Слух: дополнительная информация

Звук представляет собой серию волн давления. Звуковые волны создаются вибрирующими объектами. Вибрирующий объект давит на окружающий его воздух. Эти молекулы воздуха сталкиваются с более удаленными молекулами воздуха, запуская цепную реакцию, которая разносит волну во всех направлениях.
Наши уши заполнены сложными движущимися частями, которые преобразуют эти механические волны в нервные сигналы, которые поступают в мозг.

Точно так же, как волны, распространяющиеся от гальки, упавшей в лужу, звуковые волны распространяются от своего источника, уменьшаясь по мере удаления.

У звука есть три основных качества, которые могут различать наши уши и мозг: громкость, высота тона и тембр (ТАМ-бер). Каждое из этих свойств происходит от различных характеристик звуковой волны. Звуковые волны распространяются по воздуху с постоянной скоростью — около 343 метров в секунду, — но волны могут иметь разную форму. Форма связана с характеристиками вибрирующего объекта, который ее создает.

Громкость — это то, насколько «громким» или «тихим» является звук. Громкость — это высота или амплитуда волн: более высокие волны громче, а более короткие — тише. Громкость измеряется в единицах, называемых децибелами.

Объем – это высота или амплитуда волн.

Высота тона — это то, насколько «высокий» или «низкий» звук. Высота тона или частота связана с расстоянием между волнами (также называемым длиной волны). Волны, расположенные ближе друг к другу, имеют «высокий» тон, а волны, расположенные дальше друг от друга, имеют «низкий» тон. Звуковые волны высокого тона возникают, когда объект вибрирует быстрее или чаще; звуковые волны низкого тона возникают, когда объект вибрирует медленнее или реже. Высота звука измеряется в единицах, называемых герцами, которые представляют собой количество волн в секунду, проходящих через точку. Хотя существует множество индивидуальных различий, люди могут слышать звуки в диапазоне от 12 до 28 000 герц.

Высота тона или частота связана с расстоянием между волнами.

Тембр — это то, что мы часто воспринимаем как «текстуру» или «характер» звука. Так мы можем определить разницу между двумя музыкальными инструментами, скажем, скрипкой и фортепиано, играющими одну и ту же ноту с одинаковой громкостью. Такие вещи, как инструменты и голоса, могут иметь одну доминирующую высоту или ноту, но на самом деле они вибрируют на нескольких частотах одновременно, создавая слои волн более сложной формы. Вы можете думать об общей форме как о тембре звука.

Тембр — это то, что мы часто воспринимаем как «текстуру» или «характер» звука.

Наши уши преобразуют колебания воздуха в волны в жидкости, а затем в нервные сигналы, которые поступают в мозг. Многие части работают вместе внутри уха, чтобы сделать это возможным.

Воронки наружного уха попадают в слуховой проход.
Колебания воздуха давят на барабанную перепонку.
Кости среднего уха передают колебания от барабанной перепонки к жидкости, наполняющей улитку. Кости усиливают движение, которое само по себе очень неэффективно переходило бы из воздуха в жидкость.
Кости толкают внутрь и наружу овальное окно улитки, создавая волны в жидкости.
Жидкость заполняет непрерывную трубку, которая проходит вдоль верхней стороны улитки (здесь показана в развернутом виде), вокруг конца и обратно вдоль нижней стороны. Волны в жидкости распространяются повсюду.
Волны в жидкости заставляют гибкий слой в середине, называемый базиллярной мембраной, изгибаться и волноваться.
Волосковые клетки расположены по всей длине базилярной мембраны, как клавиши на пианино.
Звуки разной высоты вызывают образование волн в разных местах, стимулируя определенные группы волосковых клеток.
При стимуляции волосковые клетки подают сигнал нервным клеткам, которые затем передают сигнал в мозг.
Мозг интерпретирует сигналы, позволяя нам воспринимать звук.

Поперечный срез кортиева органа. Когда звуковые вибрации перемещают кортиев орган вверх и вниз, стереоцилии на верхушках волосковых клеток толкаются вперед и назад. Когда волосковые клетки движутся вверх (внизу слева), толчок к самым высоким стереоцилиям создает напряжение в кончиках звеньев, что открывает ионные ворота и позволяет ионам течь в клетки (внизу справа).

Волосковые клетки — это сенсорные клетки, которые позволяют нам слышать. Это разновидность механорецепторов (meh-KAN-oh-ree-sep-ter) — клеток, которые чувствуют движение.
Волосковые клетки получили свое название от пучка волосовидных стереоцилий (stehr-ee-oh-SIL-ee-yuh), которые торчат из верхней части клетки. Крошечные волокна, называемые концевыми звеньями, соединяют верхушку каждого «волоса» с соседними. Звенья наконечника соединены с чувствительными к растяжению ионными каналами; Вы можете думать о каналах как о крошечных дверцах-ловушках, которые при открытии позволяют ионам (заряженным молекулам, растворенным в окружающей жидкости) течь в клетку.
Когда звуковые волны заставляют базилярную мембрану изгибаться и колебаться, пучок стереоцилий толкается вперед и назад. Это движение открывает и закрывает люки, заставляя волосковые клетки высвобождать нейротрансмиттер (сигнальную молекулу) на близлежащие нервные клетки.

Очень громкие звуки вызывают волны во внутреннем ухе, настолько сильные, что они могут повредить стереоцилии волосковых клеток. Серьезное повреждение даже убьет волосковые клетки.
Как только мы теряем волосковую клетку, она исчезает навсегда; мы не можем отрастить их обратно. В каждом положении по длине улитки всего несколько волосковых клеток. Когда они повреждены, мы больше не можем слышать звук определенной частоты или высоты.
Волосковые клетки, воспринимающие высокочастотный звук, должны быть подвержены повреждению. Когда мы становимся старше, это нормально — постепенно терять слух в высоких частотах.

Взгляд вниз на верхнюю поверхность волосковых клеток морской свинки: неповрежденные (слева) и поврежденные шумовой травмой (справа). На поврежденных волосковых клетках многие стереоцилии разрушены или отсутствуют. Этот тип повреждения приводит к потере слуха и не подлежит восстановлению.