Как происходит восприятие высоты звука кратко

Обновлено: 05.07.2024

Восприятие громкости, изменения высоты и интенсивности тона

Громкость простого тона зависит не только от его интенсивности, т.е. амплитуды отклонения колеблющихся частиц, но также и от высоты, т.е. от частоты колебаний. Громкость двух тонов, имеющих одинаковую интенсивность и разную высоту, может быть совершенно различной. Тон с частотой 1000 цикл/сек и интенсивностью, соответствующей акустическому давлению 0,1 дины/см2, является очень громким, в то время как тон, имеющий ту же интенсивность при частоте 80 цикл/сек, едва слышим.

Чтобы второй тон приобрёл такую же громкость, как тон с частотой 1000 цикл/сек, должна быть увеличена его сила. Громкость является субъективным ощущением, и поэтому было решено определять ее но отношению к громкости тона с частотой 1000 цикл/сек. Этот тон принято называть топом сравнения.
Единица измерения громкости называется соном; 1 сон соответствует 40 фонам.

В акустических измерительных таблицах наряду с величинами измерения в фонах приводятся соответствующие величины измерения в сонах.

Для тона с4 (2048 цикл/сек) порог слухового восприятия (беря средние цифры) является самым низким. Тоны в границах от 1000 до 3000 цикл,сек лучше всего воспринимаются человеческим ухом. При слишком малой интенсивности слухового раздражителя звуки не вызывают слухового ощущения; в таких случаях говорим, что раздражитель находится ниже порога слухового восприятия.

Восприятие громкости зависит не только от интенсивности тона, но также и от его высоты. Интенсивность низких и тихих тонов следовало бы значительно увеличить, чтобы можно было бы установить разницу в их громкости; для низких же и одновременно очень громких тонов требуется в данном случае значительно меньший прирост интенсивности. Эти факты обуславливают определенные исключения из логарифмического закона.

Только лишь в диапазоне тонов средней частоты при постепенном возрастании интенсивности громкость увеличивается пропорционально к логарифму интенсивности. В области тонов с частотой около 2000 цикл/сек., по отношению к которым слух является наиболее чувствительным, увеличение громкости начинает улавливаться даже при незначительном возрастании интенсивности.

Впечатление о высоте звука зависит от интенсивности. Наибольшая чувствительность человеческого уха по отношению к изменениям частоты проявляется при частоте 2000 цикл/сек. и интенсивности, равной 70 дб.

Исследования, производимые при патологических процессах органа слуха, свидетельствуют о том, что во многих случаях, например, у глухих детей, возникают значительные трудности при определении высоты тона, в то время, как реакция на изменение интенсивности благодаря специальной тренировке постепенно улучшается.

Fowler на основании исследований пришёл к заключению о том, что при патологических процессах органа слуха способность реагировать на увеличение интенсивности зависит от места повреждения слухового аппарата, т.е. от того, какой отдел пострадал: проводниковый (наружное и среднее ухо) или рецепторный (внутреннее ухо).

Восприятие высоты звуков

Ряд фактов заставил отказаться от теории Гельмгольца. Прежде всего не подтвердилось предположение, что волокна основной мембраны находятся в натянутом состоянии, подобно струнам арфы. Далее установлено, что при действии тонов определенной высоты возникают колебания одного какого-либо волокна основной мембраны, а широкого ее участка. Кроме того, при звучании низких тонов импульсы возникают в болшом количестве волокон слухового нерва, а не в отдельных его волокнах, как это следовало предполагать по теории Гельмгольца.

Другой теорией слуха была телефонная теория Резерфорда (1880), которая предполагала, что частоты колебаний потенциалов в слуховом нерве при восприятии звуков разной высоты соответствуют частотам принимаемых звуков, как это происходит в телефонном кабеле при передаче звуков по телефону. После открытия микрофонного эффекта улитки казалось, что он подтверждает телефонную теорию. Однако вскоре выяснилось, что частоты импульсов в слуховом нерве при действии высоких звуков (выше 1000 колебании в секунду) не соответствуют частоте звуковых колебаний. Так как рефрактерный период даже быстро проводящих нервных волокон не бывает ниже 1 мсек, то, следовательно, информация о действующих на ухо высоких тонах не может передаваться в центральную нервную систему в виде синхронных со звуком колебаний потенциала, т. е. по принципу, используемому в телефоне. Для передачи информации о звуковых колебаниях высокой частоты необходимо ее преобразование.

