Глава 1. Краткие сведения по физиологической акустике

1.1. УСТРОЙСТВО СЛУХОВОГО ОРГАНА ЧЕЛОВЕКА

Свойствами слухового восприятия человека в основном «определяются требования к широкому классу электроакустических аппаратов: к телефонам, микрофонам, громкоговорителям, звукоснимателям и рекордерам механической записи, к аппаратам оптической и магнитной записи звука. Естественно, что и электронная аппаратура трактов звукоусиления, трактов радиовещания и звукового сопровождения телевизионных программ также проектируется на основе детального изучения свойств слуха человека. Исследования этих свойств, наряду с исследованием анатомического строения слухового органа, имеют значительную историю (более 100 лет) и в совокупности с исследованиями свойств других органов чувств человека (в первую очередь зрения) составляют предмет науки, часто называемой «экспериментальная психология» или «психофизиология восприятия» (слухового, зрительного и т. п.).

По существу, цель этих исследований — получить количественное выражение реакций человека на звуковые, световые и другие раздражители. Только на основе количественных характеристик слуха можно сформулировать такие технические требования, как диапазон частот громкоговорителей, необходимый для передачи музыки и речи, диапазон интенсивности звука, который соответствовал бы звучанию естественных источников (голоса, музыкальных инструментов), допустимые уровни интенсивности мешающих звуков при слушании концертных программ, лекций, телефонных сообщений.

Знание ряда тонких свойств слуха необходимо и для понимания того, какие составляющие звуков речи являются информативными, какие искажения сигнала, передаваемого электроакустическими трактами, заметны на слух и как это связывается с разборчивостью или с художественностью передачи. Наконец, слуховой аппарат человека в целом с его механизмом передачи акустических колебаний к нервным окончаниям слухового нерва, функциональной схемой слухового нерва и слуховых центров мозга

представляет собой некоторую, весьма совершенную, биологическую распознающую систему. Элементы этой системы могут оказаться полезным прототипом при создании искусственных акустических и электронноакустических распознающих систем.

Слуховой орган человека (схематически показан на рис. 1.1) — приемник звуковых раздражений — состоит из трех частей: внешнее ухо, среднее ухо и внутреннее ухо. К внешнему уху относится ушная раковина и слуховой проход, заканчивающийся у барабанной перепонки. Среднее ухо представляет собой канал,

Рис. 1.1. (см. скан) Орган слуха человека. 1 — ушная раковина, 2 — слуховой проход, 3 — молоточек; 4 — наковальня; 5 - стремя; 6 — один из полукружных каналов органа равновесия; 7 — барабанная перепонка, 8 — овальное окно; 9 — круглое окно, 10 — реиснерова мембрана; 11 — евстахиева труба; 12 — вестибулярный ход; 13 — основная (базилярная) мембрана, 14 — средняя часть спирального хода; 15 — волосковые клетки; 16 — текториальная мембрана; 17 — кортиев орган; 18 — барабанный ход; 19 — слуховой нерв

расположенный в височной кости, в котором находятся три связанные друг с другом небольшие косточки: молоточек, наковальня и стремя. Молоточек примыкает с внутренней стороны к барабанной перепонке а стремя — к овальному окну, которым начинается спиральный (улиточный) ход в височной кости и к которому примыкает еще три полукружных канала, относящиеся к органу равновесия. В спиральном ходе расположены механический анализатор и чувствительные нервные окончания слухового органа. Спиральный ход разделен вдоль по всей длине двумя перегородками: рейснеровой мембраной и базилярной (основной) мембраной. Базилярная мембрана одним краем прикреплена к костному выступу, идущему вдоль спирального хода. На ней расположен орган Корти — утолщение вдоль этой мембраны, из которого выступают тонкие волоски — чувствительные элементы волосковых клеток. Этими элементами заканчиваются нервные волокна слухового нерва. Волосковые клетки расположены в пять рядов вдоль улиточного хода (четыре ряда наружных и один внутренний).

Чувствительные волоски заканчиваются в текториальной мембране, покрывающей сверху орган Корти. Орган Корти с текториальной мембраной находится в средней части спирального хода между рейснеровой и базилярной мехмбранами. Базилярная мембрана, имеющая поперечную волокнистую структуру, расширяется (волокна ее становятся длиннее) по мере удаления от овального окна. В верхушечной части, в самом широком месте мембраны, часть - спирального хода, отделенная рейснеровой мембраной, так называемый вестибулярный ход, через отверстие, называемое геликотермой, соединяется с частью, находящейся под базилярной мембраной (с барабанным ходом). Барабанный ход с противоположной стороны (около овального окна) заканчивается круглым окном, затянутым упругой перепонкой. К круглому окну подходит евстахиева труба — канал, соединяющий полость среднего уха с носоглоткой. Средняя часть спирального хода заполнена жидкостью — эндолимфой, а барабанный и вестибулярный ходы — перилимфой.

Весь слуховой орган (среднее и внутреннее ухо) человека по наибольшему размеру не превосходит 35—40 мм. Спиральный ход составляет 23/4 оборота. Развернутый в прямую линию он имел бы длину всего 32 мм.