2.4.2. Механическая модель слухового аппарата человека

Рассмотрим теперь на основе схемы, приведенной на рис.2.21, и другие особенности непосредственно самого слухового аппарата, звукоприемного элемента, сосредоточив внимание на физической стороне явлений в изучаемых системах.

Остановимся подробнее на биомеханической модели слухового аппарата человека (см. рис.2.21). Звуковые волны принимаются акустической «рупорной» антенной - ушнойраковиной(1) и черезслуховой «ход»,который служит коротким волноводом, воздействует набарабанную перепонку(3).

Барабанная перепонка вогнута внутрь и натянута. В полости среднего уха (барабанной полости) расположены три слуховые косточки: молоточек(4),наковальня (5) истремечко(6), шарнирно соединенные между собой суставами и оснащенные поддерживающиммышечным аппаратом(7).

Рис. 2.21

Рукоятка молоточка прикреплена к барабанной перепонке, а мышца последней поддерживает ее в натянутом состоянии. Основание «стремени» закрывает собой овальное окно, за которым находится внутреннее ухо. Стремя в овальном окне закреплено не жестко и может совершать возвратно-поступательные движения. Слуховые косточки образуют систему рычагов для передачи усилия передачи механических колебаний от барабанной перепонки к стремечку. Установлено, что давление на овальном «окне» внутреннего уха со стороныстремечкапочти в сто раз превосходит звуковое давление, действующее на барабанную перепонку. «Евстахиева труба» (8) соединяетбарабанную полостьс носоглоткой и служит для выравнивания давлений по обе стороны барабанной перепонки. При простудных заболеваниях из-за закупорки «Евстахиевой трубки» внутри уха могут появляться неприятные ощущения.

Внутреннее ухо находится внутри височной кости. Оно объединяет в себеорган равновесияи орган слуха -улитку. На схеме улитка показана выпрямленной, в среднем, у взрослого человека, длина канала улитки составляет около 35 мм. Внутреннее пространство улитки разделено на три заполненных лимфой спиральных канала, разделенных двумя перепонками:основной мембраной(10) имембраной Рейснера(11).

Из-за сходства с «винтовыми» лестницами эти каналы называют: лестницей «преддверия»- 12;«срединной» лестницей– 13 илестницей «барабанной»- 14. Между лестницей «преддверия» и барабанной полостью находится овальное «окно»(«окно» преддверия), в котором расположено основание стремечка, а между лестницей барабанной и барабанной полостью –«окно» улитки - 9, закрытое упругой мембраной.

Срединная лестница заполнена вязкой биологической жидкостью - эндолимфой, а две другие -перилимфой. Эндолимфа обладает значительно более высокой вязкостью и плотностью, чем перилимфа. Полости, заполненные перилимфой, сообщаются между собой через отверстие-канал, расположенный по близости к вершине улитки -геликотрему- 15.

Основнаямембрана представляет собой аморфную ненатянутую перепонку, закрепленную по краям. Длина ее (для взрослого человека) составляет примерно 32 мм, ширина у основания - 0,1 мм, а возле геликотремы - 0,5 мм. Со стороны эндолимфы на основной мембране расположен «кортиев орган» (16) спокровной мембраной(17). Кортиев орган - это множество (около 4000) «волосковых» клеток, чувствительных к давлению и деформации основной мембраны.

С волосковыми клетками контактируют основания первых волокон, соединен в пучок, образующих слуховой нерв(18), соединенный с «ядрами» ствола головного мозга. Субъективные ощущения высоты звука тем выше и громкости тем больше, соответственно, чем ближе к основанию основной мембраны находится область с максимальной амплитудой колебаний, и чем больше амплитуда смещений тканей мембраны.

За разработку рассмотренной биомеханической модели слуховой системы человека в 60-х годах 20-го столетия венгерскому физику Г. фон Бекеши была присуждена Нобелевская премия.

Как следует из анализа биомеханической модели слуховых сенсоров человека, в основе их устройства лежит необходимость «акустического» согласования свойств воздушной среды со свойствами биологической ткани барочувствительных рецепторов-клеток внутреннего уха. Физические модели решения такой задачи рассмотрены в 3.