Аудиология и слухопротезирование. 1 часть

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Л.И.РУЛЕНКОВА, О.И.СМИРНОВА
АУДИОЛОГИЯ И
СЛУХОПРОТЕЗИРОВАНИЕ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Для студентов дефектологических факультетов
высших педагогических учебных заведений
Москва. Академия. 2003
1
УДК 616.28.008.1(075.8) ББК 56.8я73 Р85
Издательская программа «Специальная педагогика
и специальная психология для педагогических вузов и колледжей»
Руководитель программы — доктор педагогических наук,
профессор Н. М. Назарова
Рецензенты:
доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент АМН
А.И.Лопотко; кандидат биологических наук, профессор
Л.В.Ананьева
Руленкова Л. И., Смирнова О. И.
Р85
Аудиология и слухопротезирование: Учеб. пособие для студ.
высш. пед. учеб. заведений. — М.; Издательский центр «Академия»,
2003. — 208 с. 15ВК 5-7695-0964-3
В учебном пособии обобщены и систематизированы знания по
анатомии и физиологии органов слуха, представлены современные
методы исследования и диагностики слуха, а также подбора и
применения слуховой аппаратуры. Впервые представлены новейшие
сведения по слухопротезированию,
описаны
последние
модели
звукоусиливающей аппаратуры.
Может быть использовано педагогами специальных учебных заведений и родителями глухих и слабослышащих детей.
УДК 616.28.008.1(075.8) ББК 56.8я73
Учебное издание Руленкова Людмила
Ивановна,
Смирнова Ольга Ивановна
2
Аудиология и слухопротезирование
Учебное пособие
Редактор Е.А.Кречетова. Ответственный редактор И. Б. Чистякова.
Технический редактор Н.И.Горбачева. Компьютерная верстка:
Р.Ю.Волкова.
Корректоры В.Н.Рейбекель, М.А.Суворова Изд. № А409. Подписано в печать 17.03.2003. Формат 60x90/16.
Гарнитура «Тайме». Бумага тип. № 2. Печать офсетная. Усл. печ.
л. 13,0. Тираж 20000 экз. (1-й завод 1— 5100 экз.). Заказ №
1601
Лицензия ИД № 02025 от 13.06.2000. Издательский центр «Академия».
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.02.953.Д.002682.05.01
от 18.05.2001. 117342, Москва, ул. Бутлерова, 17-Б, к. 223. Тел./факс:
(095)330-1092, 334-8337.
Отпечатано с готовых диапозитивов
на ОАО «Альянс «Югполиграфиздат» ИПК «Офсет»
400001, г. Волгоград, ул. КИМ,
181 III 5 7685 0864 3 Руленкопа Л. И., Смирнова О. И., 2003 Издательский
центр «Академия», 2003
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие………………………………………………………………. 4
3
Глава 1. Анатомия и физиология органов слуха……………………….. 5
1.1. Некоторые сведения по истории развития
аудиологии ………………………………………………………………….. 5
1.2. Анатомическое строение органа слуха……………………………...
1.2.1. Наружное ухо…………………………………………………………
11
1.2.2. Среднее ухо……………………………………………………………12
1.2.3. Внутреннее ухо………………………………………………………..17
9
1.3. Проводящая и центральная (корковая) части слухового
анализатора……………………………………………………………………22
1.4. Физиология слухового анализатора………………………………….25
1.4.1. Звукопроводящий аппарат……………………………………………26
1.4.2. Звуковоспринимающий аппарата…………………………………….30
Глава 2. Общие сведения о физиологической акустике……………………36
2.1. Физические характеристики звуковых колебаний…………………..36
2.1.1. Звук и его виды…………………………………………………………37
2.2. Психоакустические характеристики слуха……………………………51
2.2.1. Адаптация (слуховая чувствительность)………………………………51
2.2.2. Маскировка………………………………………………………………52
2.2.3. Ототопика…………………………………………………………………52
2.2.4. Громкость…………………………………………………………………53
2.2.5. Высота…………………………………………………………………….54
2.2.6. Бинауральное восприятия……………………………………………….55
2.3. Физиология восприятия речевых сигналов…………………………….56
2.3.1. Акустика речи……………………………………………………………56
2.3.2. Разборчивость речи,……………………………………………………..58
Глава 3. Причины снижения слуха у детей и их
классификация……………..60
3.1. Причины снижения слуха у детей……………………………………….60
3.1.1. Наследственные нарушения слуха………………………………………61
3.1.2. Врожденные нарушения слуха…………………………………………..62
3.1.3. Приобретенные нарушения слуха……………………………………….63
3.2. Классификации нарушений слуха……………………………………….66
Глава 4. Методы исследования слуха................................................................ 69
4.1. Условия проведения обследования слуха и его основные
этапы...................................................................................................................... 69
4.2. Обследование маленьких детей...................................................................71
4.3. Методы исследования без применения технических
средств....................................................................................................................72
4.3.1. Исследование слухового восприятия шепотной
и разговорной
речью..............................................................................................72
4.3.2. Исследование слуха камертонами...................................
4
……………….74
4.4. Методы исследования слуха с помощью современной
аппаратуры................................................................................... …………..74
4.4.1. Аудиометрические психоакустические методы
исследования...................................................................... ………………..75
4.4.2. Акустическая импедансометрия........................................................88
4.4.3. Регистрация слуховых вызванных потенциалов (компьютерная
аудиометрия)...................................................................................................93
4.4.4. Отоакустическая эмиссия..................................................................98
4.4.5. Функциональная диагностика............................................................99
Глава 5. Слухопротезирование....................................................................107
5.1. Краткие сведения по истории слухопротезирования........................107
5.2. Принципы и способы компенсации нарушений слуха
с помощью слухового аппарата...................................................................116
5.3. Слуховые аппараты индивидуального пользования..........................118
5.3.1. Заушный слуховой аппарат................................................................118
5.3.2. Внутриушной слуховой аппарат........................................................118
5.3.3. Базовые критерии оценки слухопротезирования............................120
5.4. Слухопротезирование детей................................................................123
5.5. Индивидуальные внутриушные вкладыши........................................126
5.6. Подбор слуховых аппаратов с использованием методов речевой
аудиометрии.................................................................................................127
5.7. Бинауральное слухопротезирование..................................................134
Глава 6. Кохлеарная имплантация..............................................................140
Глава 7. Звукоусиливающая аппаратура коллективного
пользования..................................................................................................152
7.1. Стационарная звукоусиливающая проводная аппаратура..............152
7.2. Беспроводные системы звукоусиливающей аппаратуры................155
7.3. Индукционная петля............................................................................156
7.4. Слуховые тренажеры ..........................................................................158
7.4.1. Речевой тренажер «RST»..................................................................158
7.4.2. Фонатор...............................................................................................159
7.4.3. Мини-фонатор....................................................................................159
7.4.4. Слухоречевые тренажеры отечественного
производства................................................................................................160
Литература...................................................................................................163
5
ПРЕДИСЛОВИЕ
Проблема снижения слуха волновала людей всегда. Глухота считалась и
считается одним из самых тяжелых недугов, так как влечет за собой немоту
— потерю речи, вследствие чего нарушается связь человека с
окружающими людьми и, как результат, возможна полная или достаточно
ощутимая его изоляция.
Врачи и сурдопедагоги постоянно искали и ищут пути восстановления
(хотя бы частично) слуховой функции, ее компенсации и возвращения
человека в мир звуков, формирования способности речевого общения при
ограниченных анализаторных возможностях. В настоящее время
существуют различные методы и системы реабилитации и обучения детей с
нарушениями слуха. И все они предполагают развитие слухового
восприятия, использование звукоусиливающей аппаратуры.
Авторы настоящей работы попытались обобщить и систематизировать
знания по аудиологии, в том числе по анатомии и физиологии органов
слуха, вскрыть причины снижения слуха, классифицировать их, рассказать
о современных методах исследования слуха. В этом учебном пособии
впервые
представлены
новейшие
сведения
о
проблемах
слухопротезирования и рассмотрены последние модели звукоусиливающей
аппаратуры.
Каждому молодому специалисту, посвятившему себя работе со
слабослышащими и глухими детьми, необходимо обладать знаниями о
диагностике слуха, о методах и приемах подбора слуховой аппаратуры, ее
видах и типах, способах применения. Следует помнить, что хорошие
результаты в развитии слухового восприятия и речи детей, имеющих
нарушения слуха, можно получить только при использовании правильно
подобранного и настроенного слухового аппарата; в противном случае
можно нанести вред ребенку и вызвать у него негативное отношение к
ношению аппарата.
Авторы выражают глубокую признательность за предоставленные
материалы Центру-Поликлинике «СУВАГ» (Загреб, Хорватия), фирме
«Сименс» (Германия
6
Глава 1 АНАТОМИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ ОРГАНОВ СЛУХА
1.1. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ
АУДИОЛОГИИ
Аудиология — учение о слухе — одна из наиболее молодых областей
науки. Ее оформление как самостоятельной медицинской специальности
состоялось в 1948 г. на Международном конгрессе в Стокгольме.
Основной задачей аудиологии является всестороннее изучение слуховой
функции в норме и при различных патологических состояниях для того,
чтобы результаты этого изучения могли быть максимально использованы
для диагностики, профилактики, лечения и компенсации недостатков
слухового восприятия.
