Вопрос Основные физические характеристики звука и соответствующие им сенсорные качества

• Название: Вопрос Основные физические характеристики звука и соответствующие им сенсорные качества
• Анкор: k_kolloku_po_obschey.docx
• Дата: 18.03.2019
• Размер: 1.75 Mb.
• Имя файла: k_kolloku_po_obschey.docx
• Тип: Документы; #26020
• страница: 2 из 5

Наружное ухо: ушная раковина, барабанная перепонка, наружный слуховой проход.

Функции ушной раковины: защита от механических повреждений, предотвращает попадание инородных тел, улавливает высокочастотные звуки (в пределах 4000Гц), определяет, откуда исходит звук (спереди или сзади), определяет удаленность от земли вертикально расположенных источников звука. У многих млекопитающих подвижные ушные раковины, что позволяет улавливать колебания воздуха и лучше определять локализацию источника звука. К некоторых млекопитающих нет ушных раковин (дельфины, киты - для лучшей обтекаемости), у птиц покрыты перьями, что уменьшает остроту слуха, но уменьшает уровень шума при полете.

Наружный слуховой проход: полость, имеющая вид желобка с длиной и диаметром, равными примерно 2,5-3 см и 7 мм соответственно, и с открытым входным (наружным) и слепым выходным (внутренним) отверстиями. Главная функция - улавливание звуковых колебаний и передача барабанной перепонке, усиливая вследствие резонанса чувствительность уха к таким звукам. Резонансная частота повышает давление у барабанной перепонке на 8-10Дб, после чего ухо становится чувствительным к звукам в 3000Гц, т.к. резонансная частота наружного прохода очень близка к частотам звуков, к которым чувствительная наша слуховая система.

Барабанная перепонка: тонкая, полупрозрачная мембрана, которая отделяет

наружный слуховой проход от среднего уха. Звуковое давление вызывает вибрацию перепонки, на которой изменения давления преобразуются в механическое движение.

За барабанной перепонкой находится заполненная воздухом полость среднего уха. Среднее ухо трансформирует колебания барабанной перепонки в механическую энергию, которую и передает внутреннему уху. К барабанной перепонке примыкает молоточек — первая косточка в цепи, состоящей из трех мелких косточек, которые называются слуховыми косточками и связывают среднее ухо с внутренним. Молоточек связан с наковальней, которая связана со стременем, самой мелкой из всех слуховых косточек; основание стремени вставлено в овальное окно, которое является входом во внутреннее ухо. Слуховые косточки, общая длина которых равна приблизительно 18 мм, прочно соединены связками и передают колебания барабанной перепонки овальному окну, действуя как система рычагов, причем основание стремени играет роль поршня.

Функции среднего уха: выравнивание импедансов. Наружное и среднее ухо заполнено воздухом, внутреннее - водянистой жидкостью. Предавать звук в воде гораздо сложнее, чем в воздухе. Импеданс - это сопротивление, которое оказывает среда на прохождение через нее звуковых волн (в нашем случае воздух и водянистая жидкость); разница между сопротивлениями - разность импедансов. Переход звуковой волны из воздуха в среднем ухе в улитку с водянистой жидкостью внутреннего уха создает разность импедансов. Среднее ухо преобразует импеданс воздушной среды в импеданс водной среды. Как это происходит, см. http://padabum.com/d.php?id=16751 на стр. 508-509, так как копировать сюда не имеет смысла, упростить нельзя, надо выучить.

Защитная функция:

1. к слуховым косточкам прикреплены две мышцы, предохраняющие их от чрезмерных колебаний при сильном звуке: мышца, напрягающая барабанную перепонку, связана с молоточком вблизи барабанной перепонки, а стремянная мышца— со стременем. При воздействии громких звуков (в первую очередь речь идет о звуках с частотой ниже 100 Гц), мыщцы рефлекторно сжимаются и уменьшают поток вибраций, проходящий через среднее ухо. Совместное действие этих мышц называется акустическим рефлексом. Он действует не сразу, поэтому не спасает от таких звуков, как гром или петарда. Но спасает от постепенно нарастающих звуков.

2. с помощью евстахиевой трубы. Хотя полость среднего уха имеет слепой конец, защищающий ее от непосредственного воздействия перепадов атмосферного давления, она связана с глоткой узким проходом длиной примерно 35-40 мм, называемым евстахиевой трубой. Благодаря ей давление воздуха в среднем ухе равно наружному давлению. Следовательно, когда открыт рот, давление воздуха по обе стороны барабанной перепонки одинаково. Существенная разница в давлении по обе стороны барабанной перепонки чревата её аномальными и даже болезненными смещениями. При воздействии очень громких звуков или при резких перепадах давления (например, при внезапной потере высоты самолетом) может произойти разрыв барабанной перепонки.

Костная передача звуков - передача звуковой волны во внутреннее ухо, минуя барабанную перепонку и среднее ухо (грызете орехи, морковь, звук бормашины, когда вам сверлят зубы). Звуки вызывают колебание костей черепа, что передается сразу во внутреннее ухо.
Вопрос 4. Структура внутреннего уха.

Внутреннее ухо располагается в глубине каменистой части пирамиды височной кости, оно занимает маленькое пространство, но включает важные и высокодифференцированные элементы, выполняющие слуховую и вестибулярную функции.

Еще в древние времена за свое загадочное строение внутреннее ухо было названо лабиринтом. Лабиринт состоит из костной и перепончатой частей и двух отделов - переднего и заднего. Передний лабиринт образован улиткой, задний — преддверием и системой полукружных каналов. 
Через наружную стенку посредством окна улитки и окна преддверия лабиринт сообщается с барабанной полостью.