В настоящее время можно считать выясненным вопрос о механизме восприятия звуков разной высоты. Некоторые представления, легшие в основу и резонаторной и телефонной теории, оказались справедливыми.

Как было сказано выше, звуковые колебания высокой частоты вовлекают в колебательный процесс перилимфу верхнего и нижнего каналов улитки, т. е. вестибулярной и барабанной лестницы, не на всем протяжении этих каналов. Воспринимаемые мембраной овального окна колебания вызывают колебательные движения столба жидкости (перилимфы и эндолимфы) лишь на ограниченном участке вблизи овального окна. Колебания перилимфы верхнего канала передаются на перилимфу нижнего канала через основную мембрану на определенном расстоянии от начала улитки. Это расстояние тем меньше и, следовательно, место передачи колебаний с верхнего канала на нижний расположено тем ближе к овальному и круглому окну, чем выше тон, действующий на улитку.

В улитке имеют место явления резонанса. Однако резонирующим субстратом является не определенное волокно основной перепонки, как предполагал Гельмгольц, а столб жидкости определенной длины. По данным Г. Бекеши, чем выше звук, т. е. чем больше частота воспринимаемых ухом колебаний, тем меньше длина колеблющегося столба жидкости в каналах улитки и тем ближе к основанию улитки и овальному окну расположено место максимальной амплитуды колебания.

При действии звуков низкой частоты длина колеблющегося столба жидкости увеличивается и место максимальной амплитуды колебания отодвигается в сторону вершины улитки ( рис. 202 ). При колебаниях жидкости в каналах улитки колеблется и основная мембрана, причем не отдельные волокна ее, а большие или меньшие (по длине) ее участки. Естественно, что при этом будет возбуждено разное количество рецепторных клеток, расположенных на этой мембране.

Рис. 202. Схема колебаний основной мембраны при высоких (А), средних (Б) и низких (В) звуках.

При действии звуков низкой частоты окажутся возбужденными репепторные клетки вдоль всей основной мембраны; при действии же высоких тонов будет возбуждаться меньшее число клеток — только те, которые расположены на основной мембране основания улитки.

Для восприятия звуков разной высоты имеет существенное значение локализация рецепторных клеток кортиева органа, вовлекаемых в возбуждение. Это доказывается многими физиологическими экспериментами. Л. А. Андреев в лаборатории И. П. Павлова выработал у собаки условные рефлексы на тоны различной высоты, затем разрушал кортиев орган одного уха и повреждал тонкой иглой разные участки кортиева органа второго уха. Если был поврежден первый завиток улитки у ее основания, то исчезали условные рефлексы на высокие тона; если же повреждение было нанесено в области вершины улитки, то исчезали условные рефлексы на низкие тона; разрушение только среднего завитка улитки вызывало падение тонов среднего диапазона.

В опытах на морских свинках, улитка которых имеет 4½ завитка, Г. Девис обнаружил, что микрофонный эффект при отведении электрических потенциалов от основания улитки наблюдается при всех звуковых частотах, а при отведении от участков ее, расположенных ближе к ее вершине, только при действии низких звуков.

Приведенные факты приводят к заключению, что при действии тонов разной высоты, т. е. при действии звуковых колебаний разной частоты, в улитке происходит пространственное кодирование звуковой информации. Каждой высоте тона соответствует определенная длина участка основной мембраны, охваченного колебательным процессом, и определенное место на этой мембране, через которое колебания перилимфы верхнего канала передаются на перелимфу нижнего. Вследствие этого каждой высоте ктона соответствует определенное количество рецепторов, в которых возникает процесс возбуждения, а также определенная группа рецепторов, сила раздражения которых оказывается наибольшей.

При звуковых частотах выше 100—150 колебаний в секунду участок максимальной амплитуды колебаний основной мембраны не доходит до ее конца у вершины улитки и передача колебаний перилимфы с верхнего канала на нижний происходит через эту мембрану. При более низких частотах передача колебаний перилимфы происходит через геликотрему, что ведет к раздражению всех слуховых клеток. В таком случае пространственное кодирование становится невозможным. Однако оно в этих случаях становится и ненужным, так как колебания низкой частоты могут без искажений воспроизводиться волокнами слухового нерва. В этом случае информация о высоте тона может передаваться соответствующей частотой импульсов, проходящих по слуховому нерву, подобно тому как проходит передача электрических колебаний звуковой частоты по телефонному кабелю.

Таким образом, существует два механизма различения высоты тонов. При низких тонах информация о них передается по волокнам слухового нерва в виде импульсов, частота которых соответствует частоте звуковых колебаний, воспринимаемых улиткой. При действии же высоких тонов происходит пространственное кодирование.

В определенном диапазоне тонов средней высоты с частотой колебаний до 1000 в секунду (по некоторым данным и несколько более высокой) могут действовать обе системы кодирования звуковой информации: одна, основанная на передаче импульсов, частота которых соответствует частоте раздражения, и вторая, основанная на неодинаковом расположении и одинаковом количестве возбужденных рецепторных клеток.

Как получить бесплатную психологическую помощь — консультации, телефоны поддержки, курсы

Как государство будет поддерживать бизнес в период санкций

Бегство в Турцию: сто лет тому назад. Александр Васильев — о первой волне русской эмиграции

Ощущение высоты тона, связанное с частотой звука, оказывается так же логарифмично, как и ощущение громкости. На слух расстояния по высоте тона между двумя звуками кажутся нам одинаковыми, если отношение частот этих звуков одинаково. Расстояния по высоте тона называются интервалами или

музыкальными интервалами. Интервал, соответствующий отношению частот называется октавой. Простейшие для слуха интервалы следующие: унисон — 1 : 1 (два звука одинаковой частоты), октава квинта кварта большая терция малая терция — или большая секунда (или тон) — или малая секунда (или полутон) —

Рис. 1.6 Кривые дифференциального порога ощущения изменения частоты в зависимости от частоты. Надписи на кривых соответствуют уровням громкости, для которых проведены испытания

Музыкальные свойства интервалов составляют основу, на которой строится теория музыки. В технике используются понятия интервала октавы полуоктавы третьоктавы

Музыкальный интервал для двух звуковых частот можно выразить как

В этом случае единичный интервал будет иметь отношение частот , что соответствует с хорошей точностью полутону. В октаве будет 12 полутонов, в полуоктаве 6, в третьоктаве 4. Если равенство (1.11) сравнить с (1.5), то видно, что для оценки слухового восприятия следует пользоваться логарифмическим масштабом как по интенсивности звука, так и по частоте. Поэтому везде, где электроакустик встречается с аппаратом, предназначенным для приема—передачи и последующего восприятия каких-либо звуковых сигналов человеком, удобно изображать

характеристики таких аппаратов на графиках в двойном логарифмическом масштабе, например: зависимость мощности сигнала, создаваемого аппаратом, от частоты; зависимость напряжения, отдаваемого в линию каким-либо микрофоном, от частоты; падение напряжения в линии, передающей звуковой сигнал, от частоты и т. п. Поэтому шкала частот дается в октавах или полутонах или в десятичных логарифмах частоты (декадах).

Описанные выше свойства восприятия высоты тона относятся к гармонической высоте — ощущению, связанному с одновременным звучанием нескольких музыкальных тонов. Человек также способен оценивать на слух разницу по высоте между следующими друг за другом звуками. Если такая последовательность не подкрепляется гармоническим аккомпанементом (сопровождающими мелодию аккордами), оценка оказывается отличной от гармонической высоты: два звука низких частот (например, 100 и 150 Гц) кажутся отстоящими дальше друг от друга по высоте, чем два звука высоких частот (например, 2000 и 3000 Гц), хотя отношения частот и в том и в другом случае одинаковы (в данном случае квинта).

Рис. 1.7. Сравнительные шкалы 1) расстояние вдоль кортиева органа, отсчитанное от геликотермы, 2) число волосковых клеток вдоль кортиева органа, считая от геликотермы, 3) число градаций едва различимого на слух изменения высоты тона, 4) шкала частот в кГц, соответствующая местам максимального возбуждения основной мембраны; 5) шкала гармонической высоты тона, в гармонических октавах, 6) шкала мелодической высоты тона, в мелодических октавах

Ощущение расстояния по высоте, вызываемое последовательными тонами, называется мелодической высотой звука. До частоты 500 Гц мелодические и гармонические октавы совпадают. Однако в интервале частот от 500 до 8000 Гц укладывается 4 гармонических октавы а мелодических — только немного больше двух. На рис. 1.7 приведены для сравнения шкалы: частот, гармонической и мелодической высот. Там же приведен масштаб длины кортиева органа на базилярной мембране (31 мм) и шкала ступеней едва заметного на слух изменения частоты. Таких ступеней в диапазоне слышимости частот приблизительно 850.

Читайте также: