Heli kuuldav sagedusvahemik ja tingliku jaotuse terminoloogia. Sagedusteave Kõrvaga tajutav

Sageli hindame helikvaliteeti. Mikrofoni, helitöötlusprogrammi või helifaili salvestusvormingu valimisel on üks olulisemaid küsimusi, kui hästi see kõlab. Kuid mõõdetava heli ja kuuldava heli omaduste vahel on erinevusi.

Toon, tämber, oktav.

Aju tajub teatud sagedusega helisid. See on tingitud sisekõrva mehhanismi iseärasustest. Sisekõrva põhimembraanil asuvad retseptorid muudavad helivibratsiooni elektrilisteks potentsiaalideks, mis erutavad kuulmisnärvi kiude. Kuulmisnärvi kiududel on sageduse selektiivsus, mis on tingitud põhimembraani erinevates kohtades paiknevate Corti elundi rakkude ergutusest: kõrgeid sagedusi tajutakse ovaalse akna lähedal, madalaid sagedusi - spiraali ülaosas.

Heli füüsikalise omaduse, sagedusega, on tihedalt seotud helikõrgus, mida me tunneme. Sagedust mõõdetakse siinuslaine täielike tsüklite arvuna ühes sekundis (hertsides, Hz). See sageduse määratlus põhineb asjaolul, et siinuslainel on täpselt sama lainekuju. Päriselus on see omadus väga vähestel helidel. Kuid mis tahes heli võib kujutada siinusvõnkumiste komplektina. Tavaliselt nimetame sellist seadistust tooniks. See tähendab, et toon on teatud kõrgusega signaal, millel on diskreetne spekter (muusikahelid, kõne vokaalihelid), milles eristatakse siinuslaine sagedust, millel on selles komplektis maksimaalne amplituud. Laia pideva spektriga signaali, mille kõik sageduskomponendid on ühesuguse keskmise intensiivsusega, nimetatakse valgeks müraks.

Heli vibratsiooni sageduse järkjärgulist suurenemist tajutakse kui tooni järkjärgulist muutumist madalaimast (bassist) kõrgeimale.

See, millise täpsusega inimene kõrva järgi heli kõrgust määrab, sõltub tema kuulmise teravusest ja treenitusest. Inimkõrv oskab hästi eristada kahte helikõrgust lähedase tooni. Näiteks sagedusalas ligikaudu 2000 Hz suudab inimene eristada kahte tooni, mis erinevad üksteisest sageduselt 3-6 Hz või isegi vähem.

Muusikariista või hääle sagedusspekter sisaldab ühtlaste vahedega piikide jada – harmoonilisi. Need vastavad sagedustele, mis on mõne põhisageduse kordsed, mis on heli moodustavatest siinuslainetest kõige intensiivsem.

Muusikariista (hääle) eriline heli (tämber) on seotud erinevate harmooniliste suhtelise amplituudiga ning inimese tajutav helikõrgus annab kõige täpsemalt edasi baassagedust. Tämbril, olles tajutava heli subjektiivne peegeldus, puudub kvantitatiivne hinnang ja seda iseloomustatakse ainult kvalitatiivselt.

"Puhtas" toonis on ainult üks sagedus. Tavaliselt koosneb tajutav heli põhitooni sagedusest ja mitmest "lisandi" sagedusest, mida nimetatakse ülemtooniks. Ülemtoonid on põhitooni sageduse kordsed ja väiksemad selle amplituudist. Heli tämber sõltub intensiivsusest Ülemtoonide jaotus. Muusikahelide kombinatsiooni spekter, mida nimetatakse akordiks, osutub keerulisemaks. Sellises spektris on mitu põhisagedust koos kaasnevate ülemtoonidega.

Kui ühe heli sagedus on täpselt kaks korda suurem kui teise heli sagedus, siis "sobib" helilaine üks teise sisse. Selliste helide vahelist sageduskaugust nimetatakse oktaaviks. Inimese tajutav sagedusvahemik 16–20 000 Hz hõlmab ligikaudu kümmet kuni ühtteist oktaavi.

Heli vibratsiooni amplituud ja valjus.

