Том 1 (1128361), страница 124
Текст из файла (страница 124)
Звук-это колебания молекул" упругой среды (в частности, воздуха), распространяющиеся в ней в виде продольной волны давления. Такие колебания среды генерируются колеблющимися телами, например камертоном нли раструбом громкоговорителя, которые передают ей энергию, сообщая ускорение ближайшим к ним молекулам. От последних энергия переходит к молекулам, расположенным чуть дальше, и т.д. Этот процесс распространяется вокруг источника звука как волна со скоростью (в воздухе) около 335 м/с. В результате колебания молекул в среде возникают зоны с большей или меньшей плотностью их упаковки, где давление соответственно выше или ниже среднего.
Амплитуда его изменения называется звуковым давлевием. Его можно измерить с помощью специальных микрофонов, зарегистрировав эффективное значение (см. учебник физики) и частотные особенности, которые и служат характеристиками звука. Как и любое другое, звуковое давление выражают в Н/м (Па), однако в акустике обычно применяют сравни- " Речь идет о колебаниях, накладывающихся на броуновское движение молекул. тельную величину — так называемый уровень звукового давлеииа (УЗД), измеряемый в децибелах (дБ). Для этого интересующее нас звуковое давление р„ делят на произвольно выбранное эталонное р„равное 2. 10 ' Н/мэ (оно близко к пределу слышимосги для человека), а десятичный логарифм частного умножают на 20.
Таким образом, Логарифмическая шкала выбрана потому, что облегчает описание широкого диапазона звукового давления в пределах слышимости. Множитель 20 объясняется просто: десятичный логарифм отношения силы звуков (1), исходно названный «бел» (в честь Александра Белла), равен Ю дБ. Однако звуковое давление р измерить легче, чем силу звука.
Поскольку последняя пропорциональна квадрату амплитуды давления ([ рэ) и 18 рэ = 2 18р, этот коэффициент введен в уравнение. Такого рода измерения проводятся в основном в технике связи. Уровень звукового давления для тона с давлением звука 2 10 ' Н/мэ, например, вычисляется следующим образом: р„2 Ю вЂ”, = 10», УЗД = 2018104 = 20.4 = 80. р, 2-10 ' Таким образом, звуковое давление 2 10 ' Н/м' соответствует УЗД 80 дБ. Легко видеть, что удвоение звукового давления повышает УЗД на 6 дБ, а увеличение в 10 раз — на 20 дБ. Ординаты на рис. 12.8 слева иллюстрируют связь между этими параметрами.
В акустике обычно уточняют: «дБ УЗД», поскольку дБ-шкала широко применяется для описания других явлений (например, напряжения) или с другими условными значениями эталонов. Дополнение «УЗД» подчеркивает, что число получено по приведенному выше уравнению с р„= 2. 10 ' Н/м~, Сила звука — это количество энергии, проходящей через единицу поверхности за единицу времени; она выражается в Вт/мэ. Величине 10 " Вт/м' в плоскости звуковой волны соответствует давление 2.
Ю-' Н/м'. Частота звука выражается в герцах (Гц); один герц равен одному циклу колебаний в секунду. Частота звука та же, что у его источника, если последний неподвижен. Звук, образованный колебаниями одной частоты, называется тоном. На рис. 12.5, А показана временная характеристика звукового давления для этого случая. Однако чистые тоны в повседневной жизни практически не встречаютаг, большинство звуков образовано наложением нескольких частот (рис. 12.5„6).
Обычно зто сочетание основной частоты и нескольких кратных ей по величине гармоник. Таковы музыкальные звука. Основная частота отражается малко Слава Ониблиотека 1то т а а то л а) 1 1 я1анааайуапсгекссп 1 1 Ьаар//уаптсо.11Ь.тп ЧАСГЬ Ш ОБЩАЯ И СНЕЦИАЛЪНАЯ СЕНСОРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Чф',~ " З)атбс«Р" г" тр степени представлены практически все частоты в диапазоне сльппнмости. Регистрируя звуковое давление шума, периодичность обнаружить не удается. д Анатомические основы слуха; периферический отдел оргикв слуха Звуковые волны направляются в слуховую систему через наружное ухо- наружный слуховой проход — к барабанной перепонке (рис.
12.6). Эта тонкая, с перламутровым блеском, мембрана отделяет слуховой проход от среднего уха, в котором также находится воздух. В полости среднего уха расположена цепочка из трех подвижно сочлененных слуховых косточек: молоточка (шайевз), наковальни (1псцз) и стремени (б)араб). «Рукоятка» молоточка прочно соединена с барабанной перепонкой, а основание стремени (которое действительно выглядит как стремя) входит в отверстие каменистой кости— овальное окво. Здесь стремя граничит с ввутреввим ухом.
Энергия звука передается в него от барабанной перепонки через колеблющиеся синхронно с ней молоточек, наковальню и стремя. Полость среднего уха соединена с глоткой евстахиевой трубой. При Рис. 12.. .б. Изменение звукового давления (р) ао времени: А чистый тон; Б музыкальный звук; и — ш м. Т-пе ио — р д осноенои музыкальной частоты; у шума — ум. периода нет в периоде сложной волны звукового давлени (Т ис. 12., я на рис..5, Б). Так как различные источники образуют разные гармоники, звуки прн одинаковой основной частоте могут различаться, чем и достигается богатство оттенков звучания при игре оркестра (25). ук, оящий из множества несвязанных между собой частот, называется шумом (рис.
12.5,Б), в частности «белым шумом», если в нем в равной Круглое окно Слух орох аестибулярная лестница — Средняя лестница Геликотрема Еестахиееа шуба Осноенал мембрана Барабаннан лестница Лернлимфа 66 Зндолимфа Рис. 12.6. Схема на жного, ру, среднего и внутреннего уха. М вЂ” молоточек, Н- нако указывают соответствующие друг другу — к, — наковальня, С вЂ” стремя. Стрелки сочленения между на оа направления дан»гения ба абанн й к альнеи и стременем и улиткоеой жидкости р а ной перепонки (когда она выгнута внутрь), 285 1 ЛАВА !2. ФИЗИОЛО! ИЯ ЧУВСТВА РАВНОВЕСИЯ, СЛУХА И РЕЧИ Психофизика слуха Янко Слава !библиотека Рог»/Гза) глотании этот проход открывается, вентилируя среднее ухо и уравнивая давление в нем с атмосферным.
При воспалительном процессе слизистые оболочки здесь набухают, закрывая просвет трубы. Если внешнее давление меняется (например, в самолете) нли воздух из полости среднего уха «откачивается», возникает разность давлений — «закладывает уши». Давление в этом воздушном пространстве важно учитывать и при нырянии; нырялыцик должен стараться, нагнетая воздух в роговой полости («продувая уши») или делая глотательные движения, уравнять его с возрастающим наружным давлением. Если это не удается, возникает опасность разрыва барабанной перепонки. Внутреннее ухо помещается в каменистой части височной кости вместе с органом равновесия.
Из-за своей формы слуховой орган назван улиткой (сос()- 1еа). Он состоит нз трех параллельных свернутых вместе каналов — барабашюй (зса1а гушрап1), средней (эса!а ше!1!а) и вестибулярюй (зса1а уезйЬц)1) лестниц. Вестибулярная и барабанная лестницы соединяются между собой через геликотрему (рис. 12.6). Они заполнены пернлимфой, сходной по составу с внеклеточной жидкое)ъю и содержащей много ионов натрия (около 140 ммоль/л Г23). Вероятно. это — ультрафильтрат плазмы.
Пространства, заполненные перилимфой и спинномозговой жидкостью, взаимосвязаны, однако их функциональные взаимоотношения неизвестны. Во всяком случае, спинномозговая жидкость и перилимфа очень сходны по химическому составу. Средняя лестница заполнена зндолимфой. Эта жидкость богата ионами калия (приблизительно 155 ммоль/л), т.е.
напоминает внутриклеточную (23. Пери- и эндолимфатические пространства улитки соединены с соответствующими областями нестибулярного аппарата (рис. 12.6). Основание стремени в овальном окне примь!кает к перилимфе вестибулярной лестницы; отверстие замыкается кольцевой связкой, так что жидкость не может просочиться в среднее ухо. Оно сообщается с основанием барабанной лестницы еше одним отверстием — круглым окном, также закрытым тонкой мембраной, удерживающей внутри перилимфу, На рис.
12.7 показано поперечное сечение улитки. Вестибулярная лестница отделена от средней рейснеровой мембраной, а средняя от барабанной — осиоиюй (базиларной) мембранои. Утолщение, проходящее вдоль последней,— кортнев орган — содержит рецепторы, окруженные опорными клетками. Рецептор»! — это волосковые клетки, несущие, однако, только стереоцилии; киноцилии у них редупированы (39]. Различают внутренние и наружные волосковые клетки, расположеннь!е соответственно в один и три ряда. У человека приблизительно 3500 внутренних и 12000 наружных волосковых клеток (123.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