Наружный полукружный канал способствует сообщению лабиринта с барабанным отделом лицевого нерва, входом в пещеру и пещерой. Через верхний полукружный канал внутреннее ухо контактирует с лабиринтным отделом лицевого нерва и средней черепной ямкой. Посредством заднего полукружного канала лабиринт соседствует с глубокими участками сосцевидного отростка.

Медиальная стенка преддверия формирует дно внутреннего слухового прохода. Здесь структуры лабиринта сообщаются с периневральным и околососудистым пространствами. Через внутренний слуховой проход осуществляется связь лабиринта со структурами мостомозжечкового угла. 
Посредством водопроводов преддверия и улитки лабиринт контактирует с твердой мозговой оболочкой и субарахноидальным пространством задней черепной ямки.

Костный каркас лабиринта окружен системой воздухоносных клеток, которые сливаясь, образуют лабиринтные пути. Последние связывают структуры лабиринта и среднего уха с глубинными зонами каменистой части пирамиды. Вопрос о клетках лабиринтного тракта имеет важное клиническое значение, и мы рассмотрим его в отдельной статье.



Костный каркас и перилимфатическое пространство лабиринта.

Костный лабиринт образует защитный каркас для важного и более тонкого по своему устройству перепончатого лабиринта. Форма полостей лабиринта неправильная. Компактный слой костной капсулы имеет различную толщину (в среднем до 2,5 мм).

По прочности костная капсула лабиринта уступает зубной эмали, но выше плотности бивня слона. Воспалительные процессы, длящиеся годами, могут привести к полному разрушению структур среднего уха, но вызвать лишь ограниченное повреждение костного каркаса лабиринта.

Костная капсула состоит из трех слоев. Все полости внутри лабиринта выстланы нежным эндоостом; средний слой — энходральный, наружный слой — периостольный. Средний слой капсулы постепенно подвергается окостенению. Но на протяжении всей жизни в нем сохраняются участки хрящевых волокон в виде щелей (тяжей). Они были названы Eckert-Mobius — эмбриональными центрами окостенения.

Такие щели обнаружены у окна преддверия, между нишей окна улитки и ампулой заднего полукружного канала, между верхним полукружным каналом и поддуговой ямкой, а также у основания заднего полукружного канала. Все участки сохранившегося хряща могут служить путями проникновения инфекции в полость черепа.

Отделы костного лабиринта (перилнмфатическое пространство, или цистерна) заполнены прозрачной перилимфой, которая играет роль внеклеточной жидкости. По данным Maggio (1966), в организме человека содержится до 783 мм3 перилимфы.

В перилимфе обнаружено много органических веществ, в ней высока активность ферментов фосформонэстеразы и молочной дегидрогеназы. Как в любой внеклеточной жидкости, в перилимфе преобладают ионы натрия (Na - до 140 ммоль/л. К - до 10 ммоль/л. белка - до 2-4 г/л).

Во внутреннем слуховом проходе перилимфатическое пространство сообщается с периневральным и околососудистым. Через водопровод улитки перилимфатическая цистерна напрямую связана с субарахноидальным пространством головного мозга.

Субарахноидальное пространство располагается между паутинной и мягкой оболочками и содержит спинномозговую жидкость. По составу ликвор отличается от перилимфы (К — до 4 ммоль/л» Na - до 152 ммоль/л, уровень белка — до 0.2-0,5 г/л).

Между перилимфой и спинномозговой жидкостью существует своеобразный «мембранный» барьер. Однако традиционно считают, что перилимфа фильтруется из спинномозговой жидкости, а возможно, из плазмы крови сосудов, проходящих внутри и вокруг улиткового протока.

Внутреннее ухо. Костная полость внутреннего уха, содержащая большое число камер и проходов между ними, называется лабиринтом. Он состоит из двух частей: костного лабиринта и перепончатого лабиринта. Костный лабиринт - это ряд полостей, расположенных в плотной части височной кости; в нем различают три составляющие: полукружные каналы - один из источников нервных импульсов, отражающих положение тела в пространстве; преддверие; и улитку - орган слуха. Перепончатый лабиринт заключен внутри костного лабиринта. Он наполнен жидкостью, эндолимфой, и окружен другой жидкостью - перилимфой, которая отделяет его от костного лабиринта. Перепончатый лабиринт, как и костный, состоит из трех основных частей. Первая соответствует по конфигурации трем полукружным каналам. Вторая делит костное преддверие на два отдела: маточку и мешочек. Удлиненная третья часть образует среднюю (улиточную) лестницу (спиральный канал), повторяющую изгибы улитки (см. ниже раздел УЛИТКА).
Полукружные каналы. Их всего шесть - по три в каждом ухе. Они имеют дугообразную форму и начинаются и кончаются в маточке. Три полукружных канала каждого уха расположены под прямыми углами друг к другу, один горизонтально, а два вертикально. Каждый канал имеет на одном конце расширение - ампулу. Шесть каналов расположены таким образом, что для каждого существует противолежащий ему канал в той же плоскости, но в другом ухе, однако их ампулы расположены на взаимнопротивоположных концах.
Улитка и кортиев орган. Название улитки определяется ее спирально извитой формой. Это костный канал, образующий два с половиной витка спирали и заполненный жидкостью. Внутри, на одной стенке спирального канала по всей его длине расположен костный выступ. Две плоские мембраны идут от этого выступа к противоположной стенке так, что улитка по всей длине делится на три параллельных канала. Два наружных называются лестницей преддверия и барабанной лестницей, они сообщаются между собой у верхушки улитки. Центральный, т.н. спиральный, канал улитки, оканчивается слепо, а начало его сообщается с мешочком. Спиральный канал заполнен эндолимфой, лестница преддверия и барабанная лестница - перилимфой. Перилимфа имеет высокую концентрацию ионов натрия, тогда как эндолимфа - высокую концентрацию ионов калия. Важнейшей функцией эндолимфы, которая заряжена положительно по отношению к перилимфе, является создание на разделяющей их мембране электрического потенциала, обеспечивающего энергией процесс усиления входящих звуковых сигналов.