История аудиологии неразрывно связана с достижениями клинической
отиатрии, физики, физиологии, электроники, акустики. Практические
основы аудиологии были заложены в глубокой древности. Человечество
издавна стремилось познать сущность окружающих звуков и
использовать их в своих интересах. С помощью звуковых сигналов люди
обрели возможность общаться друг с другом, ориентироваться в
различной обстановке, предупреждать об опасности и т.д.
Истоки науки о звуке, методах лечения глухоты восходят к трудам
ученых Египта, Древней Греции, Рима. Одной из таких древних работ,
дошедших до наших дней, является «Эберс папирус», который был
написан около 1600 лет до н.э. Наряду с другими болезнями в нем
описаны простейшие методы исследования слуха, а также дан перечень
лекарств для лечения дефектов слуха.
Большой вклад в развитие акустики в VI в. до н. э. внес греческий
философ и ученый Пифагор. Изучая физику звуков на основе опытов со
струнами разной длины, он установил зависимость высоты тона от длины
струны и создал музыкальную шкалу.
Другой ученый — Гиппократ (около 400 лет до н.э.) — дал описание
анатомии слухового органа, а также ряда симптомов заболеваний уха и
пришел к выводу, что звук проникает в мозг через барабанную перепонку
и вследствие этого человек слышит. Через 50 лет философ Древней
Греции Аристотель (384 — 322 гг. до н. э. в экспериментах на животных
установил, что ушная улитка является составной частью слуховой
системы.
В начале III в. до н.э. центр медицинской науки сосредоточился в
Александрии, оставаясь там приблизительно до I в. н. э. Многие работы
этого периода до нас не дошли, так как знаменитая Александрийская
библиотека частично сгорела во время войны с Юлием Цезарем (48 — 47
гг. до н. э.) и была полностью уничтожена в VII в. н. э. войсками
Арабского халифата.На рубеже старой и новой эры заметный вклад в
отиатрию внес римский исследователь Корнелий Целъс, обобщивший
7
работы своих современников в этой области медицины. Цельс разработал
более тонкую дифференциацию заболеваний среднего уха, описал травмы
и инородные тела уха, атрезии слухового прохода.Начиная со II в. н.э. и
последующие 13 веков основополагающими в области отологии
признавались труды греческого врача и философа Клавдия Галена. Он
оставил после себя более 90 томов, в которых рассматривались различные
вопросы анатомии, фармакологии, физиологии, терапии, подробно описал
черепные нервы, в том числе и слуховой, первым применил термин
«лабиринт» по отношению к внутреннему уху.
В Средневековье крупнейшим представителем медицинской науки был
выдающийся ученый из Бухары Ибн Сина {Авиценна). Ряд разделов его
многотомного труда «Канон врачебной науки» был посвящен ушным
патологиям — глухоте, ушным шумам, головокружению и методам их
лечения.
В XV—XVI вв. в итальянских университетах Падуи, Болоньи и Рима
проводились значительные исследования в этой области. Особого
внимания среди них заслуживают работы А. Везалия и Б. Евстахия.
Последний высказал ряд теоретических положений по физиологии слуха,
составил описание слуховых косточек среднего уха человека, строения
улитки и слуховой трубы. Спустя 150 лет после его смерти слуховая
труба была названа его именем — евстахиевой.
К этому же периоду относятся работы английского врача Т. Виллиса,
который посвятил ряд исследований слуху, представил анатомическое
описание VII и VIII черепных нервов и выдвинул гипотезу о том, что
барабанная перепонка приводится в движение звуками, вибрация которых
передается во внутреннее ухо к слуховому нерву.
В 1683 г. в Париже профессор Ж. Дюверней в труде «Трактат об органе
слуха» дал точное описание строения костного лабиринта и среднего уха.
Его рисунки строения улитки признаны классическими и использовались
во многих странах для подготовки врачей. Именно Дюверней установил,
что выделение из уха не имеет связи с мозговой жидкостью. Совместно с
физиком Э. Мариоттом Дюверней обосновал функциональное назначение
различных анатомических структур уха, описал путь прохождения
звуковых волн к улитке, разработал теорию слуха. Согласно его теории,
барабанная перепонка реагирует на определенный диапазон частот и
пропускает низкие или высокие звуки в зависимости от ее натяжения.
Конечной воспринимающей структурой является костная спиральная
пластина улитки с натянутыми чувствительными волосками, внизу она
шире и поэтому отвечает на звуки низкой частоты, вверху — уже и
отвечает на высокие звуки. Таким образом, несмотря на ошибочность
некоторых положений Дювернея относительно механизма восприятия
звука, его исследования предопределили появление резонансной теории
слуха, выдвинутой спустя 200 лет Г. Гельмголъцем.
В 1707 г. французский анатом А. Вальсальва в книге «Трактат об ухе
человека» впервые описал отосклеротические очаги — сращение
8
стремени с овальным окном; указал на значение слуховой трубы в
развитии глухоты.
В 1711 г. Дж.Шор разработал и предложил использовать для
исследования слуха первые камертоны.XIX век характеризуется бурным
развитием физиологии, акустики, физики. В это время были выполнены
оригинальные исследования по физиологии слуха и вестибулярного
аппарата, разработаны новые методы лечения ушных заболеваний.
В 1828 г. французский физиолог П. Флуран в экспериментах на голубях
определил функцию полукружных каналов ушного лабиринта и сделал
вывод, что слуховой нерв состоит из двух частей, одна из которых
отвечает на звуковые раздражители, а другая — на вестибулярные. В 1860
г. его соотечественник П. Меньер описал болезнь, сопровождавшуюся
возникновением головокружения, тошноты, шума в ушах. Это состояние,
при котором одновременно наблюдались слуховые и вестибулярные
нарушения, было названо именем автора.
В 1851 г. выдающийся итальянский анатом А. Корти опубликовал
оригинальные исследования по изучению морфологического строения
улитки, подробно описал базилярную мембрану с расположенными на
ней клеточными структурами и чувствительными клетками, доказал, что
эти образования являются звуковоспринимающими устройствами
слухового органа. Впоследствии рецепторные структуры внутреннего уха
получили название органа Корти (кортиев орган; в настоящее время —
спиральный орган).
Э.Рейсснер (1824— 1878) пришел к выводу, что улитковый ход
представляет собой самостоятельную замкнутую систему.
Во второй половине XIX в. наиболее значимые исследования в этой
области медицины проводились в Германии и Австрии. Е. Вебер, Е.
Ринне и Д. Швабах опубликовали описания исследований по
тестированию слуха с помощью камертона, в которых были даны
разработанные ими тесты для диагностики поражений органа слуха,
впоследствии названные их именами. Эти тесты нашли широкое
применение при акуметрических обследованиях и до настоящего времени
не утратили своего диагностического значения в аудиологии как пробы,
взаимно контролирующие и дополняющие друг друга.
Основоположником современного учения о звуке с полным правом
можно считать крупнейшего ученого XIX в. немецкого физика Г.
Гельмгольца. В книге «Учение о звуковых ощущениях» (1863) он
представил строгое объяснение физической сущности звуков, разработал
модель внутреннего уха, механизм взаимосвязи звуковых волн с
рецепторными клетками, разделил все звуки на тоны и шумы на основе
спектральных характеристик, ввел понятие «тембр звука». Для
объяснения механизма восприятия звука Г. Гельмгольц предложил
резонансную теорию, на основе которой разработал учение о слуховых
ощущениях.
Г. Герц, ассистент Г. Гельмгольца, развил учение своего учителя. Он
9
разработал теорию замкнутого резонанса, открытого вибратора,
предложил единицу измерения частоты звука — число колебаний в
секунду, получившую название герц (Гц).
В 1875 г. в Петербургской медико-хирургической академии врач А.
Борнгардт защитил диссертацию «Материалы для вопроса о значении
полукружных каналов ушного лабиринта».
В конце XIX в. благодаря развитию физики была создана электрическая
вакуумная трубка. Ее высокая чувствительность позволила
регистрировать электрические потенциалы в слуховой системе и
разработать с использованием ее возможностей специальные электронные
устройства для измерения слуховой чувствительности — аудиометры.
На рисунке 1 изображен первый аудиометр, созданный в 1898 г. М.
Р.Хатчинсоном. С его помощью можно было измерять различные частоты
и громкости как по воздушной, так и по костной проводимости.
Для проведения точных акустических исследований были оборудованы
специальные помещения — камеры, изолированные от внешних звуков.
Одна из первых звуконепроницаемых камер была сооружена Г.
Цвардемакером в 1904 г. в Утрехте.
В развитии отечественной отиатрии особое место принадлежит приватдоценту Московского университета С. Ф, Штейну (1855 — 1921). Он
одним из первых четко разграничил функции ушного лабиринта на
слуховую и вестибулярную, разработал центрифугу для исследования
вестибулярного аппарата, гониометр для определения устойчивости
равновесия, дал точное обоснование явлению головокружения при
вестибулярных нарушениях.
Во время Второй мировой войны и вскоре после нее в ряде стран были
предложены новые тесты для исследования слуха. К ним относятся тесты
надпороговой аудиометрии для выявления слуховой чувствительности к
изменениям интенсивности звука- так называемого феномена
ускоренного нарастания громкости (ФУНГ). Из этих текстов в
аудиологической практике широко применялся метод определения
дифференциального порога восприятия силы звука (опыт Liischer, 1951) и
индекса малых приращений интенсивности- SISI- тест ( J.R. Jerger, E.
Harford, 1960). Из других методов исследования слуховой функции
получили распространение метод автоматической аудиометрии,
предложенный Д. Бекеши., методы клинической идентификации и оценки
глухоты центрального генеза.
10
Рис. 1. Аудиометр М. Р. Хатчинсона
(Е.Восса, С.Сакаго, 1963), исследования слуховой адаптации
(Ф.Д.Шейхон, 1953; Р.Кархарт, 1957), шумовая аудиометрия по методике
Б. Лангенбека (1963). В 1946 г. О.Метц сконструировал импедансный
мост и впервые применил его в аудиологии для измерения акустического
импеданса среднего уха. В настоящее время импедансная аудиометрия
широко используется во многих странах для дифференциальной
диагностики заболеваний уха, а также в научных исследованиях.
Трудность обследования грудных детей, детей с умственной отсталостью,
больных с нарушениями психики обусловила потребность в разработке
объективных методов исследования слуха на основе достоверных
электрофизиологических измерений. Э.Дж. Уивер и К. У. Брей еще в 1930
г. успешно регистрировали кохлеарные потенциалы общего действия VIII
нерва в экспериментах на животных, однако эта работа не была замечена
отиатрами. Лишь в дальнейшем метод электрокохлеографии стал
постоянно использоваться в аудиологии. Благодаря компьютерной
технике объективная аудиометрия получила широкое распространение во
всем мире.
Аудиология органически связана с акустикой, профессиональной
патологией, психологией, сурдопедагогикой, слухопротезированием,
сурдотехникой.
1.2. АНАТОМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ОРЕАНА СЛУХА
Акустические сигналы, распространяющиеся во внешней среде,
воспринимаются мозгом человека в результате ряда преобразований,
производимых на различных уровнях слуховой системы.
Слуховой анализатор представляет собой единую целостно
функционирующую систему, состоящую из трех отделов:
а) периферического, или рецепторного; б) среднего, или проводникового;
в) центрального, или коркового.
Характерно, что входной акустический сигнал вначале разлагается на
некоторые спектрально-временные компоненты, которые затем
кодируются в виде многоканальных импульсных последовательностей. И
11
такая регистрация, получаемая на уровне волокон слухового нерва, затем
используется в дальнейшей расшифровке сигналов высшими центрами
слуховой системы в процессе восприятия. Периферический отдел
анализатора состоит из особых нервных клеток, воспринимающих
определенный вид раздражений. Эти клетки представляют собой
рецептор, являющийся специальным трансформатором
(преобразователем) энергии внешнего раздражения в энергию нервного
возбуждения. На уровне периферического отдела слуховой системы
осуществляются следующие функции:
1.
Создаются такие условия приема сигнала, при которых
обеспечивается максимальная чувствительность при допустимом со
отношении сигнал —шум.
2.
Осуществляется спектрально-временное многоканальное
разложение сигналов на составляющие.
3.
Происходит преобразование многоканального аналогового
описания сигналов в импульсную активность волокон слухового нерва.
Орган слуха имеет сложное строение и выполняет функции анализатора
звуков. На рисунке 2 схематически изображен орган слуха человека,
который подразделяется на три части — наружное, среднее, внутреннее
ухо (улитка). На рисунке 3 дан поперечный разрез уха человека.
Проводниковый отдел состоит из нервных волокон и клеток
промежуточных нервных центров в спинном мозгу и стволовой части
головного мозга. Функция этого отдела — проведение нервного
возбуждения от рецептора к корковому концу анализатора.
Центральный, или корковый, отдел является высшим отделом
анализатора. Здесь происходит анализ и синтез раздражений,
поступающих из периферического отдела слуховой системы.
В слуховой системе различаются звукопроводящий и
звуковоспринимающий аппараты, имеющие определенные
функциональные назначения.
Звукопроводящий аппарат проводит звуковые колебания к ре-цепторным
клеткам и состоит из наружного и среднего уха, лабиринтных окон
внутреннего уха и его жидкостных сред.
Звуковоспринимающий аппарат трансформирует звуковую энергию в
нервное возбуждение и передает его в центральный отдел анализатора.
Он включает в себя волосковые клетки уха, слуховой нерв, нейронные
образования и центры слуха в височной доле мозга.
12
Рис. 2. Схема органа слуха человека: А — наружное ухо; Б — среднее
ухо; В — внутреннее ухо (улитка)
Рис. 3. Поперечный разрез уха человека:
/ — ушная раковина; 2 — наружный слуховой проход; 3 — барабанная
перепонка; 4 — улитка; 5 — молоточек; 6 — наковальня; 7 — стремя; 8
— слуховая трубка; 9 — овальное окно; 10 — круглое окно; 11, 12, 13 —
полукружные каналы — соответственно горизонтальный, вертикальный,
задний; 14 — лицевой нерв; 15 — вестибулярный нерв; 16— слуховой
нерв; 17 — височная кость
1.2.1. Наружное ухо
Наружное ухо (см. рис. 3 и 4) состоит из кожно-хрящевой раковины и
наружного слухового прохода, заканчивающегося у барабанной
перепонки. Ушная раковина имеет форму воронки, которая переходит в
трубку — слуховой проход; снабжена шестью внутренними
13
рудиментарными мышцами и тремя внешними. Спереди ушная раковина
имеет своеобразное хрящевое образование (козелок) в виде выступа,
ограничивающего наружный слуховой проход; сзади она прилегает к
сосцевидному отростку, образуя заушную складку. Верхняя часть ушной
раковины образует завиток; нижняя ее часть — мочка — в отличие от
остальных отделов в своем анатомическом строении не имеет хряща, но
имеет жировую ткань.
Рис. 4. Наружное ухо:
/ — завиток; 2 — треугольная ямка; 3 —
противозавиток (атШеНх); 4 — ножка
противозавитка; 5 — ушная раковина; б —
противозавиток (ап-1тг§и$); 7— мочка уха; 8 —
козелок; 9 — ножка завитка.
Ушная раковина играет роль коллектора звуковых волн и участвует в
локализации звуков. Акустические измерения показали, что давление
звуковой волны у входа в наружный слуховой проход почти вдвое
превышает давление в свободном звуковом поле.
Возвышения и бороздки поверхности ушной раковины используются при
слухопротезировании для фиксации ушного вкладыша. У детей она очень
мягкая, малоэластичная, ее углубления кажутся более рельефными, а
завиток и мочка выражены менее отчетливо. Слуховой проход, в который
переходит ушная раковина, представляет собой извилистый канал у
взрослого человека длиной 22 — 27 мм с просветом 5 — 8 мм. У детей он
значительно короче, имеет щелевидную форму перепончато-хрящевого
образования. По мере роста ребенка слуховой проход становится
овальным, и к 10—12 годам его форма и длина приближаются к тем же
размерам, что и у взрослого человека.
Наружная часть этого канала состоит из хряща, внутренняя является
костным отделом. Слуховой проход выстлан кожей с мелкими волосками,
сальными и серными железами, которые вырабатывают ушную серу.
Хрящевая его часть подвижна, и при оттягивании раковины кверху и
назад можно расширить просвет и изменить его кривизну, что
необходимо учитывать при изготовлении слепка слухового прохода.
Основные функции наружного уха: локализация источника звука,
усиление высокочастотных звуков, проведение звуковых волн к
барабанной перепонке, определение смещения источника звука в
вертикальной плоскости, защита внутреннего уха и поддержание
стабильного температурного режима.
14
1.2.2. Среднее ухо
Среднее ухо расположено в толще височной кости и состоит из ряда
сообщающихся полостей — барабанной полости, клеток сосцевидного
отростка, барабанной перепонки, слуховых косточек, слуховой трубы (см.
рис. 5). От наружного слухового прохода среднее ухо отделено
барабанной перепонкой, т. е. барабанная полость находится между
барабанной перепонкой и ушным лабиринтом. Передняя стенка наиболее
узкая, она ведет в отверстие евстахиевой трубы, посредством которой
барабанная полость сообщается с полостью носоглотки. Нижняя стенка
представляет собой тонкую костную пластинку, которая отделяет
барабанную полость от крупного кровеносного сосуда — луковицы
внутренней яремной вены. Задняя стенка барабанной полости в своей
верхней части имеет отверстие, ведущее в систему воздухоносных клеток
сосцевидного отростка. Верхняя стенка —- также тонкая костная
пластинка — отделяет барабанную полость от средней черепной ямки,
где находится височная доля головного мозга. Внутренняя стенка
барабанной полости является одновременно наружной стенкой ушного
лабиринта (внутреннего уха) и отделяет среднее ухо от внутреннего. На
лабиринтной стенке имеется выступ (промонторий), образованный
основным завитком улитки. Выше последнего расположено овальное
окно, закрытое пластинкой стремени, над ним сверху вниз и спереди
назад проходит канал лицевого нерва. Над каналом лицевого нерва
находится расширенная часть горизонтального полукружного канала —
ампула. Сзади и книзу от выступа — круглое окно, которое закрыто
тонкой эластичной мембраной, называемой вторичной барабанной
перепонкой.
В связи с указанными особенностями анатомии барабанной полости
оказывается возможным переход воспалительного процесса при
поражении среднего уха (острый средний отит, обострение хронического
среднего отита):
•
через верхнюю стенку полости — на мозговые оболочки и
мозг (могут возникнуть менингит, менинго-энцефалит, абсцесс мозга);
•
через нижнюю стенку — на крупные кровеносные сосуды
(воспаление и тромбоз крупных кровеносных сосудов; могут
возникнуть тромбофлебит, синустромбоз);
•
через внутреннюю стенку — на ушной лабиринт (лабиринтит);
•
через заднюю стенку — на сосцевидный отросток (воспаление
сосцевидного отростка, мастоидит).
Воспалительный процесс может перейти на лицевой нерв, канал которого
проходит по внутренней задней стенке барабанной полости, в результате
чего нередко возникает парез или паралич лицевого нерва.
15
1-
23456-
рис.5. Среднее ухо.
1 мышца, натягивающая барабанную
перепонку.
2.Молоточек.
3.Наковальня
4.Стременная мышца
5.Лицевой нерв
6.Подножная пластинка стремени
7.Барабанная перепонка
Рис. 6. 1,2,3,4- квадранты- соответственно
задневерхний, передневерхний; 5- короткий отросток
молоточка; 6- световой конус; 7- рукоятка молоточка.
Наружной стенкой барабанной полости является
барабанная перепонка (рис. 6), которая представляет собой плотную
фиброзную мембрану толщиной 0,1 мм, имеет коническую форму с
элиптическими контурами и площадью около 85 мм2 (из которых лишь 55
мм2 подвержены воздействию звуковой волны). С возрастом форма и
размеры барабанной перепонки почти не меняются. С наружной стороны она
покрыта эпидермисом, с внутренней — слизистой оболочкой. Большая часть
барабанной перепонки состоит из радиальных и циркулярных коллагеновых
волокон, обеспечивающих ее натяжение. Центральная ее область напоминает
конус с углублением в середине.
Барабанная перепонка разделена на две части — натянутую и
расслабленную. Первая больше по площади, расположена в центре и внизу.
16
Расслабленная часть, незначительная по размерам, находится вверху.
Благодаря конусовидной форме и неодинаковому натяжению в различных
участках барабанная перепонка обладает незначительным собственным
резонансом и передает звуковые волны разной частоты с почти одинаковой
силой, без искажения.
Барабанная полость заключена в пирамиде височной кости и представляет
собой щелевидное пространство неправильной формы. Ее объем 1 — 2 см3,
высота 15— 16 мм, ширина 4—6 мм. Большей частью наружной стенки
барабанной полости является барабанная перепонка, остальные части
представляют собой костную ткань, главным образом, пирамиды височной
кости. Внутренняя стенка барабанной полости служит наружной стенкой
внутреннего уха. Она имеет два отверстия: окно улитки (диаметром 1 — 2
мм) и окно преддверия (диаметром 3 — 4 мм). Последнее закрыто
основанием стремени, окно улитки — фиброзной мембраной. На внутренней
стенке барабанной полости имеется выпуклость — мыс, или промонторий,
который образован основным (базальным) завитком улитки. Сверху от него
расположен костный канал, в котором находится лицевой нерв, а над ним и
сзади — ампула горизонтального полукружного канала. Верхняя стенка
барабанной полости граничит с полостью черепа; на задней расположено
отверстие, соединяющее барабанную полость с пневматическими клетками
сосцевидного отростка; в передней стенке находится устье слуховой трубы,
которое соединяет барабанную полость с полостью носоглотки.
Условно барабанную полость делят на три отдела: верхний — надбарабанное
пространство, или аттик; средний — мезотимпанум; нижний — подвал.
Верхний отдел располагается выше короткого отростка молоточка, средний
(мезотимпанум) находится между коротким отростком молоточка и нижней
стенкой наружного слухового прохода, нижний представляет собой
небольшое углубление, расположенное ниже уровня прикрепления
барабанной перепонки.
Барабанная полость выстлана слизистой оболочкой, в которой находится
небольшое количество слизистых желез. В полости содержатся три слуховые
косточки и две миниатюрные мышцы — мышца, натягивающая барабанную
перепонку, и мышца стремени. Первая начинается от передней стенки
барабанной полости, где она прикреплена к костному полуканалу, затем,
проходя через барабанную полость, превращается в сухожилие и вплетается
в рукоятку молоточка. Мышца стремени берет свое начало от задней стенки
и заканчивается в шейке и головке стремени.
Между барабанной перепонкой и внутренним ухом располагаются три
косточки звукопроводящей системы: молоточек, наковальня и стремя (рис.
7). Из них наружная — молоточек — вплетена рукояткой в фиброзный слой
барабанной перепонки и соединена со средней косточкой — наковальней,
которая, в свою очередь, связана с внутренней слуховой косточкой —
стременем. Слуховые косточки соединены между собой и с барабанной
перепонкой маленькими по размеру мышцами и связками, которые покрыты
слизистой оболочкой, являющейся продолжением слизистой оболочки
17
барабанной полости.
В молоточке (его длина 9 мм) различаются головка, шейка, рукоятка,
короткий отросток. Наковальня (масса 25 — 27 мг) состоит из тела и двух
отростков: короткого и длинного. В стремени выделяются головка, шейка,
подножная пластина. Последняя закреплена связкой и вставлена в овальное
окно ушного лабиринта (внутреннее ухо). Головка молоточка соединена с
телом наковальни посредством сустава с мениском, а длинный отросток
наковальни соединен с головкой стремени.
Рис. 7. Слуховые косточки:
1 — молоточек; 2 — наковальня; 3 — стремя
15
Наряду с указанным сочленением слуховых косточек между собой молоточек
и наковальня прикреплены к стенке барабанной полости с помощью
связочного аппарата. В связи с тем что рукоятка молоточка сращена с
барабанной перепонкой, а стремя в области овального окна соединено с
ушным лабиринтом, указанная звукопроводящая система, реагирующая на
звуковые колебания, передает колебания барабанной перепонки на
жидкостную среду внутреннего уха (перилимфу и эндолимфу).
В полости среднего уха имеются две мышцы, участвующие в механизме
звукопроведения. Первая мышца, напрягающая барабанную перепонку,
начинается в хрящевом отделе евстахиевой трубы, проходит от внутренней
стенки барабанной полости к наружной и прикрепляется к верхней части
рукоятки молоточка. Эта мышца иннервируется тройничным нервом. Вторая
мышца (стременная) находится в костном канале в задней стенке барабанной
полости и прикрепляется к шейке стремени. Данная мышца иннервируется
лицевым нервом. К моменту рождения человека слуховые косточки
достигают своего полного развития и не обладают способностью к
регенерации или восстановлению, поэтому их повреждение или разрушение
— процесс необратимый.
Помимо слуховых косточек и внутриушных мышц в барабанной полости
находится еще чувствительный нерв. Он проходит между молоточком и
наковальней и обеспечивает вкусовые ощущения языка.
Барабанная полость сообщается с полостями сосцевидного отростка и с
евстахиевой трубой, которые также являются составными частями среднего
уха. Сосцевидный отросток — костное образование, напоминающее по
форме неправильную призму, ограниченную четырьмя стенками и
18
расположенную основанием кверху, а верхушкой вниз. Наружная стенка
сосцевидного отростка имеет треугольную форму, поверхность верхушки
отростка бугристая, особенно в том месте, где к ней прикрепляется грудиноключичная мышца. В толще сосцевидного отростка находится система
соединенных между собой воздухоносных клеток, величина которых
варьирует. Наиболее крупная клетка сосцевидного отростка, представляющая
собой воздушную полость, которая сообщается с барабанной полостью,
называется антрумом (пещерой).
При воспалительном процессе в среднем ухе ячеистое строение сосцевидного
отростка часто нарушается или полностью исчезает. В отличие от
нормальной пневматической структуры сосцевидный отросток в таких
случаях приобретает склеротический характер.
Евстахиева, или слуховая, труба — канал, соединяющий барабанную полость
с полостью носоглотки. Его устье находится в передне-нижней части
передней стенки барабанной полости, а в носоглотке отверстие евстахиевой
трубы расположено на ее боковой стенке на уровне заднего конца нижней
носовой раковины. Длина евстахиевой трубы у взрослого человека в среднем
составляет 35 — 40 мм, а у детей она короче, шире и расположена более
горизонтально, что облегчает проникновение инфекции из носоглотки в
барабанную полость и возможность возникновения воспаления среднего уха
(острый средний отит). Верхняя часть трубы, которая соединена с
барабанной полостью и занимает третью часть ее длины, образована костной
тканью, а нижняя состоит из хряща и соединительной ткани. Поверхность
евстахиевой трубы покрыта мерцательным эпителием, посредством ресничек
которого она очищается от пыли и различных механических частиц и
бактерий, продвигая их в носоглотку. В спокойном состоянии
соединительнотканный и хрящевой отделы евстахиевой трубы находятся в
опавшем виде, а во время глотания просвет трубы раскрывается, и воздух
проходит в барабанную полость, уравновешивая давление снаружи и внутри
нее. Раскрытие евстахиевой трубы происходит благодаря сокращению двух
мышц — натягивающей и поднимающей мягкое нёбо.
Слизистая оболочка барабанной полости иннервируется барабанной ветвью
языкоглоточного и тройничного нервов. Большое значение в чувствительной
иннервации барабанной полости имеет барабанное нервное сплетение, а
также нервные волокна, идущие от сплетения внутренней сонной артерии.
Двигательная иннервация мышц барабанной полости осуществляется
тройничным и лицевым нервами. Артериальное кровоснабжение среднего
уха происходит от ветвей наружной и внутренней сонных артерий.
