co utrudnia określenie zakresu słyszalności człowieka w paskalach.
Bardzo miękki dzwięk, które może być rozpoznane przez ludzkie ucho, wynosi około 20 μPa. Skala decybelowa jest łatwiejsza w użyciu, ponieważ jest to skala logarytmiczna, która bezpośrednio odnosi się do skali Pa. Jako punkt odniesienia przyjmuje się 0 dB (20 µPa), a następnie kontynuuje kompresję tej skali ciśnienia. Zatem 20 milionów μPa równa się tylko 120 dB. Okazuje się, że zakres ludzkie ucho wynosi 0-120 dB.
Zasięg słyszenia różni się znacznie w zależności od osoby. Dlatego, aby wykryć ubytek słuchu, najlepiej jest zmierzyć zakres słyszalnych dźwięków w odniesieniu do skali referencyjnej, a nie w odniesieniu do konwencjonalnej skali standaryzowanej. Badania można wykonać przy użyciu zaawansowanych przyrządów do diagnostyki słuchu, które pozwalają dokładnie określić stopień i zdiagnozować przyczyny ubytku słuchu.