СТРОЕНИЕ УЛИТКИ


Лестница преддверия начинается в сферической полости - преддверии, лежащем в основании улитки. Один конец лестницы через овальное окно (окно преддверия) соприкасается с внутренней стенкой заполненной воздухом полости среднего уха. Барабанная лестница сообщается со средним ухом с помощью круглого окна (окна улитки). Жидкость не может проходить через эти окна, так как овальное окно закрыто основанием стремени, а круглое - тонкой мембраной, отделяющей его от среднего уха. Спиральный канал улитки отделяется от барабанной лестницы т.н. основной (базилярной) мембраной, которая напоминает струнный инструмент в миниатюре. Она содержит ряд параллельных волокон различной длины и толщины, натянутых поперек спирального канала, причем волокна у основания спирального канала короткие и тонкие. Они постепенно удлиняются и утолщаются к концу улитки, как струны арфы. Мембрана покрыта рядами чувствительных, снабженных волосками клеток, составляющих т.н. кортиев орган, который выполняет высокоспециализированную функцию - превращает колебания основной мембраны в нервные импульсы. Волосковые клетки связаны с окончаниями нервных волокон, по выходе из кортиева органа образующих слуховой нерв (улитковую ветвь преддверно-улиткового нерва).

Вопрос номер 5. Проводящие слуховые пути и центральная часть слухового анализатора

Воспринимающей частью слухового анализатора является ухо, проводящей - слуховой нерв, центральной - слуховая зона коры головного мозга. Орган слуха состоит их трех отделов: наружного, среднего и внутреннего уха. Ухо включает не только собственно орган слуха, с помощью которого воспринимаются слуховые ощущения, но и орган равновесия, благодаря чему тело удерживается в определенном положении.

Итак, слуховой нерв - проводящая структура нашего уха, образованная нервными волокнами, примыкающими к волосковым клеткам и пронизывающая базилярную мембрану по всей её длине. Отдельные волокна, образующие слуховой нерв, объединяются так, чтобы волокна отходящие от соседних участков базилярной мембраны приходят в соседние точки слуховой коры головного мозга. Подобная организация имеет функциональное значение. Верхушка базилярной мембраны вблизи геликотремы преобразует в нервные импульсы преимущественно низкочастотные сигналы. По мере возрастания частоты сигналов зона их обработки смещается все дальше и дальше к основанию базилярной мембраны, в сторону стремени. Иными словами, организация базилярной мембраны и ее зоны ответственности – частотно специфичны. Подобная пространственно упорядоченная организация нейронных элементов, соответствующая дифференциальному подходу к обработке сигналов разных частот, называется тонотопической организацией. Функционально тонотипическая организация обеспечивает системную обработку информации об аналогичных частотах, представленной в прилегающих друг к другу нейронных структурах. Это значит , что определенная зона слуховой коры избирательно реагирует на определенные частоты. Специфичность реакции на частоту стимула присуща всем уровням аудиальной системы.

Измеряя электрическую активность отдельных волокон слухового нерва свидетельствует о том, что специфичность реакции характерна и для составдяющих его волокон. Хотя многие из них реагируют на разные звуки, преобладают волокна, настроенные на определенную частоту. Соответственно у нас есть не очень большой интервал частот, к которым мы чувствительны.

Из «кривых частотной настройки» можем заключить, что каждому настроенному на определенную частоту нервному волокну соответствует некая частота, чувствительность к которой у того максимальная, т.е. такая волна, интенсивность которой , необходимая для достижения нервным волокном его абсолютного порога, минимальна. Эта частота называется НАИЛУЧШЕЙ или ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ частотой.

Следовательно , при увеличении или уменьшении частоты стимулы по сравнению с наилучшей чувствительность волокна уменьшается и возрастает его абсолютный порог. Рез-ты подобных экспериментов свидетельствуют о том, что слуховой нерв образован волокнами, которые избирательно и точно настроены на все потенциально слышимые частоты.
Центраяльная часть слухового анализатора – слуховая кора головного мозга
Небольшой ряд фактов в виде тезисов :
Слуховая зона коры (в верхней височной извилине) воспринимает информацию от рецепторов органа слуха.

Слуховой центр речи, центр Вернике (в основании верхней височной извилины). Зона асимметрична (у правшей – в левом, а у левшей – в правом полушарии).

Слуховой центр пения (в верхней височной извилине). Зона асимметрична (у правшей – в левом, а у левшей – в правом полушарии).
слуховая зона мозговой коры, которая лежит главным образом в надвисочной плоскости верхней височной доли, но также распространяется на латеральную сторону височной доли, на большую часть островковой коры и даже на латеральную часть теменной покрышки.

Существуют две отдельные части слуховой коры: первичная слуховая кора и ассоциативная слуховая кора (называемая также вторичной слуховой корой). Первичная слуховая кора непосредственно возбуждается проекциями от медиального коленчатого тела, тогда как ассоциативная слуховая кора возбуждается вторично импульсами из первичной слуховой коры, а также проекциями из таламических ассоциативных зон, прилежащих к медиальному коленчатому телу.

Восприятие частоты звука в первичной слуховой коре. В первичной слуховой коре и ассоциативной слуховой коре обнаружены, по крайней мере, шесть тонотопических карт. В каждой из этих карт высокочастотные звуки возбуждают нейроны у одного конца карты, а низкочастотные звуки — у противоположного конца. В основном, низкочастотные звуки локализуются спереди, а высокочастотные — сзади.

