2.3.1. Строение органов слуха

Орган слуха схематически изображен на рис.2.2. Различают три крупные структуры: наружное, среднее и внутреннее ухо (соответственно 1, 2, 3). Звуковые волны от источника звука по­ступают в ушную раковину 4. Она является своеобразным рупо­ром, концентрирующим звуковую энергию. Из-за асимметрии ушной раковины диаграммы направленности не одинаковы в разных плоскостях. Это, как будет показано ниже, играет роль при определении направления на источник звука в вертикальной плоскости.

Через слуховой проход 5, представляющий собой аку­стический волновод, звуковые колебания подводятся к конусо­видной, воронкообразной барабанной перепонке 6. Слуховые косточки - молоточек 7, наковальня 8, стремячко 9, поддержи­ваемые мышцами 10, передают колебания далее. Основание стремянка закрывает овальное окно 11, отделяющее внутрен­нее ухо от среднего. Наружное и среднее ухо в совокупности являются преобразователем акустических колебаний окру­жающей среды в механические колебания стремячка, причем амплитуда колебаний увеличивается в десятки раз.

Во внутреннем ухе находятся орган равновесия - вестибу­лярный аппарат - с тремя полукружными каналами, располо­женными в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (на схе­ме не показаны), и орган слуха - спиралеобразная улитка 12 (изображена на схеме в распрямленном виде). Длина канала улитки составляет примерно 32 ...35 мм. Пространство улитки разделено на три заполненные жидкостью (лимфой) 14 канала. Они отделены друг от друга двумя перепонками - мембраной Рейснера 13 и основной мембраной 15. В жидкости внутреннего уха волновые процессы отсутствуют, так как во всем диапазоне звуковых частот длина волны в жидкости много больше длины улитки. Ширина основной мембраны у овального окна около 0,1 мм, а в конце, у вершины улитки - около 0,5 мм. На основной мембране 15 расположен кортиев орган - множество (примерно 22 тысячи) волосковых клеток, чувствительных к давлению и деформации основной мембраны. Волосковые клетки слабо связаны друг с другом и поэтому могут колебаться почти неза­висимо. С волосковыми клетками соприкасаются окончания нервных волокон. Волокна объединены в пучок 16, называемый слуховым нервом. Он соединен с улитковым ядром ствола го­ловного мозга.

Рис.2.2. Схематическое изображение органа слуха

Согласно теории Г.Флетчера основная мембрана является своеобразным анализатором частоты. Резонансная частота ка­ждого нервного волокна основной мембраны определяется па­раметрами волокна как натянутой струны и массой лимфы, со-колеблющейся в волокном. Эта масса определяется расстоя­нием от нервного волокна до овального окна. На нижних часто­тах это расстояние больше, и в колебаниях участвует большая масса лимфы. На верхних частотах расстояние меньше, и в ко­лебаниях участвует меньшая масса лимфы.

Специфическая частотная характеристика чувстви­тельности слуха, со спадами чувствительности по краям звуко­вого диапазона определяется резонансными свойствами на­ружного и внутреннего уха. Резонансная частота барабанной перепонки лежит в области частот от 1,2 до 1,4 кГц, слухового прохода - от 3 до 4 кГц, комбинация слуховых косточек - в об­ласти частот 2,5... 3,0 кГц.

Рычажное устройство среднего уха превращает аку­стическое колебание с большой колебательной скоростью и не­большим звуковым давлением в колебания лимфы с небольшой скоростью и большим давлением. Коэффициент трансформа­ции по звуковому давлению от барабанной перепонки к лимфе внутреннего уха на частоте 100 Гц равен 10, на частотах 0,5 и 2,4 кГц-15, а в областях частот 2,5... 3,0 кГц достигает 60... 100.

Преобразования звука слуховой системы в нервные раз­дражения объясняют гидродинамической теорией слуха. За ее разработку американский акустик венгерского происхождения Дьердь Бекеши в 1961 г. был удостоен Нобелевской премии.

На рис.2.2. показаны некоторые дополнительные устройства среднего и внутреннего уха. Это евстахиева труба 17, соединяющая среднее ухо с полостью носоглотки и служащая для выравнивания статических (атмосферных) давлений по обе стороны барабанной перепонки, и канал 18, ведущий к вести­булярному аппарату.