Физика слуха

Слуховая система связывает непосредственный приемник звуковой волны с головным мозгом.

Используя понятия кибернетики, можно сказать, что слуховая система получает, перерабатывает и передает информацию. Из всей слуховой системы для рассмотрения физики слуха выделяют наружное, среднее и внутреннее ухо.

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода. Ушная раковина у человека не играет существенной роли для слуха. Она способствует определению локализации источника звука при его расположении – звук от источника попадает в ушную раковину. В зависимости от положения источника в вертикальной плоскости звуковые волны будут по разному дифрагировать на ушной раковине из-за ее специфической формы. Это приводит и к разному изменению спектрального состава звуковой волны, попадающей в слуховой проход. Человек научился ассоциировать изменение спектра звуковой волны с направлением на источник звука.

Различным направлениям на источник звука в горизонтальной плоскости будут соответствовать разности фаз. Считают, что человек с нормальным слухом может фиксировать направления на источник звука с точностью до 3°, этому соответствует разность фаз – 6°. Поэтому можно полагать, что человек способен различать изменение разности фаз звуковых волн, попадающих в его уши, с точностью до 6°.

Кроме фазового различия, бинауральному эффекту способствует неодинаковость интенсивностей звука у разных ушей, а также и «акустическая тень» от головы до одного уха.

Длина слухового прохода у человека равна приблизительно 2,3 см; следовательно, акустический резонанс возникает при частоте:

 

Наиболее существенными частями среднего уха являются барабанная перепонка и слуховые косточки: молоточки, наковальня и стремечко с соответствующими мышцами, сухожилиями и связками.

Система косточек на одном конце молоточком связана с барабанной перепонкой, на другом – стремечком с овальным окном внутреннего уха. На барабанную перепонку действует звуковое давление, что обусловливает силу F₁ = P₁ S₁ (P₁ – звуковое давление, S₁ – площадь).

Система косточек работает, как рычаг, с выигрышем в силе со стороны внутреннего уха у человека в 1,3 раза. Еще одна из функций среднего уха – ослабление передачи колебаний в случае звука большой интенсивности.

Улитка человека является костным образованием длиной около 3,5 мм и имеет форму капсулообразной спирали с 2–3/4 завитками. Вдоль улитки проходят три канала. Один из них, который начинается от овального окна, называется вестибулярной лестницей. Другой канал идет от круглого окна, он называется барабанной лестницей. Вестибулярная и барабанная лестницы соединены в области купола улитки посредством маленького отверстия – геликотремы. Между улитковым каналом и барабанной лестницей вдоль улитки проходит основная (базилярная) мембрана. На ней находится кортиев орган, содержащий рецепторные (волосковые) клетки, от улитки идет слуховой нерв.

Слуховые аппараты. Современные слуховые аппараты состоят из микрофона, усилителя-преобразователя и телефона. Звуковые колебания поступают в микрофон, где их энергия преобразуется в электрическую. Усиленная электронными лампами или транзисторами, она поступает в телефон, где электрическая энергия вновь трансформируется в звуковые колебания, воспринимаемые ухом. В зависимости от характера нарушения слуха в С. а. применяют телефоны воздушного (передаёт усиленный звуковой сигнал в наружный слуховой проход) и костного (обеспечивает передачу звука во внутреннее ухо) звукопроведения. Воздушный телефон вставляется в ухо, костный — прижимается к сосцевидному отростку.

Слуховые протезы. В случае полной потери слуха (из-за болезни среднего уха) можно применять протез в виде микрофона электрические сигналы которого непосредственно передаются нервным волокнам. От уха отходит большое число нервов, из которых каждый передает данные о звуках определенной частоты. Поэтому при использовании одного датчика и одного нерва все звуки будут восприниматься в виде меняющейся интенсивности. Сейчас проводятся попытки применения двух датчиков, подключенных к двум разным нервам. В электронном устройстве используется специальный трансформатор НЧ, первичная обмотка которого включена в выходную цепь сверхминиатюрного усилителя, размещаемого в оправе очков или в шляпе. Вторичная обмотка, залитая специальной смолой, вживляется в голову больного и соединяется непосредственно с нервом.
Миниатюрные слуховые аппараты вставляют в ухо.

Тимпа́нометри́я (импеда́нсометри́я) — метод объективного исследования функции среднего уха, степени подвижности барабанной перепонки и проводимости слуховых косточек (молоточек, наковальня, стремечко) путём создания вариаций давления воздуха в слуховом канале. Результаты исследования не могут быть использованы для оценки чувствительности слуха (результаты тимпанометрии всегда следует рассматривать в сочетании с данными аудиометрии).

Исследование позволяет установить:

• давление в среднем ухе,
• состояние функции слуховой трубы,
• степень подвижности барабанной перепонки,
• целостность и степень подвижности слуховых косточек,
• порог акустического рефлекса и некоторые виды нарушения слуха, носящие функциональный характер.