Это справедливо не для всех карт.(Карты – это набор стимулов, если очень по простому) Возникает вопрос: почему слуховая кора имеет так много разных карт? Ответ, вероятно, в том, что каждая из отдельных областей анализирует одно из специфических свойств звука. Например, одна из больших карт в первичной слуховой коре, вероятно, различает сами звуковые частоты и дает человеку физическое ощущение высоты звуков. Другая карта, вероятно, используется для определения направления, откуда исходит звук.

Другие области слуховой коры выделяют особые качества, например внезапное начало звуков, или, возможно, особые модуляции, например выделение звуков определенной частоты из шума.

Диапазон частот, на которые реагирует каждый нейрон слуховой коры, гораздо уже, чем в улитке и релейных ядрах мозгового ствола. Вновь обратившись к рисунку, можно видеть, что базальная мембрана улитки стимулируется звуками всех частот, и такое же широкое звуковое представительство обнаруживается в улитковых ядрах. Однако когда возбуждение достигает мозговой коры, большинство звукочувствительных нейронов реагируют лишь на узкий, а не на широкий диапазон частот.

Следовательно, где-то по пути механизмы анализа «обостряют» реакцию на частоту. Полагают, что причиной этого обостряющего эффекта является главным образом феномен латерального торможения. Это значит, что стимуляция улитки одной частотой тормозит звуковые частоты с обеих сторон этой первичной частоты; причиной являются коллатеральные волокна, ответвляющиеся от первичного сигнального пути и оказывающие тормозное влияние на прилежащие пути. Важность такого эффекта показана также для усиления особенностей соматосенсорных, зрительных и других типов ощущений.

Многие нейроны слуховой коры, особенно в ассоциативной слуховой коре, не просто реагируют на специфические звуковые частоты в ухе. Полагают, что эти нейроны «связывают» разные звуковые частоты друг с другом или звуковую информацию с информацией от других сенсорных областей коры. Действительно, теменная часть ассоциативной слуховой коры частично перекрывает соматосенсорную область II, что, вероятно, обеспечивает возможность ассоциации слуховой информации с соматосенсорной.
6. Механизм восприятия высоты звука: теория места. (Поминовой Анны)

Базилярная мембрана вкупе с кортиевым органом способна выполнять частотный анализ сложного звука, то есть действовать как спектральный анализатор (выполняя прямое преобразование Фурье). Базилярная мембрана организована весьма замысловатым образом. Каждый тон (каждая частота) имеет свое место (свою топографию) размещения на мембране, это свойство еще называется «тонотопическим». И как раз теория базируется на тонотопической организации волосковых клеток кортиева органа.

Волосковые клетки у основания базилярной мембраны - с повышенной чувствительностью к высокочастотным звукам. А вол.клетки вблизи верхушки улитки – к низкочастотным.

Основа данной теории: разные частоты возбуждают разные участки базилярной мембраны (соответственно, волосковые клетки с их слуховыми нервами и нейронными структурами аудиальной коры), благодаря чему мы и слышим звуки разной высоты.

Автор экспериментов Бекеши.

Перемещение бегущей волны в улитке (гидродинамика внутреннего уха): (колебания) стремя-> овальное окно-> мембрана, где возникает бегущая волна(пик волны зависит от частоты, высокочастотные у стремечка, низко.-у верхушки) Кривая, на которую укладываются точки вдоль мембраны – огибающая бегущей волны.(Высокочастотные звуки создают волну у стремечка, низкоч. – колебания по всей мембране).

Влияет и интенсивность, что приводит к более выраженной нейронной активности, то есть усилению громкости.

Вывод: ощущение громкости в результате смещения базилярной мембраны.

Вопрос 7. Механизм восприятия высоты звука: временная теория

Временная теория (также называют частотной, телефонной)

Это альтернатива теории места. Авторы Уивер и Брэй.

Сторонники этой теории исходят из того, что базилярная мембрана колеблется как единое целое, воспроизводя частоту колебания звука. В результате этого потенциалы действия в нейронах слуховой системы возникают с той же частотой, какая присуща звуковому стимулу. Следовательно, частота передается слуховому нерву напрямую, в результате колебаний структурных элементов улитки, и этот процесс во многом похож на передачу звуков диафрагмой телефонного аппарата или микрофона. Т.е. при частоте стимула например 250 ГЦ слуховой нерв пропускает 250 нервных импульсов в секунду (видишь число герц – значит оно равно числу нервных импульсов в данной теории)

Воспринимаемая высота звука определяется частотой прохождения импульсов по слуховому нерву, которая, в свою очередь, коррелирует с частотой звуковой волны. Поэтому в этой теории мозг – анализатор при восприятии абсолютной высоты тона звука.

Число герц (частота звука) и нервных импульсов равно благодаря фазовому, или временному, запиранию. Время между импульсами будет определяться частотой звука, а это значит, что паттерн импульсов в слуховом нерве регулярен и имеет временную «привязку» к частоте стимула. Следовательно, информация о частоте аудиального стимула может быть закодирована и передана паттерном нейронной активности слухового нерва во времени.

Для реализации временной теории не нужна улитка и базилярная мембрана, в отличие от теории места. Но исходя из эффекта запирания фазы исследователи установили, что рыбы (у которых отсутствуют улитка и мембрана) некоторых видов (золотая рыбка) чувствительны к звукам частотой от 100 до 4000 ГЦ.

Принцип очередности. Была критика – частота возникновения потенциалов действия в единичном нервном волокне ограничена 1000 потенциалов в секунду, а это значит, что оно не способно воспринимать частоты, превышающие 1000 Гц, но человек воспринимает больше частот.

