Кривые равной громкости
Для нахождения соответствия между громкостью и интенсивностью звука на разных частотах пользуются кривыми равной громкости (рис.3). Их строят на основании средних данных, полученных у людей с нормальным слухом.
Нижняя кривая соответствует интенсивностям самых слабых слышимых звуков - порогу слышимости. Для всех частот этой кривой Е = 0; для частоты 1 кГц интенсивность звука I0 = 10-12 Вт/м2. Верхняя кривая соответствует порогу болевого ощущения.
Рис.3
Из кривых на рис.3 видно, что среднее человеческое ухо наиболее чувствительно к частотам 2500 – 3000 Гц.
Каждая промежуточная кривая отвечает одинаковой громкости, но разной интенсивности звука для разных частот. По отдельной кривой равной громкости можно найти интенсивности, которые при определенных частотах вызывают ощущение этой громкости.
Используя совокупность кривых равной громкости, можно найти для разных частот громкости, соответствующие определенной интенсивности.
Пример. Интенсивности звука частотой 100 Гц соответствует L = 60 дБ. Какова громкость этого звука?
На рис.3 находим точку с координатами 100 Гц, 60 дБ. Точка лежит на кривой соответствующей уровню громкости 30 фон. Следовательно, громкость звука равна 30 фон.
Аудиометрия
Метод измерения остроты слуха называется аудиометрией.
При аудиометрии на приборе (аудиометре) определяют порог слухового ощущения на разных частотах. Полученная кривая называется спектральной характеристикой уха на пороге слышимости или аудиограммой.
Сравнение аудиограммы больного человека с нормальной кривой порога слухового ощущения помогает диагностировать заболевание органов слуха.
Строение уха
Периферический отдел органа слуха включает в своей состав наружное, среднее и внутреннее ухо (рис.4).
Рис.4. Схема строения уха (для простоты улитка показана не в спиральной, а в «раскрученной форме»).
Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода 1 (рис.4). Ушная раковина у человека не играет существенной роли для слуха. Она способствует определению локализации источника звука при его приближении или удалении.
Слуховой проход заканчивается барабанной перепонкой 2, отделяющей наружное ухо от среднего.
Наиболее существенной частью среднего уха являются слуховые косточки: молоточек 3, наковальня 4 и стремечко 5 с соответствующими мышцами, сухожилиями и связками. Одна из этих косточек – молоточек – вплетена своей рукояткой в барабанную перепонку, другая сторона молоточка сочленена с наковальней, которая в свою очередь связана со стремечком. Косточки осуществляют передачу механических колебаний от воздушной среды наружного уха к жидкой среде внутреннего через мембраны овального (6) и круглого (7) окна. Чтобы привести в движение инерционную жидкость, нужно получить выигрыш в давлении. Это достигается за счет двух факторов. Во-первых, косточки среднего уха (молоточек, наковальня и стремечко) работают как рычаг, обеспечивающий выигрыш в силе. Во-вторых, площадь барабанной перепонки человека значительно больше площади овального окна, поэтому обе мембраны и связывающие их косточки выполняют функцию трансформатора давления.
Другой важной функцией среднего уха является ослабление передачи колебаний в случае звука большой интенсивности. Это осуществляется рефлекторным расслаблением мышц косточек среднего уха.
Среднее ухо заполнено воздухом. Значительное изменение давления окружающего воздуха (например, связанное с изменением высоты), действуя на перепонку, может вызвать боль или даже ее разрыв. Для избавления от таких перепадов давления служит небольшая трубка - евстахиева труба (12), которая соединяет полость наружного уха с верхней частью глотки. Евстахиева труба, с одной стороны, достаточно велика, что позволяет проходить воздуху и приспосабливаться к большим изменениям давления, и, с другой стороны, достаточно мала, чтобы быстрые изменения давления, вызванные звуковыми волнами, могли быть переданы через барабанную перепонку.
Наружное и среднее ухо относятся к звукопроводящей системе. Звуковоспринимающей системой является внутреннее ухо.
Внутреннее ухо в отличие от наружного и среднего заполнено жидкостью. Главной частью внутреннего уха является улитка 8, преобразующая механические колебания в электрический сигнал. Кроме улитки к внутреннему уху относится вестибулярный аппарат, который к слуховой функции отношения не имеет.
Улитка человека является костным образованием и имеет форму конусной спирали. Полость улитки делится двумя мембранами - базилярной (основной) 9 и тонкой вестибулярной 10 - на три канала. Верхний и нижний каналы заполнены жидкостью - перилимфой - и сообщаются между собой у вершины улитки через небольшое отверстие геликотрему 11. Верхний канал отделен от полости среднего уха мембраной овального окна (6), к которому прикреплено стремечко, а нижний канал - мембраной круглого окна (7). Средний канал заполнен эндолимфой.
Внутри среднего канала улитки на основной мембране расположен кортиев орган, содержащий рецепторные волосковые клетки. Рецепторные клетки имеют вытянутую форму и одним концом фиксированы на основной мембране, а другим выходят в полость среднего канала улитки. На этом конце рецепторных клеток имеется по 60 – 70 волосков длиной несколько микрометров. Каждая волосковая клетка имеет синапсы с несколькими окончаниями слуховых нейронов.