Психофизика звука

Пороги слышимости. Чтобы звук был слышимым, должен превышаться определенный уровень звукового давления (УЗД). Этот порог зависит от частоты; человеческое ухо наиболее чувствительно в диапазоне 2000 – 5000 Гц. За его пределами для достижения порога требуются значительно более высокие УЗД. Тон какой-либо частоты при превышении порога слышимости звучит для нас громче по мере увеличения звукового давления.

Рисунок 5 – Слуховой анализатор

Слух

Звуковая волна, пойманная ушной раковиной и заполнившая наружный слуховой проход, уже через 30 мм (такова в среднем его длина) упирается в барабанную перепонку. Она туго натянута подобно шкуре барабана, и звуковые волны стучат по ней, как барабанщик палочками по своему инструменту.

За барабанной перепонкой начинается среднее ухо, расположенное в толще височной кости. Специальным каналом — слуховой трубой оно соединяется с глоткой. Слуховая труба нужна, чтобы по обе стороны барабанной перепонки всегда было одинаковое давление (случается при взрыве, что давление в глотке не успевает повыситься так же быстро, как снаружи от барабанной пере­понки, тогда происходит её разрыв). Пассажиры авиалайнеров знают: чтобы при взлёте и посадке, когда давле­ние меняется, не закладывало уши, нужно держать рот приоткрытым, тогда давление в среднем ухе уравнивается с атмосферным. Внутри среднего уха располагаются три со­единённые между собой суставчиками слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. Молоточек сочленён с внутренней поверхностью барабанной перепонки; от неё он получает энергию звуковых колебаний, затем бьёт по наковальне, а та давит на стремечко. Эта мельчайшая кость организма очень похожа на настоящее стремя, только весит всего 2,5 мг.

В толще пирамиды — самой плотной части височной кости — располагается внутреннее ухо. Оно одновременно является органом двух сенсорных систем — слуха и чувства равновесия. Входом во внутреннее ухо служит маленькое, затянутое плотной перепонкой окошко, к кото­рому с наружной стороны крепится стремечко. Энергия звуковой волны достигает окошка в виде колебаний стремечка.

Орган слуха называется улиткой и действительно похож по форме на этого неприметного моллюска — он свёрнут наподобие раковинки на 2,5 оборота. Внутри костного лаби­ринта улитки находится перепонча­тый лабиринт. Оба они заполнены жидкостью; удары стремечка по за­крывающему вход в лабиринт окош­ку вызывают её колебания. Внутри перепончатого лабиринта по всей длине завитков улитки тянутся пять рядов клеток с тончайшими волоска­ми (по 60-70 у каждой клетки). Это волосковые слуховые клетки; в одной улитке их около 24 тыс. Нижней стороной волосковые клетки кре­пятся к мембране, которая подобна арфе и состоит из отдельных воло­кон. Собственно, музыку этой «арфы» и слышит мозг. Её «струны», как и у настоящей арфы, разной длины. Са­мые короткие (135 мкм) находятся у основания улитки, а самые длинные (234 мкм) — у её вершины. Всего та­ких «струн» ровно столько, сколько и волосковых клеток. Над этим чудесным инструментом, увенчанным волосковыми клетками, нависает ряд других клеток, образующих похожую на занавес покровную мембра­ну. Стоит возникнуть колебаниям в жидкости улитки, как «занавес» на­чинает касаться волосков слуховых клеток, порождая в них электриче­ские импульсы различной силы. Слу­ховой нерв собирает эти импульсы и передаёт их через подкорковые уз­лы в кору височных долей головно­го мозга. В слуховом нерве 35 тыс. нервных волокон — поэтому он спо­собен передать мозгу всю гамму час­тот окружающего мира.

Громкость звука измеряется в де­цибелах (дБ). Шум, равный 10 дБ, создаёт шелест падающих листьев. Понятно, что такой звук скорее успо­каивает, чем раздражает. Не вызыва­ет дискомфорта и громкость обыч­ной беседы (60 дБ). А вот при 110 дБ (концерт рок-музыки) или 140 дБ (рёв двигателя реактивного самолёта прямо над ухом) трудно сохранить душевное равновесие. Интересно, что звук в наушниках плеера может до­стигать почти такой же силы, что и гудение реактивного двигателя. По­этому любители «карманной музыки» рискуют постепенно оглохнуть (тем более что, изолируя себя от внешних звуков, они не замечают ослабления собственного слуха и лишь подкручи­вают колесико громкости).