Helivahemiku kuuldav osa jaguneb madala sagedusega helideks - kuni 500 Hz, keskmise sagedusega helideks - 500-10 000 Hz ja kõrgsageduslikeks helideks - üle 10 000 hertsi. Kõrv on kõige tundlikum keskmise sagedusega helide suhteliselt kitsale vahemikule 1000–4000 Hz. See tähendab, et sama tugevusega helisid kesksagedusalas võib tajuda valjuna ja madala sagedusega või kõrgsagedusalas - vaiksetena või üldse mitte kuulda. See helitaju omadus tuleneb sellest, et inimese eksisteerimiseks vajalik heliinformatsioon – kõne või loodushelid – edastatakse peamiselt kesksagedusvahemikus. Seega ei ole valjus mitte füüsiline parameeter, vaid kuulmisaistingu intensiivsus, heli subjektiivne omadus, mis on seotud meie taju iseärasustega.

Kuulmisanalüsaator tajub helilaine amplituudi suurenemist, mis on tingitud sisekõrva põhimembraani vibratsiooni amplituudi suurenemisest ja kasvava arvu karvarakkude stimuleerimisest elektriliste impulsside ülekandega kõrgemal sagedusel ja mööda. suurem arv närvikiude.

Meie kõrv suudab eristada heli intensiivsust vahemikus nõrgimast sosinust kõige valjema mürani, mis vastab ligikaudu 1 miljonikordsele põhimembraani liikumise amplituudi suurenemisele. Kuid kõrv tõlgendab seda heli amplituudi tohutut erinevust ligikaudu 10 000-kordsena. See tähendab, et intensiivsuse skaala on tugevalt "kokkusurutud" kuulmisanalüsaatori helitaju mehhanismi poolt. See võimaldab inimesel tõlgendada helitugevuse erinevusi äärmiselt laias vahemikus.

Heli intensiivsust mõõdetakse detsibellides (dB) (1 bel võrdub kümnekordse amplituudiga). Sama süsteemi kasutatakse ka mahu muutuse määramiseks.

Võrdluseks saame anda erinevate helide ligikaudse intensiivsuse taseme: vaevukuuldav heli (kuulmislävi) 0 dB; sosistamine kõrva lähedal 25-30 dB; keskmise helitugevusega kõne 60-70 dB; väga vali kõne (karjumine) 90 dB; rokk- ja popmuusika kontsertidel saali keskel 105-110 dB; lendu tõusva lennuki kõrval 120 dB.

Tajutava heli helitugevuse suurenemise suurusel on diskrimineerimislävi. Keskmistel sagedustel eristatavate helitugevuse gradatsioonide arv ei ületa 250, madalatel ja kõrgetel sagedustel väheneb see järsult ja on keskmiselt umbes 150.

Helil, nagu signaalil, on lõpmatu arv vibratsioone ja see võib kanda sama lõpmatu hulga teavet. Selle tajumise aste on erinev sõltuvalt kõrva füsioloogilistest võimalustest, antud juhul psühholoogilised tegurid välja arvatud. Sõltuvalt müra tüübist, selle sagedusest ja rõhust tunneb inimene selle mõju iseendale.

Inimkõrva tundlikkuse lävi detsibellides

Inimene tajub heli sagedust vahemikus 16 kuni 20 000 Hz. Kuulmetõri on tundlikud helivibratsiooni rõhule, mille taset mõõdetakse detsibellides (dB). Optimaalne tase on 35-60 dB, müra 60-70 dB parandab vaimset tööd, üle 80 dB, vastupidi, nõrgestab tähelepanu ja halvendab mõtlemisprotsessi ning pikaajaline heli tajumine üle 80 dB võib põhjustada kuulmist. kaotus.

Sagedus kuni 10-15 Hz on infraheli, mida kõrv ei taju, mis põhjustab resonantsvibratsiooni. Heli tekitatud vibratsiooni kontrollimise võime on võimsaim massihävitusrelv. Kõrvale kuuldamatu infraheli suudab läbida pikki vahemaid, edastades korraldusi, mis panevad inimesi teatud stsenaariumi järgi tegutsema, tekitavad paanikat ja õudust, panevad unustama kõik, millel pole midagi pistmist sooviga peituda, selle eest põgeneda. hirm. Ja teatud sageduse ja helirõhu suhtega on selline aparaat võimeline mitte ainult tahet maha suruma, vaid ka tapma, vigastama inimkudesid.

Inimkõrva absoluutse tundlikkuse lävi detsibellides

Vahemik 7–13 Hz kiirgab looduskatastroofe: vulkaane, maavärinaid, taifuunisid ning tekitab paanika- ja õudustunnet. Kuna ka inimkeha võnkesagedus on 8–15 Hz, siis sellise infraheli abil ei maksa resonantsi tekitamine ja amplituudi kümnekordistamine inimese enesetapuni ajamiseks või siseorganite kahjustamiseks midagi maksma.

Madalatel sagedustel ja kõrgel rõhul ilmnevad iiveldus ja kõhuvalu, mis muutuvad kiiresti tõsisteks seedetrakti häireteks ning rõhu tõus 150 dB-ni toob kaasa füüsilise kahjustuse. Siseorganite resonants madalatel sagedustel põhjustab verejooksu ja spasme, keskmistel sagedustel - närvilist erutust ja siseorganite vigastusi, kõrgetel sagedustel - kuni 30 Hz - kudede põletusi.

Kaasaegses maailmas on helirelvade väljatöötamine aktiivselt käimas ja ilmselt ei ennustanud Saksa mikrobioloog Robert Koch asjata, et on vaja otsida "vaktsineerimist" müra, nagu katku või koolera, vastu.

Inimene on planeedil elavatest loomadest tõesti kõige intelligentsem. Meie mõistus aga röövib meilt sageli üleoleku sellistes võimetes nagu keskkonna tajumine lõhna, kuulmise ja muude sensoorsete aistingute kaudu.

Seega on enamik loomi kuulmisulatuse osas meist kaugel ees. Inimese kuulmisulatus on sageduste vahemik, mida inimkõrv suudab tajuda. Proovime mõista, kuidas inimkõrv heli tajumisega seoses toimib.

Inimese kuulmisulatus tavatingimustes

Keskmine inimkõrv suudab tabada ja eristada helilaineid vahemikus 20 Hz kuni 20 kHz (20 000 Hz). Inimese vananedes aga väheneb inimese kuulmisulatus, eelkõige väheneb selle ülempiir. Vanematel inimestel on see tavaliselt palju madalam kui noorematel, samas kui imikutel ja lastel on kõrgeim kuulmisvõime. Kõrgete sageduste auditiivne tajumine hakkab halvenema alates kaheksandast eluaastast.

Inimese kuulmine ideaalsetes tingimustes

Laboris määratakse inimese kuulmisulatus erineva sagedusega helilaineid väljastava audiomeetri ja vastavalt häälestatud kõrvaklappide abil. Nendes ideaalsetes tingimustes suudab inimkõrv ära tunda sagedusi vahemikus 12 Hz kuni 20 kHz.

Kuulmisvahemik meestele ja naistele

Meeste ja naiste kuulmisvahemikus on märkimisväärne erinevus. Leiti, et naised on kõrgete sageduste suhtes tundlikumad kui mehed. Meeste ja naiste tajumine madalatest sagedustest on enam-vähem sama.

Erinevad skaalad kuulmisulatuse näitamiseks

Kuigi sagedusskaala on kõige levinum inimese kuulmisulatuse mõõtmise skaala, mõõdetakse seda sageli ka paskalites (Pa) ja detsibellides (dB). Pascalites mõõtmist peetakse aga ebamugavaks, kuna see ühik hõlmab töötamist väga suurte numbritega. Üks µPa on helilaine vibratsiooni ajal läbitav vahemaa, mis on võrdne kümnendikuga vesinikuaatomi läbimõõdust. Inimkõrvas levivad helilained läbivad palju suurema vahemaa, mistõttu on raske anda inimese kuulmisulatust paskalites.

Kõige pehmem heli, mida inimkõrv suudab ära tunda, on ligikaudu 20 µPa. Detsibelli skaalat on lihtsam kasutada, kuna see on logaritmiline skaala, mis viitab otseselt Pa skaalale. See võtab võrdluspunktiks 0 dB (20 µPa) ja jätkab selle rõhuskaala kokkusurumist. Seega võrdub 20 miljonit µPa ainult 120 dB. Nii selgub, et inimkõrva ulatus on 0-120 dB.

Kuulmisulatus on inimestel väga erinev. Seetõttu on kuulmislanguse tuvastamiseks kõige parem mõõta kuuldavate helide ulatust võrdlusskaala, mitte tavapärase standardskaala suhtes. Teste saab teha keerukate kuulmisdiagnostika vahenditega, mis suudavad täpselt määrata kuulmislanguse ulatuse ja diagnoosida selle põhjused.

MEDITSIINI ENTSÜKLOPEEDIA

FÜSIOLOOGIA

Kuidas kõrv helisid tajub?

Kõrv on organ, mis muudab helilained närviimpulssideks, mida aju suudab tajuda. Omavahel suheldes annavad sisekõrva elemendid

võime eristada helisid.

Anatoomiliselt jagatud kolmeks osaks:

□ Väliskõrv – mõeldud helilainete suunamiseks kõrva sisestruktuuridesse. See koosneb auriklist, mis on nahaaluse koega nahaga kaetud elastne kõhr, mis on ühendatud kolju nahaga ja välise kuulmekäiguga - kuulmistoruga, kaetud kõrvavahaga. See toru lõpeb kuulmekile juures.

□ Keskkõrv on õõnsus, mille sees on väikesed kuulmisluud (vasar, alasi, jalus) ja kahe väikese lihase kõõlused. Jaluse asend võimaldab sellel lüüa vastu ovaalset akent, mis on sisekõrva sissepääs.

□ Sisekõrv koosneb:

■ luulabürindi poolringikujulistest kanalitest ja labürindi vestibüülist, mis on osa vestibulaaraparaadist;

■ kochleast – tegelik kuulmisorgan. Sisekõrva kohle on väga sarnane elava teo kestaga. põiki

Näete, et see koosneb kolmest pikisuunalisest osast: scala tympani, vestibulaarne scala ja kohleaarne kanal. Kõik kolm struktuuri on vedelikuga täidetud. Sisekõrvakanalis asub Corti spiraalne elund. See koosneb 23 500 tundlikust karvast rakust, mis tegelikult koguvad helilaineid ja edastavad need seejärel kuulmisnärvi kaudu ajju.

kõrva anatoomia

väliskõrv

Koosneb auriklist ja väliskuulmekäigust.

Keskkõrv

Sisaldab kolme väikest luud: vasar, alasi ja jalus.

sisekõrv

Sisaldab kondise labürindi poolringikujulisi kanaleid, labürindi vestibüüli ja sigu.

< Наружная, видимая часть уха называется ушной раковиной. Она служит для передачи звуковых волн в слуховой канал, а оттуда в среднее и внутреннее ухо.

A Välis-, kesk- ja sisekõrv mängivad olulist rolli heli juhtimisel ja edastamisel väliskeskkonnast ajju.

Mis on heli

Heli liigub läbi atmosfääri, liikudes kõrgrõhupiirkonnast madala rõhuga piirkonda.

Helilaine

kõrgema sagedusega (sinine) vastab kõrgele helile. Roheline näitab madalat heli.

Enamik helisid, mida kuuleme, on erineva sageduse ja amplituudiga helilainete kombinatsioon.

Heli on energia vorm; helienergia kandub atmosfääris edasi õhumolekulide vibratsioonina. Molekulaarse keskkonna (õhk või muu) puudumisel ei saa heli levida.

MOLEKULIDE LIIKUMINE Atmosfääris, milles heli levib, on kõrgrõhualasid, kus õhumolekulid paiknevad üksteisele lähemal. Need vahelduvad madala rõhuga piirkondadega, kus õhumolekulid on üksteisest suuremal kaugusel.

Mõned molekulid annavad naabermolekulidega kokkupõrkel oma energia neile üle. Tekib laine, mis võib levida pikki vahemaid.

Seega edastatakse helienergiat.

Kui kõrg- ja madalrõhulained on ühtlaselt jaotunud, siis öeldakse, et toon on selge. Sellise helilaine tekitab hääletushark.

Kõne taasesitamisel tekkivad helilained jagunevad ebaühtlaselt ja on kombineeritud.

PITK JA AMPLITUUD Heli kõrguse määrab helilaine sagedus. Seda mõõdetakse hertsides (Hz) Mida kõrgem on sagedus, seda kõrgem on heli. Heli tugevuse määrab helilaine võnkumiste amplituud. Inimkõrv tajub helisid, mille sagedus on vahemikus 20 kuni 20 000 Hz.

< Полный диапазон слышимости человека составляет от 20 до 20 ООО Гц. Человеческое ухо может дифференцировать примерно 400 ООО различных звуков.

Nendel kahel härjal on sama sagedus, kuid erinev a^vviy-du (helesinine värvus vastab valjemale helile).

See on keerukas spetsialiseerunud organ, mis koosneb kolmest osast: välimine, keskmine ja sisekõrv.