Уивер и Брэй дополнили теорию, предположили, что потенциалы действия возникают не одновременно во всех нервных волокнах, т.е. общая нейронная активность распределена между группой слуховых нервных волокон.

Паттерны нейронной активности слуховых волокон «кооперируются» таким образом, что в группе, или в «очереди», волокон потенциалы действия возникают в разное время, т, е. когда в одних волокнах возникают потенциалы действия, другие находятся в неактивном состоянии» характеризуемом потенциалом покоя. Результирующий эффект таков, что паттерн нейронной активности слуховых волокон совпадает с частотой звуковой волны. Иными словами, имеет место синхронизация паттерна нейронной активности нескольких волокон и частоты звукового стимула. Подобная трактовка называется принципом «очередности».

Увеличение амплитуды приводит к увеличению частоты импульсов потенциалов действия в каждом пучке. По мере увеличения амплитуды звука увеличивается и число нервных волокон, объединяющихся в «очереди». Результирующим эффектом увеличения амплитуды становится увеличение общего числа потенциалов действия «на одну очередь», но частота возникновения потенциалов не изменяется.

Другими словами: когда появляется новый герц (частота увеличивается, а потенциал действия еще не готов в данном волокне), то подключается второе нервное волокно, и так далее. Проще по картиночке понять на стр 523.
Вопрос 8. Восприятие громкости звука.

Громкость — один из психологических параметров аудиального восприятия и характеризует тот аспект слухового ощущения, который определяется физической интенсивностью звука, или амплитудой звукового давления. Однако связь между громкостью звука и его интенсивностью достаточно сложна, к тому же громкость звука определяется не только его интенсивностью.

Результаты, полученные методом Стивенса (методом определения величины, см. главу 2), свидетельствуют о том, что между громкостью и физической интенсивностью нет прямой зависимости: увеличение интенсивности вызывает меньшее, а не пропорциональное увеличение громкости. Иными словами, громкость растет медленнее, чем интенсивность. Чтобы привести в соответствие друг с другом эти два параметра, в качестве численной меры субъективной громкости была введена единица сон (от латинского словаsonus— звук.)

Субъективная шкала громкости. Единица шкалы громкости звука, выражающая непосредственную субъективную оценку сравнительной громкости чистого тона, сон, была предложена Стивенсом и Дэвисом (Stevens & Davis, 1938). Один сон — это громкость тона с частотой 1000 Гц, уровень интенсивности которого равен 40 дБ УЗД. И сам сон, и связанные с ним параметры, характеризующие частоту звука и его интенсивность, были приняты в качестве стандарта громкости. Графически связь между громкостью, выраженной в сонах, и интенсивностью в децибелах представлена на рис. 13.2.

Если посмотреть на рисунок, то можно увидеть, что при увеличении интенсивности, отложенной на абсциссе в децибелах, на 10 дБ, громкость, отложенная на ординате в сонах, удваивается. Например, тон, интенсивность которого равна 70 дБ, а уровень громкости — приблизительно 8 сонам, в два раза громче тона, интенсивность которого равна 60 дБ, а громкость — приблизительно 4 сонам.

В данном контексте заслуживает внимания и вторая особенность функции, графически представленной на рис. 13.2: добавление 10 дБ приводит к почти трехкратному увеличению интенсивности тона. Применительно к изменению громкости это означает, что двукратное увеличение громкости достигается трехкратным (или на 10 дБ) увеличением интенсивности. Следовательно, исходя из графика рис. 13.2 тон, соответствующий 50 дБ УЗД и имеющий громкость, равную приблизительно 2 сонам, в два раза громче (и в три раза интенсивнее) тона, соответствующего 40 дБ и имеющего громкость, равную 1 сону. Практические последствия этого явления таковы: при увеличении интенсивности тона от 40 до 50 дБ происходит значительное увеличение его громкости. Короче говоря, добавление к тону 10 дБ утраивает его интенсивность и удваивает его громкость.

Громкость и частота

Зная только децибельный уровень звука, невозможно полностью охарактеризовать его громкость. Как уже отмечалось выше (рис. 13.2), громкость звука зависит не только от физической интенсивности, или амплитуды звукового давления, но и отчастоты звука. Зависимость громкости от частоты становится очевидной, если попытаться подобрать интенсивности двух тонов с разными частотами таким образом, чтобы они воспринимались как одинаково громкие. Если, выполнив эту задачу, сравнить интенсивности звуков, то окажется, что между ними существует значительная разница.

Контуры равной громкости. Используя методы психофизики, можно определить, при каких интенсивностях тоны с разными частотами будут восприниматься как одинаково громкие. Например, испытуемому предъявляют два тона, отличающихся друг от друга и по частоте, и по интенсивности. Частота и интенсивность одного тона, называемого стандартным тоном, постоянны, а второй тон, называемый тоном сравнения, предъявляется с разными частотами и интенсивностями. Задача испытуемого — попеременно внимательно слушать стандартный тон и тон сравнения и подбирать интенсивность тона сравнения таким образом, чтобы его громкость соответствовала громкости стандартного гона. Иными словами, испытуемый изменяет уровень интенсивности тона сравнения до тех пор, пока этот тон не сравняется по громкости со стандартным. После того как подобная процедура будет выполнена для многих тонов сравнения, полученные результаты могут быть представлены графически в виде кривых, описывающих интенсивности, при которых громкость тонов разной частоты соответствует громкости стандартного тона. Эти кривые называются контурами равной громкости (а также изофоническими контурами, или — по имени авторов, которые первыми ввели их в научный оборот, кривыми Флетчера—Мансона). Все контуры равной громкости, представленные на рис. 13.3, получены для стандартных тонов разной громкости именно так, как описано выше.




