Механизм восприятия звука

Для восприятия звуковых сигналов у человека существует взаимосвязанная система механических, рецепторных и нервных структур. Ухо действует по принципу приемника наружное ухо воспринимает звуковые колебания, среднее — усиливает их, а внутреннее — передает импульсы в мозг. Механизм слуха обусловлен деятельностью слухового анализатора, имеющего очень сложное строение. Внешний отдел слухового анализатора — наружное ухо (auris exterma) состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода и представляет собой изогнутый канал длиной 2,5—3 см. Ушная раковина, образованная эластичным хрящом сложной формы, суживаясь, подобно воронке, переходит в наружный слуховой проход и заканчивается на наружной же поверхности барабанной перепонки. Наружное ухо выполняет две функции улавливает и проводит звуковые волны к месту расположения барабанной перепонки, а также защищает слуховой проход от пыли и грязи благодаря сложной конфигурации самой ушной раковины.

Как определяется источник звука

Бинауральным эффектом (от лат. bini — два и auris — ухо) называется способность человека определять источник звукового сигнала, а также его удаленность и размеры. Чем ближе к источнику раздражения находится ухо, тем меньшее расстояние преодолевает звук. Поэтому звуковые волны, поступающие в оба уха с различного расстояния (примерно 21 см), отличаются по времени получения сигнала и силе колебаний. И даже при сильном шуме, так как все звуки воспринимаются объемно, бинауральный эффект позволяет достаточно четко вычленить среди источников звука какой-то один и определить угловое перемещение источника звука в горизонтальной плоскости с точностью 3—4°.

Воспринимая звуковые колебания воздуха, она передает их по прочно срощенной с ней звукопроводящей системе среднего уха, называемой слуховыми косточками, — молоточку (3), наковальне (4) и стремечку (5), соединенными между собой миниатюрными суставами и мышцами.

Рычажная система слуховых косточек уменьшает амплитуду звуковых колебаний, одновременно увеличивая силу звука, движение же барабанной перепонки она усиливает в 20 раз.

Мышцы барабанной полости также участвуют в процессе передачи звука через окно преддверия внутреннего уха в перилимфу, препятствуя потере силы звука при переходе из воздушной среды в жидкую.

Внутреннее ухо (aurus interma) — это полое костное образование височной кости, разделенное на каналы и полости и содержащее рецепторный аппарат слухового и вестибулярного анализаторов. Его слуховой отдел представляет собой особую полость в костном веществе, так называемую улитку, спирально 2,5 раза огибающую свою горизонтальную ось. Внутри нее находится перепончатый лабиринт. Пространство костного лабиринта заполнено перилимфой, сходной по составу с цереброспинальной жидкостью, а полость перепончатого — эндолимфой. Волнообразные колебания жидких сред приводят в действие периферическую часть звуковоспринимающего аппарата — кортиева органа, выстланного волосковыми клетками, имеющими по 30—60 коротких волосков, являющихся чувствительными антеннами. В процессе ряда химических превращений в цитоплазме волосковых клеток возникает нервный импульс, который в дальнейшем по преддверноулитковому нерву (VIII пара черепно-мозговых нервов) передается в височные доли обоих полушарий, где расположены корковые центры слуха, как раз и формирующие слуховые ощущения. Полукруглые каналы не входят в звуковоспринимающую систему, а отвечают за равновесие организма.

Среднее ухо (aurus media) находится в височной кости и состоит из трех сообщающихся воздухоносных областей.

На стенке барабанной полости, напоминающей куб объемом 0,8—1 см3, расположена барабанная перепонка, рабочая площадь которой составляет около 7 мм2.

Все программы, передаваемые по системам вещания, связи и звукозаписи предназначены для восприятия информации человеком. Поэтому требования к основным характеристикам этих систем не могут быть обоснованно сформулированы без точных сведений о свойствах слуха. Любое совершенствование системы, которое не будет ощущаться на слух, будет приводить к бессмысленной потере средств и времени. Следовательно, специалист, занимающийся разработкой или эксплуатацией систем звукозаписи и воспроизведения, должен знать основные особенности восприятия звуков ухом человека.

Орган слуха человека расположен в толще височных костей и делится на наружное ухо, среднее ухо и внутреннее ухо. К наружному уху относят ушную раковину и слуховой проход, слепо заканчивающийся барабанной перепонкой. Слуховой проход имеет слабо выраженный резонанс на частоте около 3 кГц и усиление на частоте резонанса ~ 3. Барабанная перепонка образована упругой соединительной тканью, которая колеблется под действием звуковых волн. За барабанной перепонкой находится среднее ухо, в состав которого входят: барабанная полость, заполненная воздухом; слуховые косточки и слуховая (евстахиева) труба, которая соединяет полость среднего уха с полостью глотки. Слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремя – образуют рычажную систему, которая передаёт колебания барабанной перепонки мембране овального окна, разделяющей среднее и внутреннее ухо. Эта рычажная система трансформирует колебания барабанной перепонки с большой амплитудой скорости и небольшой амплитудой давления в колебания мембраны с малой амплитудой скорости и большой амплитудой давления. Коэффициент трансформации этой системы около 50 – 60. Барабанная полость имеет слабо выраженный резонанс на частоте ~ 1200 Гц. За мембраной овального отверстия находится внутреннее ухо, состоящее из преддверия, трех полукружных каналов и улитки, заполненных жидкостью. Полукружные каналы входят в состав органа равновесия, а улитка – в состав органа слуха. Улитка представляет собой канал длинной ~32 мм, свернутый спиралью. Канал разделен по всей длине двумя перегородками: рейснеровой мембраной и базилярной (основной) мембраной

Базилярная мембрана состоит из нескольких тысяч волокон, натянутых поперек улитки, и слабо связанных между собой. Базилярная мембрана расширяется по мере удаления от овального окна. С базилярной мембраной связан орган Корти, состоящий из~23500 нервных клеток, которые называют волосковыми. С каждым волокном слухового нерва связано несколько волосковых клеток, так что в центральную нервную систему приходит около 10000 волокон. При появлении звука мембрана овального окна возбуждает колебания лимфы в вестибулярном ходе, которые заставляют колебаться волокна базилярной мембраны. Колебания волокон, в свою очередь,

возбуждают волосковые клетки. Информация о возбуждении клеток, т.е. о наличии звука, по нервным волокнам передаётся в головной мозг.

Акустика помещений

Для большинства современных помещений обеспечение комфортной акустической среды является на данный момент одним из основных функциональных требований (например, в кинотеатрах, концертных, многопрофильных и конференц-залах, офисных помещениях и др.).

Акустические свойства помещения существенно влияют на характер звуковоспроизведения в нем. Именно поэтому помещения, предназначенные, например, для лекций или концертов, должны иметь разные акустические свойства.
Один из главных критериев, оценивающих акустическое качество помещения, – это время реверберации (RT60). При большом его значении искажается восприятие музыки, уменьшается разборчивость речи, при очень малом – появляется эффект «безжизненности» помещения, «сухости» воспроизводимых произведений. Обеспечить оптимальное время реверберации (или регулировать его) в большинстве случаев позволяют современные акустические материалы и конструкции, с помощью которых создается дополнительное поглощение звука в помещении.

Для обеспечения необходимого звукопоглощения наибольшее внимание уделяется потолочному пространству. Поэтому уже довольно давно выпускаются «акустические» потолки, поглощающие звук. В больших помещениях, где для улучшения акустики не хватает одного только потолочного пространства, рекомендуется также использовать звукопоглощающие стеновые панели.
К техническим характеристикам потолочных и стеновых звукопоглотителей относятся: акустические и гигиенические показатели, влагостойкость, пожарно-технические характеристики, ударопрочность, светотехнические показатели и долговечность.
В настоящее время существуют материалы, которые пригодны для решения не только одной задачи, но и целого комплекса требований, скажем для обеспечения необходимой акустики в помещениях с повышенной влажностью, например в бассейне. При этом, естественно, данные системы обязаны решать еще и художественные задачи по формированию интерьера.
Выбор акустического материала потолка или стен зависит от разных параметров: назначения помещения, его объема, цены материала, интерьерных особенностей и др., а также от того, какую именно область частотного диапазона нужно корректировать.

С точки зрения поглощения акустические материалы можно разделить следующим образом:
— средне-высокочастотные поглотители;
— низкочастотные поглотители;
— широкополосные поглотители. К средне-высокочастотным поглотителям относятся:
— пористые материалы в виде плит, изготовленных из легких пористых материалов;
— волокнистые материалы, выполненные также в виде плит, изготовленных из минеральной или стекловаты, синтетических либо древесных волокон. Лицевая поверхность данных материалов может быть обработана специальными красками (пористыми), пропускающими воздух, покрыта акустически прозрачными тканями или неткаными материалами, а также в случае отсутствия окрасочного или тканевого слоя может иметь наружную защиту из перфорированного материала (металла, дерева и др.)
Коэффициент поглощения данных материалов находится в пределах 0,4 – 1,0 в диапазоне средних/высоких частот (500 Гц – 4 кГц). Низкочастотные поглотители:
— перфорированные материалы в виде тонких панелей с различной степенью перфорации, которые могут быть

изготовлены из гипсовых плит, МДФ, дерева и др.;
— резонансные конструкции из пористых/волокнистых материалов перфорированных/тканевых экранов и воздушного зазора.
Коэффициент поглощения данных материалов находится в пределах 0,3 – 1,0 в диапазоне низких частот (63 – 500 Гц). Поглотители в широком диапазоне частот:
— многослойные резонансные конструкции, состоящие из нескольких параллельных экранов с разной степенью перфорации и воздушным зазором разной толщины;
— акустические конструкции из перфорированных материалов и пористых поглотителей. В данном случае частотную характеристику поглощения можно регулировать подбором пористого материала и изменением воздушного зазора.

Акустический расчет помещения применяется для расчета акустики самых разнообразных помещений. Это важный этап создания благоприятной атмосферы в проектируемом помещении.

Недостаточно просто расставить громкоговорители в произвольном порядке, главное - произвести расчет, чтобы посетителям и сотрудникам было комфортно находиться в помещении. А благодаря акустическому проекту, Вы еще на бумаге сможете оценить возможности звукового комплекса, увидите уровни звукового распределения и месторасположение звукового оборудования.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: