Слух. 
Общая психология

Слуховые ощущения

Ощущение звука — результат воздействия чередования сжатий и разрежений воздуха на рецепторы слуховой системы. Скорость распространения звука 242 м/с или 8613 км/ч. Скорость колебаний волны (цикл перехода от сжатия к разрежению) ощущается как высота звука и измеряется в герцах (в честь Генриха Герца). Один герц (1 Гц) обозначает частоту в одно колебание в секунду. Человеческое ухо способно адекватно формировать ощущения в ответ на стимуляцию звуковыми волнами в диапазоне частоты от 5 (абсолютный нижний порог) до 20 000 Гц (абсолютный верхний порог). Звуки с частотой ниже абсолютного нижнего порога — инфразвуки. Звуки с частотой выше абсолютного верхнего порога — ультразвуки.

Амплитуда колебаний волны переживается как громкость звука и измеряется в децибелах (в честь Александра Белла). Данная метрическая шкала отражает давление, которое создает звуковая волна при частоте звука в 1000 Гц. Интересно, что субъективное переживание громкости складывается из взаимодействия частоты и интенсивности звуковой волны. Так, звук с частотой 30 Гц и амплитудой волны в 80 Дб будет восприниматься одинаковой громкости со звуком частотой в 1000 Гц и амплитудой в 40 Дб. Человек способен слышать в диапазоне интенсивности от 1 (нижний абсолютный порог) до 150 Дб (верхний абсолютный порог).

При слуховом восприятии мы имеем дело со сложными звуковыми волнами различной амплитуды, частоты и формы, которые соответственно определяют такие субъективные характеристики ощущений, как громкость, высота и тембр звука. В табл. 7.6 и 7 .7 представлены примеры звуков с определенными характеристиками частоты и интенсивности.

Дифференциальный порог для высоты звука (определяется частотой звуковых колебаний) составляет для среднего человека 0,3%. Дефекты музыкального слуха объясняются снижением звуковысотной чувствительности (повышением величины дифференциальных порогов). Динамика ощущений при воздействии звуковых стимулов описывается законом Фехнера (см. подпараграф 7.2.2).

Таблица 7.6

Некоторые значения частот слышимых звуков

Таблица 7.7

Некоторые значения громкости слышимых звуков

Строение слухового анализатора

Слуховая сенсорная система состоит из трех частей: наружного уха, среднего уха и внутреннего уха (рис. 7.22). Наружное ухо состоит из ушной раковины, слухового прохода и барабанной перепонки. Главными функциями ушной раковины и слухового прохода являются защита от повреждений, усиление звуков частотой более 4000 Гц и локализация источника звука в пространстве. Барабанная перепонка предназначена для фокусировки звука. Среднее ухо включает в себя слуховые косточки (молоточек, наковальня, стремя) и евстахиеву трубу. Кроме функций, аналогичных функциям наружного уха, данная часть слуховой системы выполняет роль «замыкающего» устройства, которое прерывает передачу стимуляции, если звук слишком силен. Внутреннее ухо составляют овальное окно, улитка, базилярная мембрана, слуховой нерв и круглое окно. Звуковые волны, достигая периферии слуховой системы, оказывают давление на барабанную перепонку. Далее колебания барабанной перепонки с помощью слуховых косточек передаются на пластинку овального отверстия, которое разделяет среднее и внутреннее ухо.

Рис. 7.22. Строение среднего и внутреннего уха человека:

1 — барабанная перепонка; 2, 3, 5 — слуховые косточки; 4 — круглое окно; 6 — овальное окно; 7 — вестибулярная лестница; 8 — перепончатый канал; 9- барабанная лестница; 10 — основная мембрана Сенсорной поверхностью слухового анализатора является улитка. Внутри улитки находится основная мембрана — кусочек кожи длиной около 3,5 см. Движение жидкости внутри улитки деформирует основную мембрану, покрытую волосковыми клетками, которые и являются рецепторами слуховой системы (их насчитывается около 24 тыс.). Ганглиозные клетки соединяются с волосковыми, образуя слуховой нерв, который песет импульсы в височные доли коры головного мозга. Показано, что существует межполушарная асимметрия в восприятии звуков (Кимура, 1961). Так, речь воспринимается лучше при подаче звука на правое ухо (попадает в левую височную долю), а музыка — при подаче на левое ухо (попадает в правую височную долю).

Каким же образом смещение волосяных клеток основной мембраны улитки кодирует различные аспекты звукового сигнала? Оценка высотных характеристик звукового сигнала описывается с помощью локализационной теории, выдвинутой Г. Гельмгольцем (1863) и подробно разработанной Г. Бекеши (1899−1972), удостоенным Нобелевской премии в 1961 г. Бекеши, экспериментируя с препаратами улиток быка, выяснил, что волосяные клетки основной мембраны по-разному реагируют на звуки различной частоты. При высокой частоте звука активизируются рецепторы, расположенные вблизи овального отверстия, а при понижении высоты пик активации смещается в сторону верхушки улитки. Однако локализационная теория объясняет кодирование высоты звука только в пределах свыше 50 Гц. При частоте звука ниже 50 Гц вся поверхность основной мембраны реагирует практически равномерно. Процесс кодирования частоты звука меньше 50 Гц описывается теорией частоты. Предполагается, что в этом случае сенсорная система действует напрямую, передавая соответствующее число нервных импульсов в секунду (например, частота самой низкой ноты рояля в 27 Гц будет закодирована с помощью паттерна с характеристиками 27 импульсов в секунду). В кодировании информации о высоте звука принимают участие оба механизма. Происходит разделение зон ответственности, продиктованное прежде всего соображениями экономии. Кодирование больших величин связано с местом на мембране, а кодирование малых величин — с прямой трансформацией физического стимула в электрические импульсы. Очевидно, что такое устройство слухового аппарата определяет более качественную различительную способность для низких частот и весьма приблизительную для высоких.