Частота, Гц Рис. 13.3. Контуры равной громкости. Самая нижняя кривая - 0 фонов - описывает зависимость абсолютной чувствительности уха от частоты. Тоны, интенсивности и частоты которых лежат ниже этой кривой, не слышны.
На рис. 13.3 уровень громкости выражен в фонах (от греческогоphone — звук, голос) которые являются мерой громкости всех тонов, лежащих на данной кривой.. Все тоны, лежащие на одном и том же контуре равной громкости, звучат одинаково громко, и их громкость оценивается одинаковым числом фонов. Число фонов для данной кривой равно числу децибел стандартного тона с частотой 1000 Гц, громкость которого равна громкости всех тонов, лежащих на данной кривой. Количество фонов данного тона (независимо от его частоты) численно равно количеству децибел тона с частотой 1000 Гц, который звучит так же громко, как данный тон. В качестве примера рассмотрим кривую, отмеченную на рис. 13.3 цифрой 30. Любой звук, частота и интенсивность которого лежат на этой кривой, имеет такую же громкость, как и любой другой звук, лежащий на этой кривой, хотя частоты и интенсивности этих двух звуков и не равны между собой. Следовательно, громкость тонов с частотой 60, 300 и 6000 Гц и уровнем интенсивности 65,40 и 35 дБ соответственно равна громкости тона с частотой 1000 Гц и уровнем интенсивности, равным 30 дБ (или в соответствии с приведенным выше определением фона 30 фонам). А это значит, что тоны с частотой 60,300 и 6000 Гц и уровнем интенсивности 65, 40 и 35 дБ соответственно имеют одинаковую громкость, уровень которой соответствует 30 фонам, и любой звук, частота и интенсивность которого укладываются на эту кривую (т.е. на кривую «30*), имеют громкость, уровень которой соответствует 30 фонам. (Важно не путать фон с соном, который описан в предыдущем подразделе. Фон используется исключительно в качестве удобного способа оценки уровня громкости любого тона относительно интенсивности равного ему по громкости тона сравнения с частотой 1000 Гц.)

Кривые, на рис. 13.3 отражают зависимость воспринимаемой громкости звука от его частоты и интенсивности и являются источниками важной информации о восприятии громкости, в частности о том, в какой мере громкость зависит от частоты. Во-первых, большинство кривых имеют волнообразный характер, что свидетельствует о том, что громкость данного тона зависит от его частоты. Так и есть: тоны одинаковой интенсивности, но с разными частотами отличаются друг от друга по громкости. Влияние частоты на громкость наиболее отчетливо проявляется при средних и низких уровнях интенсивности (около 60 фонов и ниже); при высоких уровнях интенсивности (выше 60 фонов) частота практически не играет никакой роли в восприятии громкости: контуры равной громкости близки к прямым линиям. Это значит, что для громкости достаточно интенсивных тонов характерна определенная тенденция: она не зависит от частоты. При среднем и низком уровнях интенсивности, тоны с частотами ниже 1000 Гц и выше 4000 Гц звучат менее громко, чем звуки той же самой интенсивности и с частотами в интервале от 1000 до 4000 Гц. Вогнутость соответствующих участков контуров равной громкости свидетельствует о том, что для того, чтобы тоны с этими частотами имели ту же громкость, что и тоны, частоты которых соответствуют интервалу от 1000 до 4000 Гц, они должны быть более интенсивными. Степень вогнутости кривых свидетельствует также и о том, в какой мере низкие и высокие частоты нуждаются в дополнительной интенсивности для того, чтобы громкость тонов поддерживалась на постоянном уровне.

Эта зависимость обнаруживается не только в лабораторных условиях при изучении простых звуковых волн, но и в обычных житейских ситуациях. Так, если уровень интенсивности передаваемой по радио музыки низок, может создаться впечатление, что ей не хватает басовых звуков. Причина подобного явления заключается в том, что при низком уровне интенсивности чувствительность нашего слуха к низкочастотным звукам, воспринимаемым нами как басовые, понижается. Именно из-за этого многие стереоусилители имеют компенсирующий контур — специальное приспособление, предназначенное для прослушивания музыки при низких уровнях интенсивности, называемое тонкомпенсатором (некоторые усилители имеют кнопку, помеченную словом «тонкомпенсация»), которое усиливает низкие, а иногда и очень высокие частоты. Иными словами, вводя добавочное количество низких частот, контур тонкомпенсации тем самым восполняет пониженную чувствительность нашего слуха к ним. Это необходимо, ибо при уменьшении громкости усилителя (употребление этого термина в данном контексте неправомочно) относительная громкость звуков разных частот изменяется по-разному (рис. 13.3).
Частота

Хотя восприятие звука — результат взаимодействия интенсивности и частоты, многие аспекты восприятия частоты можно выделить и проанализировать отдельно. Человек с нормальным, или типичным, слухом воспринимает частоты в интервале от 20 до 20 ООО Гц. Звуки с частотой ниже 20 Гц вызывают ошушение вибрации, или «дрожи», а ощущение от звуков с частотой выше 20 ООО Гц можно сравнить с легкой щекоткой. Как мы уже отмечали выше (см. рис. 13.1 и 13.3), слуховой порог зависит и от интенсивности звука, и от его частоты, и человек может услышать лишь те звуки с очень высокими частотами, которые достаточно интенсивны.

Различение частоты

Вопрос о различении частот (т. е. вопрос о дифференциальном пороге) столь же уместен, как и вопрос о различении интенсивностей, и звучит так: каким должно быть минимальное изменение частоты (А/), чтобы наблюдатель зафиксировал его? Результаты некоторых исследований свидетельствуют о том, что при средних интенсивностях звуков человек способен уловить разницу в частотах, равную 3 Гц (в интервале частот до 1000 Гц) (Harris, 1952). В интервале частот от 1000 до 10 000 Гц различимость постоянна: отношение Всбера для этого диапазона частот в широком интервале интенсивностей остается неизменным, а именно А/// приблизительно равно 0,004. Так, чтобы быть воспринятой, разница в частотах двух звуков с частотой, примерно равной 10000 Гц, должна быть равна 40 Гц (0,004 х х 10000 Гц-40 Гц). Это значит, что если частота продолжительного тона, равная 10000 Гц увеличится или уменьшится на 40 Гц и станет равна 10040 или 9960 Гц соответственно, то это изменение будет зафиксировано наблюдателем.

Важным фактором, от которого зависит определение минимально воспринимаемого изменения частоты (дифференциального порога, или порога различения, частоты), является уровень интенсивности воспринимаемых наблюдателем звуков. Уменьшение интенсивности стимула приводит к увеличению дифференциального порога (А/) частоты. Иными словами, чем тише звук, тем труднее определить, что он отличается от других звуков, близких к нему по частоте.


Вопрос 9. Восприятие высоты звука.

Высота

Как следует из главы 12, высота тона — это субъективный психологический параметр слуха, определяющий то, насколько высоким или низким он кажется слушателю. Высота тона преимущественно зависит от частоты, но не только от нее. Как правило, высокочастотные звуки воспринимаются как высокие, а низкочастотные — как низкие. Однако между частотой звука и его высотой нет простой линейной зависимости.

Шкала количественной оценки высоты звуков (мел). Связь между высотой звука и его частотой была определена с помощью внесистемной единицы высоты звука, названной мел, и специального психофизического метода шкалирования, известного под названием метода фракционирования. По определению неким стандартом ощущения высоты звука принято ощущение, вызываемое тоном с частотой 1000 Гц и уровнем интенсивности 40 дБ, высоте которого присвоено численное значение 1000 мел. Метод фракционирования, использующий стандарт с частотой 1000 Гц, заключается в следующем. Испытуемому поочередно предъявляют два тона, интенсивность звучания которых постоянна во времени, что же касается частоты этих тонов, то фиксированное значение имеет частота только одного из них. Испытуемый изменяет частоту второго звука до тех пор, пока его высота не будет восприниматься им как равная какой-то части высоты звука с зафиксированной частотой, например его половине. Поскольку высота звука с частотой 1000 Гц равна 1000 мел, частота звука, который кажется наблюдателю в два раза менее высоким, оценивается в 500 мел. Аналогичным образом высота звука, который воспринимается как в два раза более высокий, чем звук с частотой 1000 Гц, оценивается в 2000 мел, а того, который кажется в три раза более высоким, — в 3000 мел. Распространение этой процедуры на другие частоты и экстраполяция результатов приводит к построению шкалы частота — высота, представленной на рис. 13.4 и показывающей, сколько мел соответствуют той или иной частоте. Обратите внимание на то, что единственный тон, для которого численные значения частот и мел равны, — это звук с частотой 1000 Гц (по определению).

Рис. 13.4. Зависимость высоты тона от его частоты

Высота выражена в мелах, а частота - в герцах.

Кривая показывает, как изменение частоты звука влияет на восприятие его высоты. Обратите внимание на неравномерность возрастания высоты тона при увеличении его частоты: в диапазоне частот до 1000 Гц воспринимаемая высота тона растет быстрее, чем для частот более 1000 Гц. Шкала частот - логарифмическая.

Шкала количественной оценки высоты, единицей которой является мел, свидетельствует об отсутствии линейной зависимости между частотой и высотой. Известно, что высота тонов с частотой менее 1000 Гц возрастает быстрее, чем частота, а высота тонов с частотой более 1000 Гц — медленнее, чем частота Иными словами, для звуков с частотой более 1000 Гц требуется более существенное изменение частоты для того, чтобы изменилась высота, чем для звуков с частотой менее 1000 Гц. Как видно из рис. 13.4, тоны, высота которых равна 500,2000 и 3000 мел и которые воспринимаются: первый как в два раза менее высокий, второй как в два раза более высокий, а третий как в три раза более высокий, чем стандартный тон с частотой 1000 Гц, имеют частоты, равные примерно 400,3000 и 10 000 Гц соответственно. (Хотя шкала, единицей которой является мел, и полезна, поскольку позволяет упрощенно выразить взаимосвязь частоты и высоты относительно простых звуков, в музыкальной практике она не очень эффективна.)

Высота и интенсивность

Влияние интенсивности на высоту относительно чистых тонов поддается измерению. Стивене с помощью одного наблюдателя, прошедшего специальную подготовку, провел ставшее классическим исследование, в котором определил влияние интенсивности на высоту тонов 11 частот в диапазоне от 150 до 12000 Гц (Stevens, 1935). Он последовательно предъявлял наблюдателю два тона, частоты которых отличались лишь незначительно, и наблюдатель таким образом подбирал интенсивность одного из них, чтобы они воспринимались как равные по высоте. Таким образом, у наблюдателя была возможность компенсировать разницу в частотах По мере возрастания частоты (для тонов с частотой 3000 Гц и выше) высота тона поддерживалась постоянной за счет снижения его интенсивности. Напротив, по мере возрастания частоты тонов с частотой 500 Гц и ниже их высота поддерживалась на постоянном уровне за счет увеличения интенсивности. Характер зависимости высоты звука от его частоты, выявленный этими разными способами, таков: При увеличении интенсивности высота высокочастотных тонов возрастает, а низкочастотных — снижается. Влияние интенсивности на высоту тонов со средними частотами (в диапазоне 1000-2000 Гц) минимально (см. также Gulick, 1971).

Прежде чем завершить специальное обсуждение громкости и высоты, стоит подчеркнуть различие между физическими и психологическими параметрами аудиального стимула. Важно не путать физические свойства звука — его интенсивность (или амплитуду) и частоту (и сложность) — с такими его психологическими свойствами, как громкость и высота (и тембр). Это совершенно разные характеристики звука. Более того, несмотря на то что между интенсивностью и громкостью, так же как и между частотой и высотой звука, существуют важные зависимости, у нас была возможность убедиться в том, что эти зависимости отнюдь не просты. Например, двукратное увеличение интенсивности не удваивает громкости, а двукратное увеличение частоты не удваивает высоты звука. Далее, как следует из контуров равной громкости (рис. 13.3), изменение частоты звука сказывается не только на его высоте, но, возможно, и на его громкости. Данные о физических и психологических свойствах звука, а также о единицах их измерения обобщены в табл. 13.1.
Вопрос 10. Тут было сказано, что он есть смесь 8го и 9го 

Вопрос 11. Влияние мультитональной стимуляции на восприятие звука. Биения. Маскировка.

Биение

Человек, на которого действуют два звука одинаковой интенсивности и слегка различающейся частотой, может воспринимать биения.

Биение — это восприятие одного пульсирующего тона одной высоты, примерно равного среднему значению высот обоих тонов, но с изменяющейся громкостью, которая то прибывает, то убывает.

Частота флуктуаций громкости — это разность частот двух воздействующих одновременно звуков.

Причина возникновения биений — физическая — при наложении двух колебаний с близкими частотами возникают колебания с периодически изменяющейся амплитудой и исходные звуковые волны попеременно то усиливают, то гасят друг друга.
Маскировка

Общее правило: если одновременно присутствуют два аудиальных стимула, имеющих примерно одинаковую частоту, но разную интенсивность, то тот стимул у которого более сильная интенсивность понизит или полностью затмит другой стимул. (Пример: в школе, например на перемене, все шевелятся, бегают, шумят, взаимодействуют с предметами и в соответсвии с этим, совершенно не слышно голоса учителя).

Маскировка выражается в возрастании порога восприятия одного тона, называемого тестовый тон, в следствии присутствия другого, называемый маской.

Классическими исследованиями маскировки признаны исследования Вигеля и Лейна. Обобщенные результаты предоставили Звикер и Шарф. (снизу рисунок)

На рисунке представлены результаты изучения маскировки звуков разной частоты тремя уровнями интенсивности узкого интервала частот, примерно равных 1200 Гц (указан стрелкой над словами «частота маски»). Каждая кривая отражает степень маскировки частотой 1200 Гц с определенной интенсивностью. Маскирующий эффект оценивался на основании повышения порога восприятия интенсивности тестовых тонов, частота которых отложена на абсциссе, в присутствии масок с частотой 1200 Гц и с разными интенсивностями.

Собственно, из-за присутствия маски порог повышается и это видно на рисунке.




Маскировка и активность базилярной мембраны.

Гипотеза «занятой линии»: заглушающая тестовый тон маска возбуждает ту же самую ограниченную группу волокон слухового нерва, предотвращая тем самым их стимуляцию тестовым тоном. Следовательно, маскирующий эффект проявляется тогда, когда нейронные структуры, в обычных условиях стимулируемые данным тоном, оказываются «слишком занятыми» маской, чтобы адекватно отреагировать на него.
Вопрос 12. Субъективные свойства тона. Объем и плотность. Консонанс и диссонанс.

Объем и плотность.

Объем - термин, которым характеризуют кажущийся «размер» тона, его обширность, или объемность. Возникновение этого термина основано на представлении о том, что при восприятии некоторых звуков, независимо от их высоты и громкости, создается впечатление, что они занимают больше аурального «пространства», чем другие. Когда испытуемых просят расположить тоны в соответствии со шкалой «большой-маленький», как правило, в число маленьких, или менее «объемных», преимущественно попадают высокочастотные звуки.

Второй субъективный параметр тона, которым оперируют специалисты по психоакустике,-плотность. Этим термином описывается кажущаяся «компактность», или «сжатость» («твердость»», звука, причем высокочастотные звуки воспринимаются как более плотные).

Между объемом и плотностью существует обратная зависимость: чем больше объем, тем ниже плотность, и наоборот, однако и объем, и плотность увеличиваются при увеличении интенсивного тона. При значительном увеличении интенсивности низкочастотный тон может сравняться по плотности с высокочастотным.

Консонанс и диссонанс.

Сочетание двух одновременно звучащих звуков большинством слушателей воспринимается либо как приятное, либо как неприятное. Приятное для слуха одновременное звучание разных тонов, которые смешиваются, или сливаются, друг с другом, называется консонансом. Сочетание звуков, которые звучат неслитно и «режут слух», называются диссонансом. Хотя не исключено, что для восприятия сочетания разных тонов консонанса и диссонанса важны такие факторы неаудиального характера, как привычка, культура и научение, аудиальные процессы также играют в нем определенную роль.

Частотная разница двух звуков - важное акустическое соображение, которое следует иметь в виду при решении вопроса о том, является ли их сочетание консонансом или диссонансом. Одно из объяснений возникновения диссонанса заключается в том, что близкие по частоте верхние гармоники двух фундаментальных частот придают звуку «шероховатость». Что же касается консонанса, то он возникает тогда, когда частотная разница между гармониками фундаментальных чатот достаточно велика, звуки либо воспринимаются по отдельности, либо сливаются и усиливают друг друга.

Музыкальные инструменты-это источник и сложных тонов, содержащих много высокочастотных гармоник, что усиливает впечатление «шероховатости» звучания. А это значит, то сочетание двух тонов, принадлежащих музыкальным инструментам, скорее окажется диссонансом, чем сочетание тех двух тонов, которые можно представить простой синусоидной волной.