Фізичні основи слуху

Приймачем звуку в людини є вухо. Механічна енергія звукової хвилі збуджує слухові рецептори і збудження через слуховий нерв доходить до кори головного мозку, де формуються звукові відчуття. Орган слуху людини складається з трьох частин: зовнішнього, середнього та внутрішнього вуха. Зовнішнє і середнє вухо розділені барабанною перетинкою (1). У порожнині середнього вуха розміщені три слухові кісточки: молоточок (2), ковадло (3) та стременце (4), сполучені між собою та з барабанною перетинкою. Зовнішнє і середнє вухо складають звукопровідну частину слухового апарату людини. Звукові хвилі збираються вушною раковиною (5), поширюються вздовж слухового проходу (6), досягають барабанної перетинки. Власна (резонансна) частота коливань зовнішнього слухового проходу становить близько 3 кГц; це означає, що коефіцієнт підсилення інтенсивності звуків має максимальне значення саме для цієї частоти. Підсилення інтенсивності звуків на резонансній частоті помітно на частотно-пороговій кривій слуху і становить близько 10 дБ. Коливання барабанної перетинки дуже швидко затухають. Це затухання залежить від її пружності, яка змінюється під час скорочення або розслаблення м'язів перетинки, і тому не дає жодного спотворення форми звукової хвилі.

Коливання від барабанної перетинки передаються слуховими кісточками до середнього вуха. У середньому вусі разом з передачею звуку відбувається і наростання інтенсивності звукової хвилі.

Це пояснюється тим, що поверхня перетинки майже у 22 рази більша від поверхні стрєменця (площа перетинки становить 66-69,5 мм², має форму конуса з вершиною, яка спрямована у порожнину середнього вуха, і енергія звукової хвилі концентрується на площі майже у 22 рази меншій, ніж площа барабанної перетинки, завдяки чому відповідно зростає інтенсивність звуку. Крім того, слухові кісточки працюють як важіль, довге плече якого приблизно у 2,5 раза більше від короткого, внаслідок чого звукові коливання ще більше підсилюються та передаються у внутрішнє вухо — лабіринт.

Лабіринт — кісткова порожнина, заповнена ендолімфою, має завиток (7) та три напівкруглих канали (8), які утворюють вестибулярний апарат людини. У завитку розміщений кортієв орган у формі спіралі. Внутрішня порожнина завитка розділена двома мембранами на три частини. Товсту мембрану називають основною. На ній і розміщений кортієв орган. Поперек основної мембрани, добре натягнутої вздовж усього завитка, розміщено близько 24000 еластичних волокон різної довжини.

Коливання стременця викликають коливання ендолімфи, що оточує основну мембрану. Коливання ендолімфи передаються основній мембрані, разом з якою коливаються і усі волокна, причому, кожне з них резонує на коливання з певною частотою. Амплітуда коливань різних волокон при цьому неоднакова; вона ма ксимальна в тих волоскових клітинах, частота власних коливань яких співпадає з частотою звуків, що сприймаються. Виникає резонанс. Цим пояснюється здатність вуха сприймати складний звук у цілому, хоча кожен окремо простий звук резонує з однією волосковою клітиною. Під час резонансу збуджуються закінчення слухового нерва, який і передає інформацію в мозок.

Існує ще одна можливість сприйняття звуку — через кістки черепа. Для прослуховування звуку таким шляхом кісткам черепа (зубам, чолу або кісточці за вухом) необхідно надати механічних коливань — звукових вібрацій. Це можна зробити, приклавши до одного з цих місць джерело вібрацій, наприклад, спеціальний кістковий телефон, ніжку камертона. Це кісткова провідність. При цьому способі сприйняття звукові вібрації досягають завитка і зумовлюють деформацію його частин, внаслідок чого відбувається зміщення текторальної мембрани. У результаті слухові рецептори зазнають такого ж подразнення, як і при звичайному сприйнятті звуку (при повітряній провідності).