У взрослых слуховая труба направлена книзу, что обеспечивает эвакуацию
жидкостей из среднего уха в носоглотку. У детей слуховая труба значительно
короче. Ее рост происходит за счет развития хрящевой части, в то время как
костный отдел остается без изменения. Слуховая труба осуществляет две
основные функции: через нее выравнивается давление воздуха по обе
стороны барабанной перепонки, что является обязательным условием для ее
оптимальной вибрации, и она обеспечивает дренажную функцию.
19
1.2.3. Внутреннее ухо
Внутреннее ухо, или ушной лабиринт, представляет собой костнопепончатое
образование в виде ряда полостей и каналов и состоит из костного лабиринта
(футляра) и находящегося внутри него перепончатого лабиринта.
Ввиду сложности взаимоотношений его структур внутреннее ухо носит
название лабиринта. Оно расположено в толще каменистой части (пирамиды)
височной кости и состоит из очень компактной костной ткани. Лабиринт
сообщается с полостью черепа (задняя черепная ямка) через внутренний
слуховой проход и водопровод улитки, граничит с барабанной полостью и
отделен от нее стенкой, образованной преддверием и выступом основного
завитка улитки, а также овальным окном, закрытым подножной пластинкой
стремени, и круглым окном, затянутым вторичной перепонкой.
Ушной лабиринт состоит из трех отделов: переднего — улитки, среднего —
преддверия и заднего — полукружных каналов.
Рис. 8. Ушной лабиринт (по Л.В.Нейман):
1 — улитка; 2 — преддверие; 3,4, 5 —
полукружные каналы — соответственно верхний,
наружный, задний
На рисунке 8 схематично показаны основные составляющие ушного
лабиринта, на рисунке 9 дан вертикальный разрез улитки. Поперечные
разрезы внутреннего уха, представленные на рисунках 10 и 11,
иллюстрируют особенности сложного строения этого отдела
звукопроводящей системы.
Улитка — костное образование, имеющее форму спирального канала,
расположенного двумя с половиной завитками вокруг костного столбика
(рис. 9). Каждый последующий завиток меньше предыдущего, так что этот
канал действительно напоминает по своей форме раковину садовой улитки.
Длина канала — около 22 мм. В ушной улитке различаются нижний
(основной) завиток, средний и верхний, в которых проходит костный канал
(общая длина завитков в среднем 3 см). Костный столбик, вокруг которого
обвиваются завитки улитки, имеет спиральный гребень, выступающий в
полость костного канала улитки. От большого края спирального гребня к
противоположной стенке костного хода улитки натянута основная мембрана,
которая вместе с гребнем делит костный канал на верхний (лестница
20
преддверия) и нижний отделы (барабанная лестница) (см. рис. 10). Эти
отделы заполнены внутрилабиринтной жидкостью (перилимфой) и
сообщаются между собой посредством маленького отверстия, находящегося
у верхушки улитки. Барабанная лестница граничит с барабанной полостью,
которая отделена от полости костной улитки круглым окном, закрытым
вторичной перепонкой. Лестница преддверия сообщается с преддверием
ушного лабиринта и отделена от барабанной полости овальным окном,
закрытым подножной пластинкой стремени.
Рис. 9. Улитка (вертикальный разрез)
21
Рис. 10. Внутреннее ухо. Поперечный разрез улитки:
10
/ — лестница преддверия (заполнена перелимфой); 2 — срединная
лестница (заполнена эндолимфой); 3 — рейснерова мембрана; 4 — костная
стенка улиткового канала; 5 — внутренние волосковые клетки; 6 —
наружные волосковые клетки; 7— покровная (текториальная) мембрана; 8 —
базилярная мембрана; 9— нервные волокна; 10 — барабанная лестница; 11
— клетки спирального ганглия; 12 — столбы и туннель кортиева органа
Рис. 11. Поперечный разрез через завиток улитки:
1 — основная мембрана; 2 — волокна основного нерва; 3 — костная
стенка улитки; 4 — слуховые (волосковые) клетки; 5— поддерживающие
клетки; 6 — покровная мембрана; 7 — рейснерова мембрана; 8 —
преддверная лестница; 9 — барабанная лестница; 10 — улитковый ход и
расположенный в нем кортиев орган
От свободного края спирального гребня наряду с основной мембраной
под углом 30° к ней сверху отходит тонкая упругая перепончатая
перегородка, называемая рейснеровой мембраной (см. рис. 10, 11), которая
делит лестницу преддверия на две части: собственно преддверную лестницу
и улитковый ход. Последний представляет собой перепончатый канал
треугольной формы, образованный рейснеровой мембраной (сверху),
основной мембраной (снизу) и костной стенкой улитки ушного лабиринта,
снаружи покрытой эпителием. Улитковый ход заполнен жидкостью —
эндолимфой, которая по химическому составу и физическим свойствам
отличается от перелимфы. Лабиринтные жидкости — перелимфа,
находящаяся в полостях лестницы преддверия и барабанной лестницы, и
эндолимфа, заполняющая улитковый ход, — между собой не сообщаются.
Основная перепонка, являясь продолжением спирального завитка, делит
костный канал улитки на лестницу преддверия и барабанную лестницу и
22
состоит из отдельных волокон, идущих в радиальном поперечном
направлении от свободного края костного спирального гребня к наружной
стенке ушного лабиринта. Число этих волокон достигает 15 000 — 25 000,
причем их длина неодинакова и увеличивается по направлению от основания
улитки к ее верхушке. Сама перепонка имеет вид ленты, которая наиболее
узка внизу у основания и, постепенно расширяясь, оказывается наиболее
широкой вверху, в области верхушки улитки.
Внутри улиткового хода, на основной мембране, находится кортиев
(спиральный) орган, содержащий рецепторные волосковые клетки, которые
являются наиболее важными периферическими нервными элементами
слуховой системы. Они трансформируют механические колебания в
электрические потенциалы, в результате чего возбуждаются волокна
слухового нерва.
Кортиев орган сверху покрыт покровной мембраной, которая во время
колебания внутрилабиринтных жидкостей вплотную соприкасается с
волосками чувствительных клеток, что обусловливает преобразование
механических колебаний в слуховые нервные импульсы, поступающие по
слуховому нерву и проводящим нервным путям в головной мозг.
Чувствительные волоски кортиева органа связаны с нервными волокнами,
идущими от двухполюсных клеток спирального нервного узла, находящегося
в костном канале у основания костной спиральной пластинки. Нервные
окончания волокон, количество которых в среднем достигает 30 000,
составляют улитковую ветвь слухового нерва. Последняя вместе с
вестибулярной ветвью образует ствол слухового нерва, который с лицевым и
промежуточным нервами проходит через внутренний слуховой проход в
головной мозг, направляясь в мостомозжечковый угол.
В центральном отделе ушного лабиринта (преддверии) и задней его части
(трех полукружных каналах) находится периферический рецептор
пространственного (вестибулярного) анализатора, или органа равновесия,
который помещается в перепончатой части указанных образований,
заполненных эндолимфой. Перепончатые полукружные каналы (верхний,
задний, наружный), расположенные внутри костных, лежат в трех взаимно
перпендикулярных плоскостях и открываются в преддверие пятью
отверстиями. Наличие пяти отверстий объясняется тем, что три полукружных
канала берут начало из преддверия (образуя на конце расширение —ампулу)
и впадают в него другим, гладким концом. Но при впадении в преддверие
гладкие концы верхнего и заднего полукружных каналов соединяются
вместе, составляя одно общее колено.
В ампулах полукружных каналов находятся ампуллярные гребешки,
чувствительные волосковые нервные клетки которых образуют
периферический рецепторный аппарат пространственного анализатора.
Указанные волоски имеют большую длину, и при перемещении эндолимфы,
возникающем в результате изменения положения тела в пространстве,
внутри перепончатого лабиринта происходит их смещение, что
обусловливает раздражение веточек вестибулярного нерва. В преддверии
23
нервно-рецепторным образованием вестибулярного нерва являются передний
и задний мешочки с чувствительными нервными клетками, прикрытыми
отолитовой мембраной, содержащей кристаллы солей кальция. Смещение
мембраны, обусловленное движением эндолимфы, происходящим в
результате прямолинейного перемещения тела в пространстве, и
соприкосновение ее с волосками чувствительных нервных клеток вызывают
поток нервных импульсов, поступающих по вестибулярному нерву в кору
головного мозга.
Вращательные движения в результате аналогичного механизма
обусловливают колебания эндолимфы в полукружном канале, плоскость
которого соответствует плоскости движения. В результате происходит
раздражение чувствительных волосковых нервных клеток в
соответствующем полукружном канале, которое также распространяется по
проводящим путям вестибулярной системы в кору головного мозга.
Нервные волокна, идущие от ампуллярных нервно-чувствительных
образований и вестибулярного рецепторного аппарата, заложенного в
мешочках преддверия, соединяются в вестибулярную ветвь слухового нерва,
по которому поток нервных импульсов проводится в центральную нервную
систему. Вестибулярные раздражения периферического рецепторного звена
поступают в кору головного мозга, в результате чего возникают ощущения
положения тела в пространстве и различные двигательные рефлекторные
реакции, которые способствуют сохранению равновесия. Кроме того, в ответ
на раздражение вестибулярного аппарата происходят ритмичные движения
глазных яблок в определенную сторону (нистагм).
О наличии, характере и степени вестибулярного раздражения и функции
вестибулярного аппарата судят по соматическим и вегетативным реакциям,
возникающим в результате вращения испытуемого с помощью специального
кресла Барани (по имени австралийского отоларинголога Роберта Барани),
создающего положения, соответствующие отклонению тела, его падению,
сопровождающиеся ощущением тошноты и рвоты.
.3. ПРОВОДЯЩАЯ И ЦЕНТРАЛЬНАЯ (КОРКОВАЯ) ЧАСТИ
СЛУХОВОГО АНАЛИЗАТОРА
По функциональному назначению слуховой анализатор подразделяется
на следующие части — периферическую, проводниковую (или проводящую)
и корковую (центральную). Взаимодействие этих частей отражено на
рисунке 12. Схема проводниковых (или проводящих) путей органа слуха,
описанная В.Ф.Ундрицем с соавторами (1962), показана на рисунке 13.
Периферической частью слухового анализатора являются нервночувствительные образования кортиева органа, которые находятся во
внутреннем ухе
Средняя часть слухового анализатора представляет собой проводящие
нервные пути, соединяющие периферическую часть с центральной, и состоит
24
из четырех отрезков или нейронов.
наружное ухо
сред внутреннее проводящие пути
нее ухо
ухо
корковый
центр
рис. 12. Схема звукопроводящего и звуковоспринимающего аппаратов
органов слуха.
Рис. 13. Схема проводящих путей органа слуха (по В.Ф.Ундрицу):
1 — спиральный ганглий; 2 — вентральные и дорсальные ядра; 3, 4 —
нижние и верхние бугры четверохолмия; 5 — медиальное коленчатое тело; 6
25
— ядра верхней оливы; 7— ядра лицевого нерва; 8 — лицевой нерв; 9—
мышца, натягивающая барабанную перепонку; 10 — мышца стремени; 11 —
мышца глаза; 12 — трапециевидное тело; 13 — рефлекторный путь к
мышцам тела; 14 — кора височной доли головного мозга
1 нейрон (периферический) проводящего слухового тракта образуется
двухполостными клетками спирального нервного узла в улитке, которые
соединены с волосковыми клетками кортиева органа.
Периферическая часть проводящих путей представлена слуховым нервом,
который образуется соединением кохлеарной и вестибулярной ветвей.
Слуховой нерв проходит через внутренний слуховой проход в полость
черепа и проникает в основание мозга. Ствол нерва состоит из 17 000
отдельных нервных волокон, объединенных в один слуховой тракт толщиной
1 — 10 микрон, по которому идет поток нервных слуховых импульсов в
корковый отдел слухового анализатора — центральную нервную систему.
Слуховой нерв, выйдя из внутреннего слухового прохода, входит через
мостоможжечковый угол в продолговатый мозг, где его ствол делится на
восходящую и заднюю ветви. Эти ветви заканчиваются в слуховых ядрах
продолговатого мозга, которые и служат границей между I и II нейронами.
На уровне этих ядер сформирован другой ряд ядерных образований —
трапециевидное тело, верхняя олива, — осуществляющих связь слуховых
путей с ядрами лицевого и глазодвигательного нервов (рефлекторные
сокращения мускулатуры лица, век, ушной раковины и движения глаз при
интенсивных слуховых раздражениях).
Часть нервных волокон слухового тракта проходит от слуховых ядер
продолговатого мозга по той же стороне, но большая их часть образует
перекрест и переходит на противоположную сторону в другую половину
коры головного мозга. После перекреста эти нервные волокна доходят до
олив, служащих границей между II и III нейронами. Дальнейший ход
проводящих слуховых нервных путей пролегает через заднее четверохолмие
и внутреннее коленчатое тело. Наконец, волокна IV (центрального) нейрона
слухового тракта проходят через внутреннюю капсулу до височной доли
коры головного мозга.
Особенно важное значение в восприятии звуковых раздражений имеют
поперечные височные извилины, так называемые извилины Гешля.
Как уже было сказано, в продолговатом мозгу происходит частичный
перекрест нервных волокон, соединяющих периферический отдел слухового
анализатора с его центральным отделом. В связи с этим корковый центр
слуха одного полушария оказывается связанным с периферическими
рецепторами (кортиевыми органами) обеих сторон. При одностороннем
поражении височной доли головного мозга слух может сохраниться как на
правой, так и на левой стороне в связи с наличием восприятия (анализа)
нервных импульсов слуховыми центрами противоположной половины
головного мозга.
Кровоснабжение ушного лабиринта осуществляется внутренней слуховой
26
артерией, являющейся ветвью основной артерии. В большинстве случаев
внутренняя слуховая артерия отходит от передней мозжечковой и делится на
три ветви: преддверную, пред-дверно-улитковую и улитковую артерии.
Венозный отток крови из лабиринта происходит через верхнюю и нижнюю
спиральные вены,которые тесно связаны с венозной системой мозговых
оболочек и барабанной полости.
1.4. ФИЗИОЛОГИЯ СЛУХОВОГО АНАЛИЗАТОРА
Слуховой анализатор — второй по значению дистантный анализатор
человека. Именно слух играет крайне важную роль для человека в связи с
возникновением членораздельной речи. Его специфическим адекватным
раздражителем является звук — постоянный спутник окружающей нас
среды.
Человеческое ухо обнаруживает чувствительность к звуковым
раздражителям даже минимальной силы и выполняет исключительно важные
биологические функции в жизнедеятельности человека; наряду с этим оно
регулирует состояние равновесия тела в пространстве.
Слуховое ощущение осуществляется суммированием двух процессов, к
которым относятся:
1) проведение звуков через наружное и среднее ухо или кости
черепа;
2) восприятие звуков нервно-чувствительным рецептором слухового
анализатора — кортиевым органом.
Как уже было сказано, орган слуха представляет собой сложный
механизм, который включает звукопроводящий и звуковоспринимающий
аппараты.
Звукопроводящий аппарат органа слуха осуществляет звукопроведение
— доставку звуковых колебаний к нервно-чувствительным элементам
кортиева органа. Звукопроводящую систему образуют наружное ухо (ушная
раковина, наружный слуховой проход), среднее ухо (барабанная полость,
барабанная перепонка, цепь слуховых косточек, евстахиева труба,
сосцевидный отросток) и жидкостные среды внутреннего уха (эндолимфа,
перилимфа).
Звуковоспринимающий аппарат органа слуха, согласно учению И. П.
Павлова об органах чувств как об анализаторах, собственно и представляет
собой звуковой анализатор, начинающийся нервно-рецепторным
образованием кортиева органа и состоящий из периферической части или
нервного рецептора, проводникового нервного слухового тракта и коркового
центрального отдела, локализующегося в коре головного мозга, где
осуществляется высший анализ и синтез звуковых сигналов. Он представлен
кортиевым органом, спиральным нервным узлом, улитковой ветвью
слухового нерва, нервными проводниками и слуховыми центрами, а также
слуховой зоной в корковом отделе звукового анализатора, находящейся в
височной доле головного мозга.
В рецепторном аппарате звуковоспринимающей системы происходит
27
трансформация механических звуковых колебаний в физиологический
нервный процесс. В результате образуется поток нервных слуховых
импульсов, поступающих по проводящим путям в слуховую зону коры
головного мозга, что и обусловливает возникновение слуховых ощущений
под воздействием звуковых колебаний на орган слуха.
В функциональном отношении звукопроводящий и
звуковоспринимающий аппараты органа слуха тесно связаны между собой, и
нарушения анатомической структуры и функции каждого из них быстро
сказываются на слуховой чувствительности. В связи с этим различного рода
дефекты и травмы в области наружного слухового прохода, барабанной
перепонки, системы слуховых косточек, овального или круглого окон,
жидкостей лабиринта, спирального нервного узла, улитковой ветви
слухового нерва, проводящих нервных слуховых путей и слуховых центров,
а также слуховой зоны коры головного мозга могут обусловить нарушение
слуха.
Функциональное значение обеих этих систем весьма велико, что наглядно
проявляется при поражениях органа слуха звукопроводящего или
звуковоспринимающего характера.
Знание анатомической структуры, физиологической характеристики и
функционального назначения звукопроводящего и звуковоспринимающего
аппаратов чрезвычайно важно для практики сурдологии и сурдопедагогики.
Правильное определение локализации поражения служит основанием для
поиска целесообразных методов компенсации нарушенной слуховой
способности и выбора методов обучения лиц, страдающих тугоухостью либо
звукопроводящего, либо звуковоспринимающего, либо смешанного типа.
1.4.1. Звукопроводящий аппарат
Ушная раковина собирает, улавливает и направляет звуки, осуществляя
роль коллектора звуковых волн. Наряду с этим она принимает участие в
определении направления звука (ототопика). Особенно хорошо эта функция
развита у животных в связи с их способностью двигать ушными раковинами;
у человека она сравнительно ослаблена и потому имеет меньшее значение.
Наружный слуховой проход проводит звуки в направлении к барабанной
перепонке. Ширина его просвета не оказывает заметного влияния на степень
слуховой чувствительности. Наряду с этим полное заращение (атрезия)
наружного слухового прохода или закрытие его инородным телом или
серной пробкой обусловливает значительную степень тугоухости в связи с
возникновением механических препятствий для прохождения звуковых волн
к барабанной перепонке.
Звуковые волны, достигнув барабанной перепонки, вызывают ее
колебания и вместе с тем колебания всей цепи слуховых косточек, так как
барабанная перепонка тесно связана с наружной из них — молоточком. Под
влиянием колебаний звукопроводящей системы подножная пластинка
стремени (внутренняя слуховая косточка, которой закрыто овальное окно) то
28
втягивается в овальное окно, то выпячивается из него. В результате
происходят колебания внутрилабиринтных жидкостей (эндолимфы и
перилимфы), а вместе с ними и основной мембраны ушного лабиринта.
Колебания последней передаются на нервно-рецепторный аппарат — кортиев
орган, волоски которого соприкасаются с нависающей над ними покровной
перепонкой. Таким образом происходит трансформация физической энергии
в виде механических колебаний в физиологический нервный процесс в виде
потока слуховых нервных импульсов, идущих по слуховому тракту в кору
головного мозга, что и обусловливает возникновение слуховых ощущений.
Движение слуховых косточек среднего уха осуществляется по принципу
неравноплечного рычага, производящего большие экскурсии на одной
стороне и малые — на другой. В результате рычажной системы происходит
уменьшение размаха колебаний, а также изменение величины их силы, что
способствует предохранению внутреннего уха от влияния резких звуков
высокой интенсивности.
Система среднего уха является самой важной составной частью
звукопроводящего аппарата. Она обладает способностью передавать
звуковые колебания внутреннему уху без искажений, значительно
увеличивая звуковое давление на площадь овального окна. Указанное
обстоятельство осуществляется за счет функционирования
трансформационного аппарата среднего уха, который преобразует звуковое
давление, падающее на барабанную перепонку, концентрируя его на
меньшей в 15 — 20 раз площади овального окна.
Состояние звукопроводящей системы органа слуха в значительной
степени зависит от режима давления в барабанной полости, который
регулируется посредством евстахиевой трубы, соединяющей барабанную
полость с носоглоткой. Через евстахиеву трубу, которая выполняет
вентиляционную функцию и открывается при глотании и зевании, воздух
поступает в полость среднего уха, благодаря чему происходит выравнивание
давления в барабанной полости с внешним давлением. При нарушении
проходимости евстахиевой трубы давление внутри барабанной полости
понижается, что обусловливает втяжение барабанной перепонки вовнутрь. В
связи с этим в результате увеличения ее сопротивления нарушается функция
звукопроводящей системы и понижается слуховая чувствительность. Это
понижение слуховой функции может достигать 15—-20 дБ для звуков
низкочастотного спектра.
В звукопроводящем механизме важную роль играет барабанная
перепонка, которая превращает воздушные звуковые колебания с большой
амплитудой и малой силой в колебания подножной пластинки стремени и
внутрилабиринтной жидкости с малой амплитудой и большой силой.
Указанная трансформация объясняется тем, что звуковая энергия, падающая
на большую поверхность барабанной перепонки (55 мм2), сосредоточивается
на значительно меньшей поверхности подножной пластинки стремени (3,2
мм2), вставленной в овальное окно.
Одним из основных факторов, обусловливающих нормальную функцию
29
слуха, является определенное напряжение барабанной перепонки,
осуществляемое и регулируемое нервно-мышечным аппаратом барабанной
полости. Барабанная перепонка имеет вогнутую форму, поэтому падающее
на нее звуковое давление увеличивается. Звуки различной тональности
передаются системой звукопроведения к слуховому рецептору с одинаковой
силой и без искажений, так как барабанная перепонка обладает слабым
собственным резонансом.
Раздражение волосковых клеток кортиева органа возникает в результате
колебания внутрилабиринтных жидкостей, а вместе с ними и основной
мембраны, что достигается лишь при одновременных колебаниях подножной
пластинки стремени и мембраны круглого окна, происходящих в разных
направлениях, так как жидкость практически несжимаема. Значительная роль
в функционировании данного механизма принадлежит барабанной
перепонке, которая закрывает (экранирует) круглое окно и тем самым
создает разность давления на лабиринтные окна, увеличивая колебания
внутрилабиринтной жидкости, а также экскурсии мембраны круглого окна и
подножной пластинки стремени.
Система слуховых косточек (молоточек, наковальня и стремя) связана
посредством сочленений, образуя подвижную цепь. Нарушение целостности
этой цепи обусловливает возникновение резкой степени тугоухости.
Подвижная цепь слуховых косточек обеспечивает связь между барабанной
перепонкой и подножной пластинкой стремени. Из-за того, что площадь
барабанной перепонки значительно больше площади подножной пластинки,
цепь слуховых косточек осуществляет не только передачу звуковых
колебаний, но и их преобразование (трансформацию) с выигрышем в силе.
Усиление звука, происходящее при прохождении его через звукопроводящий
аппарат среднего уха, достигается также благодаря механизму рычажного
действия слуховых косточек. Прохождение звукового сигнала через систему
среднего уха обусловливает увеличение силы звука, которое в сумме
составляет 25 — 26 дБ.
При чрезмерно интенсивных звуках слуховые косточки, в силу своих
механических свойств и благодаря реакции прикрепляющихся к ним
слуховых мышц, выполняют и защитную функцию.
При воздействии на орган слуха звуков высокой интенсивности мышца,
напрягающая барабанную перепонку, и стременная мышца сокращаются, в
результате чего уменьшается подвижность системы слуховых косточек и
ограничивается проведение звуковых колебаний к воспринимающему
механизму внутреннего уха. Мышцы среднего уха, являясь антагонистами,
обусловливают нормальный тонус барабанной перепонки и звукопроводящей
системы слуховых косточек и, кроме того, защищают внутреннее ухо от
резких звуков высокой интенсивности. Вместе с этим указанные мышцы
способствуют восприятию звуков малой интенсивности. Сокращение
мышцы, натягивающей барабанную перепонку, обеспечивает повышение
слуховой чувствительности, в то время как сокращение стременной мышцы,
наоборот, понижает слуховую функцию. Таким образом, функция слуховых
30
мышц сводится к защите внутреннего уха от сильных звуков и выполнению
аккомодационной роли, благодаря которой при воздействии на орган слуха
различных звуков создаются наиболее благоприятное напряжение и
оптимальный тонус барабанной перепонки и всей звукопроводящей системы.
Рефлекторные сокращения мышцы, напрягающей барабанную перепонку, и
стременной мышцы являются своеобразным «автоматическим контролем
громкости» для звуков большой силы.
В механизме звукопроведения существуют два пути распространения
звуковых колебаний к ушному лабиринту, где находится рецепторный
аппарат слухового анализатора — кортиев орган. Наряду с воздушным
звукопроведением, когда звуковая волна проходит через наружный слуховой
проход, барабанную перепонку, систему слуховых косточек, овальное окно
ушного лабиринта и жидкости внутреннего уха, существует второй путь —
костное или тканевое звукопроведение. При прохождении звуковой волны по
этому пути звуковые колебания распространяются по костной ткани черепа
и, в частности, височной кости, проникая в улитку. Указанный механизм
костного звукопроведения в определенной степени имеет место и при
обычной воздушной проводимости, однако особенно он характерен при
соприкосновении вибрирующего звукоизлучателя с костями черепа.
При вибрации костей черепа стремя, подножная пластинка которого
вставлена в овальное окно, приходит в колебание. Последнее передается в
ушной лабиринт и его жидкости, в результате чего выгибается основная
мембрана и приходит в движение находящийся на ней кортиев орган с
чувствительными волосковыми клетками.
При костном звукопроведении возможен и другой механизм
распространения звуковой волны (компрессионный), когда звук поступает
непосредственно с височной кости на костную стенку лабиринта, приводя ее
в колебание. Последнее передается на жидкости, в результате чего возникают
колебания основной мембраны и кортиева органа, при которых
чувствительные волосковые клетки соприкасаются с покровной мембраной.
Такой механизм наиболее характерен для проведения звуков высоких частот.
Возможен еще инерционный механизм костной проводимости, который
заключается в том, что при приложении вибратора-звукоизлучателя к голове
человека кости черепа приходят в колебание как одно целое. При этом
благодаря инерции цепи слуховых косточек, свободно подвешенных на
связках, кости черепа, совершая колебания — попеременно то надвигаясь на
стремя, то отходя от него, создают таким образом колебания пластинки
стремени в овальном окне лабиринта и вместе с этим колебания
внутрилабиринтных жидкостей. Указанный механизм имеет место при
воздействии на ухо звуковых колебаний низкочастотного спектра.
Экспериментальным доказательством существования воздушного и
костного путей звукопроведения явились опыты Дьердя Бекеши (1932), во
время которых ученый, направляя одинаковые звуки одновременно по обоим
указанным путям, выявил, что при наличии противоположных фаз звуковых
колебаний последние взаимно гасятся.
31
Основным механизмом проведения звуков к периферическому рецептору
является воздушный путь, когда звуковые колебания распространяются через
слуховой проход и систему среднего уха на овальное окно. Костный путь
звукопроведения играет существенную роль при нарушении системы
звукопроводящего аппарата как механизм, целесообразный для
использования с целью компенсации потери слуховой чувствительности
В физиологическом отношении важно, что при проведении звуковых
колебаний к кортиеву органу воздушным или костным путем происходят
колебания внутрилабиринтных жидкостей и выгибание основной мембраны с
находящимся на ней кортиевым органом, что и обусловливает возникновение
возбуждения, передаваемого по слуховому тракту в кору головного мозга.
Функциональная структура звукопроводящего механизма органа слуха
человека отличается большой приспособляемостью и совершенством, так как
она способна реагировать на весьма слабые по силе звуковые колебания.
