Звуковые ощущения
Тональность (частота) звука. Человек может воспринимать звуки с частотой колебания от 16 до 20 000 Гц. Этот диапазон соответствует 10—11 октавам. Верхняя граница воспринимаемых звуков зависит от возраста: чем человек старше, тем она ниже; старики часто не слышат высоких тонов (например, звука, издаваемого сверчком). У многих животных верхняя граница слуха лежит значительно выше: у собаки, например, удается получить условные рефлексы на очень высокие, неслышимые человеком звуки.
Различение частоты звука характеризуется тем минимальным различием по частоте двух звуков, которое еще улавливается человеком. При низких и средних частотах человек способен заметить различия в 1—2 Гц. Встречаются люди с абсолютным слухом: они способны точно узнавать и обозначать любой звук даже при отсутствии звука сравнения.
Слуховая чувствительность. Минимальную силу звука, слышимого человеком в половине случаев его предъявления, называют абсолютной слуховой чувствительностью. Установлено, что пороги слышимости сильно изменяются в зависимости от частоты звука.
В области частот от 1000 до 4000 Гц слух человека обладает максимальной чувствительностью. В этих пределах слышен звук, имеющий ничтожную энергию порядка 1*10⁻¹² Вт/м² ( 1*10⁻⁹ эрг/с-см²). При звуках ниже 1000 и выше 4000 Гц чувствительность резко уменьшается: например, при 20 и при 20 000 Гц пороговая энергия звука должна быть около 1*10⁻³ Вт/м² (1 эрг/с-см ³) (нижняя кривая AEFGD на рис. 225).
При увеличении силы звука неизменной частоты можно дойти до такой силы, когда звук вызывает неприятное ощущение давления и даже боли в ухе. Звуки такой силы дадут, очевидно, верхний предел слышимости (кривая ABCD на рис. 225) и ограничат область слухового восприятия. Внутри этой области лежат и так называемые речевые поля, в пределах которых по частоте и интенсивности распределяются звуки речи.
Громкость звука. Кажущуюся громкость звука следует отличать от его физической силы. Ощущение громкости не идет строго параллельно нарастанию интенсивности звучания. Единицей громкости звука является бел. Эта единица представляет собой десятичный логарифм отношения действующей интенсивности звука I к пороговой его интенсивности I₀. В практике обычно используется в качестве единицы громкости децибел (дБ), т.е. 0,1 бела, иначе говоря, 10 lg ₁₀ I/Io.
Нарастание ощущения громкости при усилении звука различно в зависимости от его частоты. В среднем диапазоне слышимых частот (1000 Гц) человек замечает изменение интенсивности всего на 0,59 дБ (5,9• 10 ⁻² Б), а на краях шкалы дифференциальный порог по громкости доходит до 3 дБ (0,3 Б).
Максимальный уровень громкости, когда звук вызывает болевое ощущение, равняется 130—140 дБ над порогом слышимости человека. Таким образом, громкость звучания определяется сложным взаимодействием таких его показателей, как интенсивность (сила) и высота тона (частота).
Адаптация. Если на ухо долго действует тот или иной звук, то чувствительность слуха падает. Степень этого снижения чувствительности (адаптация) зависит от длительности, силы звука и его частоты.
Механизмы адаптации в слуховом анализаторе изучены далеко не полностью.
Известно, что сокращения m. tensor tympani и т. stapedius могут изменять интенсивность звуковой энергии, передающейся на улитку. Кроме того, раздражение определенных точек ретикулярной формации среднего мозга приводит к угнетению вызванной звуком электрической активности кохлеарного ядра и слуховой зоны коры. Анатомическим образованием, через которое может опосредоваться это влияние на рецепторы, являются волокна, направляющиеся от ретикулярной формации к улитке и слуховым передаточным нейронам.
Бинауральный слух. Человек и животные обладают пространственным слухом, т.е. способностью определять положение источника звука в пространстве. Это свойство основано на наличии двух симметричных половин слухового анализатора (бинауральный слух).
Острота бинаурального слуха у человека очень высока: он способен определять расположение источника звука с точностью порядка 1 углового градуса. Физиологической основой этого служит способность нейронных структур слухового анализатора оценивать интерауральные (межушные) различия звуковых стимулов по времени их прихода на каждое ухо и по их интенсивности. Если источник звука находится в стороне от средней линии головы, звуковая волна приходит на одно ухо несколько раньше и большей силы, чем на другое. Оценка удаленности звука от организма связана с ослаблением звука и изменением его тембра.
Бинауральный эффект часто изучают путем раздельной стимуляции правого и левого уха через наушники. При этом задержка между звуками уже в 1*10 -6 с (11 мкс) или различие в интенсивности двух звуков на 1 дБ приводит к кажущемуся сдвигу локализации источника звука от средней линии в сторону более раннего или более сильного звука. На уровне задних холмов четверохолмия и в вышерасположенных отделах слухового анализатора найдены нейроны с острой специфической настройкой па определенный ограниченный диапазон интерауральных различий по времени и интенсивности. Найдены также клетки, реагирующие лишь на определенное направление движения источника звука в пространстве.
