Шиффман. Слуховая система. Глава 12
Слух-источник инфо о том, что происх.в непоср.близости от нас; важен для общения, явл.осн., на которой базир.их соц.структура.
ФИЗИЧЕСКИЙ СТИМУЛ
Звуки- результат преобраз.опр.формы механич.энергии, паттерны послед-ных возмущений давления, происх.в разных средах. Большинство перед.по воздуху (колеб.ветвей камертона созд.последовательность чередующихся компрессий (сжатий), декомпрессий (разрежений) окруж.воздуха.
Радио, репрод-р стереосист.- издает звуки в результ.вибрации. То вытесняют воздух, что вызывает компрессию ( сжатие ), то втягивает воздух ( разрежение ). Громкоговоритель совершает сотни колебаний в сек., создавая паттерн чередующихся сгущений и разрежений в-ха. Звуковая волна - паттерн изменения давления в-ха, предст.в виде серий пиков и подошв; имеет форму синусоидальной волны. Цикл - единица звука; полное изменение давления, включ.сжаие, разреж.и повторное сжатие. При всём этом перемещения среды не происходит, молекулы располаг.вдоль звуковой волны.
Звуки немогут сущ-ть в вакууме,ибоегонельзяподвергнутькомпрессии. Скоростьзвука (v))втв.телахвыше,чемввжидк.,газе.Вводев4,встали,стекле-в16разбыстрее,чемвв в-хе (335м/с). При увелич.плотности- скорость зв.увеличивается. При увелич.t° в-ха на 1°, скорость увелич.на 61см/с.
Осн.характеристики звуковых волн:
1.Частота (Гц) - число циклов изменений давления (переходов от сжат.,к разряж.и обратно), происходящих в теч 1сек. Молодые воспринимают звуки частотой 20-20.000Гц; звуки, частота которых ниже 20, выше 20.000Гц, находятся ниже/выше порога воспр.чел-ка. Длиназвуковойволны - линейноерасст.междудвумяпоследовательнымикомпрессиями(λ);); она обратно пропорциональна высоте (λ=v/f). Чем больше частота звука, тем чаще в течении опр.времени измен-ся давление (тем ближе пики и подошвы примыкают др.к др.; тем короче сама волна). Низкочастотный звук имеет длинную волну, высокочаст. -коротк.
Высота звука - изменяется в выс.пред.; пси.параметр; очень низкие- басовые; оч.высокие-
дискантовые.
2.Амплитуда - кол-во изменений звукового давления, т. е.степени смещения (компрессия,декомпр.)относ.покоя.. При низком давлении ампл.мала- звук слабый; при выс.- интенсивный (интенс.и амплитуда- взаимозаменяемые). Зависит от давления (ед.измерения- силанаединицуплощади).Вакустике(изуч.упругихволн)-дин/cм^2;м^2;вмикробарах(мбар); Н/м^2; мкропаск.(мкПа).
Децибел (дБ)- логарифмич.шкала- децибельная- сокращ.огромный интервал возм.значений амплитуд, превращ.в шкалу, измер-ся от 0 до 160. Сила звука в дБ: N=20logPT/PR (PR=0,0002дин/см^2; PT-близко к ср.порогу (для зв.с частотой 1000Гц)). Децибельная шк, постр.относ.эталонного давл=0,0002- уровень зв.давления (УЗД).
Громкость - слух.ощущ., определяемый величиной амплитуды. Звук.волны с больш.амплитудами= большим измен.звук.давления (восприн.как громкие); небольш.амплитуды= незнач.изменения давлен.(тихие). Между амплитудой и громкостью нет линейной зависимости. Ампл.звука, создающего давл.26дБ, в 2 раза больше звука, созд.давл.20дБ; но первый не громче (!).
3.Сложность: окружающие звуки- это результат взаимного налож.различных волн с разными частотами (м.б.предст.своей собственной синусойдой). Самые низкие частоты- первая гармоника (фундам.)- определяют высоту сложного зв. Задетая струна колеблетсяне
т.вся целиком, но и отд.её участки. Это гармоники (обертоны) - дополнит.колебания с частотами, кратными фундам.частоте. Фундам.частота - самая низкая частота сложной зв.волны; всё более высокие частоты, кратные высоте фунд.волны- гармоники фунд.волны.
Сложн.волны, анализ Фурье - разложение сложн.волны люб.формы на компоненты, им.синусоид-ю форму. Синтез Фурье - синтез волн, им.сложные формы, из простых син- дальных волн. Высота сложн.тона - опред фунд.частотой; приблиз. равна высоте звука, котор.можно представить синусоидой с частотой близкой к фундам.част.сложного тона.
Акустич.закон Ома - мы способны воспринимать составляющие частотные компоненты сложн.звука.
Тембр- кач-во тона звука, явл.результатом числа и интенсивности гармоник, которые произв.этот звук. Высота сложного звука зависит от фундам.частоты, а тембр - от гармоник (поэтому фортепиано имеет богатый зв, наполнено обертонами; нежели инструм.,изд.чистый,однор.звук).
0.Фаза - часть цикла, проделанного волной к моменту врем. Фазовый угол- полный цикл, охарактериз.угловой мерой. Один полный цикл, у которого точка покоя= 0°;сжатие=90°; покой=180°; разреж=270°; покой=360°. Синфазны - волны (возник.одноврем, одинак.част), которые наложены др.на др.образ одну волну, амплит.котор.=сумме амплитуд. Если 1 волна достигает т.сжатия на ¼ цикла быстрее другой- разошлись по фазе 90°.
Фаза и шумоподавл. Метод шумоподавл. (деструктивн.интерфер., полн.аннул) - нейтрал.зв.давления с пом.волны той иже амплит.и частоты, но обратной по фазе (расх-ся на180°), м.б.исп.для глушения шумов (Дж.Стратт). Комп делает, по сути, анализ Фурье- вызявл.осн.обертоны и его компон.; генерир.идентичную зв.волну обратн.по фазе (расх.на 180); результат- тишина.
0.Резонанс - резкое возрастание амплитуды колебаний объекта при возд.на него источника зв., частота которого= его собств.естественной. Естеств.частота (резонансная) - ч.с которой колеблется приведенный в движ.объект (зависит от массы и упругости). Правило: чем меньше разница между резонансн.частотой объекта и частотой, возд.на него, тем легче она достигается. Наружное ухо и сл.прох. отбирают из зв.волн и усил.частоты,которые соотв. их собств.резонанснымчастотам (спос.застав.резонировать).
АНАТОМИЯ ОРГАНА СЛУХА
1.Наружное ухо. Раковина - защищает; напр.в слух.проход колебания в-ха; усил высокочаст.зв (4000Гц). Нар.слух.проход - полость вида желобка; длина=2,5-3; диам=7мм; входн.(наружн) и слепое выходн.(внутр) отв-е; защита +ловит колебания, передаёт бараб/переп. Благодаря резонансной частоте слухов.канала зв-ое давл.у бараб/п повыш на 8- 10дБ.(более чувствит.к зв.частотой 3000Гц). Бараб/перепонка - тонк.мембрана,отдел.нар.ухо отсредн.
2.Среднее ухо- трансформир.колебания бараб/п в механич.энергию, кот.передаёт внутр.уху. Заполн.в-хом, в отлич.от внутреннего. К бараб/п примыкает молоточек, к нему наковальня, далее стремячко, основ.его вставл.в овальное окно (вход во вн.ухо). Функции: Импеданс - сопротивл.,оказываемое средой при прохождении через неё зв.волн. Разность импед-сов - разн.между сопротивлением зв.волнам, имеющим место в разных средах. Концентрация колебаний бараб/п на (маленьком в отл.от неё) стремени сущ.увел-етдавл.
Акустич.рефлекс - совмесн.действие мышц (м.,направл.бараб/п (связ.с молтчкм), стремянной м. (со стрем)), напр.на снижен.чувствит-ти ср.уха. Вводится в действие перед вокализацией. Евстахиева труба - связана с глоткой.
3. Внутреннее ухо - спираль- улитка. Центральн.канал- улитковый (кохлеарный). Верхний (вестибул) канал начин.у овальн.окна, связан с нижним (барабанным); объединяются оба геликотремой - отверст.в верх.улитки. Отв.в основ.бараб канала- кругл.окно. Улитковый
канал ограничен: от вестиб- мембр.Рейсснера; от бараб.канала- базилярн.мембр. (на ней
волосковые кл).
Кортиев орган - сенсорные структ, преобраз.зв.колебания в нервн.имп-сы: волосковые кл. (внутренние волоск.кл (1 колонка); наружные (3); отделены др.от др.кортиевым тоннелем). От них отх 50.000 н-нов; каждая имеет 100 щетинок- ресничек. Генерируемые ухом звуки- отоакустические эмиссии. Движ.базил.мембраны наклон.реснички в стор.текториальной мембр.=> измен.электр.потенц.в вол-х кл-ках=> стадия преобр.механ.энерг.внейр.имп-сы.
Теория места- (Бекеши) речь о системном распред.стимульных частот на баз.м.; нейронные структ., расположенные вблизи основания мембраны (стремени), облад.большей чувствит-ю поотнош.квысокочастотнымстимулам,ан-нывблизиверхушкимембраны(геликотремы)-к низкочастотной.(Этим опред.воспр.высоты звука). Преремещ.бегущей волны в улитке: под возд.стремени нач.вибрир.овальное окно, его колеб.передаются базил.мембране, на ко.волосков.кл-ки; вдоль базил.мембр.возн.паттерн вибраций, соотв-ющий бегущейволне.
Пик бегущ.волны- место max смещения баз.мембраны. Паттерн смещ.баз.м.завис.от частоты зв.стимуляции овального окна (системн.хар-р) (низкочаст - шир-е, со сглаж.пиками, в близи верха). Кривая- огибающей бег.волны.
Временная теория - (частотная, телеф; Уивер,Брей); базил.мембрана, слух.нерв и нейронные структуры вибрируют как единое целое, воспроизводя частоту изменений давл, характ для данной зв.волны. Принцип очередн.: когда в одних н-нах возник.ПД, др.в неактивном состоян.-ПП(покоя)=> паттерн н-ной активности совпад.с частотой зв.волны.
Синтез: в воспр. низкочастотн. звуков осн.роль- механизм врем.теории (измен.частоты (20-
300) независимо от места введ.привод.к изменен.высоты зв); воспр. высокочастотн. - опред- ся т-ей места (наблюд.частотные эфф.корелировали с местом введ.электрода).
ПАТОЛОГИИ
Шум в ушах (борьба: «белый шум»). Пониение сл: пресбнакузис, кондуктивн. (кондукт- наруш.в слух канала, бараб/п, сл.косточек), сенсоральное (рез-т дисф-ии н-нов улитки: сл.нерва, кортиева орг). Аудиометр - позв.устан.интенсивность на ур-х, соотв.поргу аудиальн.воспр-я. Метод Бекеши (слежения): испыт.сам генерир.тоны разных частот, интенсивн.котор.соотв-ют порог.ур-ням воспр. Позвол.выяв.тональные пробелы- инт.частот не восприн.чел-м.
ЖИВОТНЫЕ
Баз.м.и улитка у жив длиннее => выше частота улавливаемых зв.(32.000Гц). Бекеши: мин.частота= физич.р-ру (при увелич.р-ра уха низкочаст.зв.поглощаются в меньшей степени, чем высокоч).
Глава 13
Высота звука зависит от частоты изменен.зв.давл (Гц), а громкость от амплитуды (инт-ти) зв.волны (дБ). Мин слух.порог - 3000Гц. Дифф.порог: мин.измен.интенсивности звука, необх.для созд.перц.разницы,= от 1 до 2дБ. Между интенс.зв.и громкостью нетпрям.завис.: громкость возраст.медленнее, чем интенс.(числ.мера громкости- сон)(при 3х- кр.увел.интенс.зв- гр.удваивается). Вл.частоты на громкость: при низк.ур-не интенсивности ухо чел-ка более чувств.к част.в диапаз.от 1000-4000Гц (с т.зр.громкости: при равн.инт.зв.с част.~3000Гц- громче). Частота: дифф.порог - до 1000Гц = 3Гц; отнош.Вебера (для частот 1000-10.000)= 0,004; порог различения зависит от ур-ня интенсивности: чем ниже инт.,тем выше пор.разл. Ед.измерен.высоты тона- мел (шк.колич-ной оц.высоты). Между частотойи высотой нет лин.завис: для тонов до 1000Гц высота тона (при увел.частоты) возр.быстрее, чем дл.т.с част.более 1000. При увел.интенсивн. высота выс.зв-в возрастает, а низких тонов - снижается. Явления стимулов: увел.продолж.звучания увел.распозн.тонов и
различ-е тонов разн.частот. Слуховые биения - при одноврем.стимулировании двумя разными частотами; причина - поочередное взаимн.усил.и подавл.двух зв.волн.(частота биений сложн.тона= разности частот двух стимулов.
Маскировка - присутствие 1 тона мешает воспр.др. Закономерн: чем интенсивнее маскир.тон, тем больше маскир.эффект, эфф.появл тогда, когда частоты маски и маскир.тона близки по значению.; маскир эфф.проявл сильнее, когда частота маскир.звука певосходит их собств.частоту. Гип.«занятой линии» - объясн.эфф.маскировки на осн.интерференции 2х стимул.на базил.мембране.
Усталость - врем.сниж.чувствит.к зв. Возрастание порога слух.воспр.вследствие усталости сл.- врем.сдвиг сл.порога (ВССП). Избыт.аудиальная стим.м.б.причиной необрат.сдвига (НССП). Ауд.адаптация - сниж.чувствит-ти к звуку, наступ.после продолжит.стимуляции им.
Субъект.параметры: объём, пл., консонанс, диссонанс.
Глава 14
ПРОВОД. ПУТЬ СЛ. АНАЛИЗАТОРА И Ц. СТРУКТУРЫ
Нейрофизиол.основы ауд.системы и контрол.роль мозга: н-ный импульс, возникающий в левом ухе идет в прав.полушарие и наоборот. Первая структ.с кот встреч.слух.нерв- улитковое ядро -> волокна,вых.из него распред: часть идет к овальному ядру (верхн.оливе; в том же полуш- ипсилатерально), другая контрлатерально. Овальные ядра--> нижн.холмик четверох.--> мед.коленчат.тело,таламус--> в кору г/м. Тонотопич.организация - пространственное расположение частот, характ.для н-нов слух.коры (чувст-е к бл.по знач.частотам- близко). Различия полуш: (выявл.с пом. дихотомического прослушивания - ауд.процедура, выяв.функц.различия коры получарий; разная инфо через 2 наушника) кора левого полуш - аналитика,речь (искл:если профы слушают музыку); кора правого - неверб,пространств.инфо.
Пространственное воспр. Моноуральные пр-ки: интенсивность ист.звука. Свидет-во относит.удалённости движущ.ист.зв- изменение высоты, происх благодаря эфф.Доплера (восприн.частота зв.волны зависит от скорости движ.ист.звука (при движ.частота каждой след-щей волны чуть выше предыдущей)).
Бинауральные пр-ки: интерауральные различия во времени (разница во вр.поступления в лев.и пр.ухо) и в интенсивности (звук не только перв.стимулир.ухо, кот ближе, но и стим-ет интенсивнее), связаны с факторами: эфф.предшествования (тенд.слышать только ед.звук, локал-я кот.опред-ся врем-м прибытия первого зв-ка), стереофоническое звуковоспр. (форма дихот.стим-ии, осн.на интерауральной разнице во вр.или интенс-ти, созд.впечатление объемности звука), роль движ.головы и ушн.раковины, с эхолокацией жив.и чел-ка. Различиефаз (при опр.обст.локализации ист.зв.может способствовать опред-е фазовой разности между зв.достиг.пр.и л.уха)
Эхолокация (у лет.мышей) - обусл.тем, что в аудиальной зоне мозга имеются спец.н-ны, настр.на воспр.врем.интервала между импульсом и отраж.звуком; (у чел) - способность незрячих избегать столкновения с препятствиями => проблемы: роль раннего виз.опыта в разв.невизуальных простр-х способностей слепых и создание индивид.системы ориентации как навигационного средства для незрячих.
Музыка - опыт психол.переживания, завис.от того, как слушатель воспринимает взаимосв.звуков (нот) в опред.контексте. Явления и понят.: основы записи музыки, абсол.слух, соотношение октав. Октава - (Пифагор) ед.частотного инт.,= инт.между 2мя частотами с соотнош.2:1. Нотация - нотное письмо. Эквивалентность октав -> анализ высоты тона с пом. двухмерной шкалы, основанной на его высоте и тональном хроматизме (отраж.относ.полож-е данного тона внутри данной октавы).
Амузия - следствие дисф-ии опр.зоны вис.доли, избирательно влияющей на спос.распозн.мелодии, не сказывающейся на др.акустич.спос.(локализир.источник зв.,
восприн.речь)
Восприятие мелодий осн.на распознавании опр.связей и неизменных глобальных отличит.пр-ках музык-го пассажа, т.е. в осн.воспр.музыки лежат свойств-е слушателю тенденции, проистек.из гештальт.организац-х факторов:фактор близости, сходства, общ.судьбы, замкнутости, «фигура-фон».
Цветовая синестезия - зв выз.и аудиальн.и виз.ощущ.(явл, при к.стим-е 1 сенс.модальности вызывает другую).
Роль аудиальн.сист.в воспр.речи. Воспр.речи устойчиво по отнош.к внешним возд-ям: смысл сказанного м.б.понятен даже тогда, когда речь слышна на фоне шума или искажена (при удалении групп чпстот, отс.нек.звуков, фонем). Физич.хар-ки звуков, явл.базовыми эл.речи.
Роль фонемы, спектограммы. Как чел.выдел отд.слова из непрерывн.зв.потока? - Воспр.отдельных слов способствует их знание и лингвистич.контекст.
Речь - уникальная форма стимуляции, обраб.которой требует спец.сенсорной модальности и механизмов. Теории и конц: Моторная теория речи - воспр.речи базируется на знании моторики, вовлеченной в пр-сс воспроизв.речи. Феном.категориальной перцепции - без.на том, что легче отличить др.от др.две фонемы с разным временем, необход.для возникновения зв.сигнала, чем две формы доной и той же фонемы с одинак.вр.,необх.для возникновения зв.сигнала (т.е.легче различить 2 похожих звука, если они лежат по разные стороны фонетич.границы).
Нейрофиз.док-ва отлиия речи от других звуков. Идея детекторовотличит.лингвистич.пр-ков исходит и сущ-ния н-нов, «настроенных» на обработку инфо, содержащейся в звуках чел-кой речи. Сторонники существов.специфич.сенсорной модальности исходят из того, что этот пр-сс явл. результатом функционирования спец.н-нойструктуры, в которой звуки, распозн.как речевые подвергаются обработке. Двойственноевосприятие - звуковой сигнал способен одноврем.воздейств.как на речевую, так и на неречевую (сенсорн.) модальность. Уникальность подтверждается и результатами нейрофиз.исследований (в понимании и воспроизв.речи участв. специфические зоны мозга (ц.Брока, ц.Вернике).
Как визуальная стимуляция спос.восприятию речи? - Виз.и ауд.пр-ки взаимод.др.с др.и влияют на то, что мы слышим- эфф.Мак-Гурка.
Анализ аудиальной сцены - тенденция извлекать из сложной стимуляции и слышать отдельные.не зависящие др.от др.источники зв.- аудиальные потоки; аналогична гешт.факторам группировки. Признаки, способств.извлечению из сложн.ауд.сцены отд.звуков и объединение в ауд.потоки.
Нелингвистич.голосовая коммуникация у жив-х. Типичные звуки собак, приматов.
аудиальные потоки – группы звуков, которые мы приписываем одному источнику, поскольку они обладают однородными отличительными признаками или имеют общие перцептивные характеристики.