Кроме того, звукопроводящий аппарат обладает способностью воспринимать
и передавать звуковые колебания, превышающие пороговую силу звука в
тысячу миллиардов раз, и разлагать сложный звук на составные элементы,
производя его первичный анализ.
1.4.2. Звуковоспринимающий аппарат
Современные методы электрофизиологических исследований позволили
глубоко изучить процессы функционирования звуковоспринимающей
системы органа слуха. Однако до настоящего времени существует ряд
теорий, по-разному освещающих механизм звуковосприятия.
Теория Г. Гельмгольца (1863) получила название резонансной. Согласно
ей, звук определенной тональности (частоты) вызывает ответные колебания
определенной зоны основной мембраны по известному закону механического
резонанса. В связи с тем что волокна основной мембраны, натянутые в
поперечном направлении, имеют различную длину и степень натяжения, то
звуки различного частотного характера вызывают избирательное
резонирование отдельных участков мембраны в зависимости от длины
волокон. Аналогично натянутым струнам, отдельные волокна основной
мембраны резонируют, т. е. приходят в колебание в ответ на звуки
соответствующей частоты, воздействующие на орган слуха. На звуки
низкочастотного спектра резонируют длинные волокна основной мембраны,
находящиеся у верхушки улитки, высокие звуки приводят в соколебание
участок мембраны, находящийся у основания улитки, с волокнами короткой
длины. Звуки средней высоты обусловливают содружественные колебания
волокна основной мембраны среднего завитка.
Положения данной теории были подтверждены Л. А. Андреевым в
лаборатории И. П. Павлова в опытах на собаках с условно-рефлекторной
методикой, где отмечалось, что в зависимости от зоны разрушения волокон
основной мембраны происходит выпадение восприятия тонов
соответствующей тональности.
Экспериментальные исследования аналогичного характера с измерением
32
биотоков улитки, проведенные В. Ф. Ундрицем, показали, что в результате
изолированного повреждения различных зон основной мембраны отмечается
соответствующее понижение интенсивности биотоков, которое имеет
неравномерный характер в зависимости от участка повреждения. Указанная
закономерность выявилась и при сопоставлении характера тугоухости у
больных и результатов гистологического исследования основной мембраны
внутреннего уха после их смерти.
Аналогичными были результаты, полученные в эксперименте на
животных при исследовании длительного влияния звуков различного
частотного спектра на внутреннее ухо. Микроскопическое исследование
ушного лабиринта показало, что при воздействии басовых (низких) звуков
происходит разрушение кортиева органа в области верхушки улитки, а
дискантовые (высокие) звуки обусловливают разрушения нервночувствительных элементов, локализирующихся у основания улитки в области
основного ее завитка.
По данным ионной теории П.П.Лазарева, под воздействием звуковых
колебаний на орган слуха в волосковых клетках кортиева органа возникает
химическая реакция, заключающаяся в том, что в зависимости от
интенсивности звука происходит распад определенного количества вещества,
называемого слуховым пурпуром. При этом выделяются ионы,
обусловливающие происхождение нервного возбуждения слухового
рецептора. Данная химическая теория объясняет феномен превращения
механических звуковых колебаний в нервный процесс.
Электрофизиологические исследования (Уивер и Брей, 1930) выявили,
что при воздействии звукового раздражителя в улитке возникает
электрический ток в виде микрофонных потенциалов, имеющих сходную
характеристику с воздействовавшим на орган слуха экспериментальным
тоном. При усилении и преобразовании указанных микрофонных
потенциалов с помощью специальной аппаратуры можно получить звук
аналогичного характера.
По теории X. Флетчера, движение пластинки стремени внутрь ушного
лабиринта в связи с подвижностью круглого окна смещает лишь часть
лабиринтной жидкости и вызывает деформацию (изгиб) основной мембраны
на отдельном ее участке, что связано с определенной величиной столба
колеблющейся внутрилабиринтной жидкости и механическими свойствами
основной мембраны. Частые колебания приводят в движение небольшой
объем жидкости лабиринта, в результате чего происходит изгиб мембраны в
участках, близко лежащих к овальному окну, которые в связи с сильным
натяжением и малой длиной волокон смещаются мало. Медленные
колебания обусловливают смещение большого объема жидкости во
внутреннем ухе, что вызывает изгиб основной мембраны на ее более
широком и менее натянутом участке, так как для этого требуется
значительно меньшая сила воздействия.
Экспериментальные исследования Бекеши и Портмана (1928) показали,
что смещение стремени сопряжено с движением внутрилабиринтной
33
жидкости и деформацией основной мембраны непосредственно у овального
окна. Бегущая волна распространяется по длине мембраны от основания по
направлению к верхушке улитки. Следующее смещение пластинки стремени
в овальном окне обусловливает новую бегущую волну, возникающую по
аналогии с пульсовой волной в артериальных кровеносных сосудах в
результате сердечных сокращений. При высоких звуках деформация
мембраны происходит в основном завитке улитки, а при низких — она
захватывает всю мембрану. Участки наибольшего выгибания соответствуют
пространственному расположению звуков на основной перепонке.
Согласно приведенным слуховым теориям, звуки определенных частот
вызывают раздражение соответствующих участков основной мембраны, в
связи с чем орган слуха обладает способностью дифференцировать звуки по
тональности, что представляет собой первичный анализ сложных звуков в
результате разложения их по частотному составу.
Девис на основании электрофизиологических исследований установил,
что при изменении степени натяжения волосков нервных чувствительных
клеток соответственно звуковым колебаниям выделяется электрическая
энергия. В результате этого образуются микрофонные потенциалы, которые
могут быть зарегистрированы при отведении их непосредственно от
волосковых клеток, а также от мембраны круглого окна в связи с наличием
свойства электропроводимости внутрилабиринтных жидкостей
(микрофонная теория улитки). Возникающие в кортиевом органе
электрические токи вызывают раздражение рецепторных окончаний
кохлеарного нерва. Возбуждение передается посредством специфического
вещества (медиатора) — ацетилхолина. Следовательно, кортиев орган
работает по принципу детектора, реагируя только на определенные звуковые
колебания и, подобно трансформатору, превращая их в нервное возбуждение.
В стволе слухового нерва, как и в основной мембране улитки,
сохраняется пространственное расположение волокон, проводящих звуки
различных частот. В частности, по периферии нервного ствола находятся
волокна, проводящие басовые тоны, а в центре лежат волокна, по которым
передаются звуки дискантовой тональности. Звуковые колебания в виде
нервных слуховых импульсов, поступающих в центральную нервную
систему, вызывают слуховые ощущения. Наряду с этим возникают
различные безусловные рефлекторные реакции, как, например, сужение
кровеносных сосудов, изменение электрических потенциалов кожи,
смыкание век, расширение зрачков, изменение биопотенциалов мозга,
поворот головы в сторону звука.
Элементарная дифференциация звука происходит в слуховом рецепторе
— кортиевом органе. В центральном отделе слухового анализатора (коре
головного мозга) осуществляется высший анализ и наиболее сложный синтез
звуковых сигнапов, причем последний — в области слуховой зоны височных
долей коры головного мозга, а также в рассеянных слуховых элементах
слухового анализатора, что подтверждено экспериментальными
наблюдениями при удалении височных долей головного мозга.
34
В связи с тем что у человека имеются два периферических
звукопроводящих и звуковоспринимающих аппарата (левый и правый), два
проводящих нервных слуховых тракта, образующих частичный перекрест
волокон, и два центральных слуховых отдела в коре головного мозга,
поражение слуховой зоны коры головного мозга одного полушария
обусловливает частичную тугоухость на оба уха. Наряду с этим выключение
слуховых зон обоих полушарий головного мозга ведет к нарушению
функции высшего коркового анализа и синтеза звуковых сигналов, однако
элементарная реакция на звук, осуществляемая в ушном лабиринте,
сохраняется. Одностороннее поражение органа слуха при нормальном
состоянии другого уха практически не сказывается на общей слуховой
способности человека.
Таким образом, слуховой аппарат нужно рассматривать как целостный в
функциональном отношении звуковой анализатор, различные части которого
выполняют определенную работу. Периферический конец производит
первичный анализ и преобразует физическую энергию звука в
специфическую энергию нервного возбуждения; проводящие нервные пути
передают возбуждение в мозговые центры, и в коре головного мозга
производится превращение энергии нервного возбуждения в ощущение. Кора
головного мозга играет ведущую роль в работе звукового анализатора.
Рисунок 14 в условной форме иллюстрирует взаимодействие и
взаимосвязи составляющих элементов бинаурального пути поступления
звуковой информации из периферических отделов органа слуха в слуховые
центры коры головного мозга.
Специфической особенностью слуха человека является способность
воспринимать звуки речи не только как физические явления, но и как
единицы, несущие смысловую нагрузку. Эта способность обеспечивается
наличием сенсорного центра речи, расположенного в заднем отделе верхней
височной извилины левого полушария головного мозга. При выключении
этого центра нару- -шается анализ и синтез сложных звуковых комплексов
словесной» речи. Восприятие тонов и шумов, входящих в состав речи, может
в таких случаях сохраниться, но их различение именно как речевых звуков
становится невозможным.
Вопросы и задания
1. Назовите основные периоды развития аудиологии. Кто изобрел пер
вый аудиометр?
2. Каково строение и функции наружного уха?
3. