Психофизиология восприятия звука

Ухо человека имеет поразительно сложное устройство. На первый взгляд кажется, что это по существу лишь трубка, связывающая внешний мир с маленькой внутренней мембраной - барабанной перепонкой. Колебания воздуха заставляют барабанную перепонку колебаться. Однако наружные части уха - ушная раковина, наружный слуховой проход, барабанная перепонка - имеют наименьшее значение для его успешного функционирования. Колебания барабанной перепонки в ответ на изменения давления воздуха - всего лишь начало длинной цепи событий, которые в конечном счете приводят к восприятию звука.

Стимулы, вызывающие слуховые ощущения, представляют собой волны, которые образуются в результате колебаний частиц воздуха. Вибрации какого-либо предмета вызывают поочередное образование уплотненных и разряженных зон воздуха, которые затем в виде последовательных волн распространяются в пространстве со скоростью около 330 метров в секунду.

Функция уха заключается в преобразовании этих колебаний в нервные импульсы. Слуховое ощущение зависит главным образом от характеристик звуковой волны. Так, громкость звука определяется амплитудой волны, а его высота - частотой колебаний; тембр звука, который характеризует издающий инструмент, зависит от числа и интенсивности образующихся гармоник (обертонов).

Известно, что человеческое ухо может безболезненно воспринимать звук, интенсивность которого в тысячу миллиардов (10 ) раз выше интенсивности едва слышимого звука. В логарифмическом масштабе эта разница составляет 12 бел или 120 децибел (децибел -десятая часть бела), а это значит, что, например, звук интенсивностью 100 децибел в 10 раз сильнее звука в 90 децибел и в 1000 раз сильнее звука в 70 децибел.

Что касается частоты звуковых колебаний, то воспринимаемый человеческим ухом диапазон простирается от 20 колебаний в секунду (20 Гц) до 20 тысяч колебаний в секунду (20000 Гц).

Ухо состоит из трех отделов. Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового прохода длиной 25мм, упирающегося в барабанную перепонку - мембрану, вибрирующую под воздействием звуковых волн. В среднем ухе имеются три слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремя, обеспечивающие передачу вибраций овальному окну на границе внутреннего уха. Во внутреннем ухе находится лабиринт, в состав которого входят улитка - трубка длиною 34 мм, спирально свернутая в 2,5 оборота наподобие раковины виноградной улитки. Улитка внутреннего уха заполнена жидкостью которая приходит в движение под влиянием звуковых волн, передаваемых косточками среднего уха. Движение жидкости вызывает прогибание и смещение базилярной мембраны, проходящей вдоль всей улитки. Эта деформация базилярной мембраны сильнее всего выражена у основания улитки при воздействии высоких звуков, а у вершины - при воздействии низких. В месте максимальной деформации базилярной мембраны в результате возбуждения её чувствительных клеток, волоски которых соприкасаются с нависающей над ними текториальной мембраной, происходит преобразование вибраций в нервные импульсы. Таким образом, частота звука различается в соответствии с тем участком базилярной мембраны, где происходит её деформация, а его громкость - в зависимости от числа клеток, вовлеченных в деформацию. Затем информация передается в головной мозг по слуховому нерву, образованному отростками чувствительных волосковых клеток.

Звук (так же как и свет) обусловлен колебаниями и может поэтому передаваться в виде волн, позволяющих судить о свойствах источника этих колебаний.