Väliskõrv on helivõtuseade. Helivõnked võtavad vastu kõrvad ja edastatakse väliskuulmekanali kaudu trummikile, mis eraldab väliskõrva keskkõrvast. Heli suuna määramisel on oluline heli ülesvõtmine ja kogu kahe kõrvaga kuulmise protsess, nn biniuraalne kuulmine. Küljelt tulevad helivõnked jõuavad lähimasse kõrva mõni sekundi kümnendmurd (0,0006 s) varem kui teine. Sellest üliväikesest erinevusest heli mõlemasse kõrva saabumise ajas piisab selle suuna määramiseks.

Keskkõrv on õhuõõs, mis ühendub ninaneeluga läbi Eustachia toru. Trummi membraanilt tulevad vibratsioonid edastavad läbi keskkõrva 3 omavahel ühendatud kuulmisluu – vasar, alasi ja jalus ning viimane edastab need ovaalse akna membraani kaudu sisekõrvas – perilümfis oleva vedeliku vibratsioonid. . Tänu kuulmisluudele väheneb võnkumiste amplituud ja suureneb nende tugevus, mis võimaldab sisekõrvas liikuma panna vedelikusamba. Keskkõrval on spetsiaalne mehhanism helitugevuse muutustega kohanemiseks. Tugevate helide korral suurendavad spetsiaalsed lihased kuulmekile pinget ja vähendavad kangi liikuvust. See vähendab vibratsiooni amplituudi ja sisekõrv on kaitstud kahjustuste eest.

Sisekõrv koos selles paikneva sisekõrvaga asub oimuluu püramiidis. Inimese sisekõrval on 2,5 spiraali. Sisekõrvakanal on jagatud kahe vaheseinaga (peamembraan ja vestibulaarmembraan) kolmeks kitsaks käiguks: ülemine (scala vestibularis), keskmine (membraanne kanal) ja alumine (scala tympani). Sisekõrva ülaosas on auk, mis ühendab ülemist ja alumist kanalit ühtseks, mis läheb ovaalsest aknast kõrveti tippu ja sealt edasi ümaraknasse. Nende õõnsus on täidetud vedelikuga - perilümfiga ja keskmise membraanse kanali õõnsus on täidetud erineva koostisega vedelikuga - endolümf. Keskmises kanalis on heli vastuvõttev aparaat - Corti organ, milles on helivibratsiooni retseptorid - juukserakud.

Heli tajumise mehhanism. Heli tajumise füsioloogiline mehhanism põhineb kahel sisekõrvas toimuval protsessil: 1) eri sagedusega helide eraldumine kohas, kus need kõige suuremat mõju avaldavad kõri peamembraanile ja 2) mehaaniliste vibratsioonide muutumine närviliseks ergutuseks. retseptorrakkude poolt. Ovaalse akna kaudu sisekõrva sisenevad helivibratsioonid kanduvad edasi perilümfi ja selle vedeliku vibratsioonid põhjustavad põhimembraani nihkeid. Heli kõrgusest sõltub võnkuva vedeliku samba kõrgus ja vastavalt ka põhimembraani suurima nihke koht. Seega erinevatel helikõrgustel erutuvad erinevad karvarakud ja erinevad närvikiud. Heli intensiivsuse suurenemine toob kaasa ergastatud juukserakkude ja närvikiudude arvu suurenemise, mis võimaldab eristada helivibratsiooni intensiivsust.
Vibratsiooni muundumine ergastusprotsessiks viiakse läbi spetsiaalsete retseptorite - juukserakkude abil. Nende rakkude karvad on sukeldatud sisemembraani. Mehaanilised vibratsioonid heli mõjul põhjustavad sisemembraani nihkumist retseptorrakkude suhtes ja karvade paindumist. Retseptorrakkudes põhjustab karvade mehaaniline nihkumine ergastusprotsessi.

helijuhtivus. Eristage õhu ja luu juhtivust. Tavatingimustes on inimesel ülekaalus õhujuhtivus: helilaineid püüab kinni väliskõrv ning õhuvõnked kanduvad läbi väliskuulmekäigu kesk- ja sisekõrva. Luujuhtivuse korral kanduvad helivõnked kolju luude kaudu otse kõrvuni. See helivibratsiooni edasikandumise mehhanism on oluline, kui inimene sukeldub vee alla.
Inimene tajub tavaliselt helisid sagedusega 15 kuni 20 000 Hz (vahemikus 10-11 oktaavi). Lastel ulatub ülempiir 22 000 Hz, vanusega see väheneb. Suurim tundlikkus leiti sagedusvahemikus 1000 kuni 3000 Hz. See piirkond vastab inimese kõnes ja muusikas kõige sagedamini esinevatele sagedustele.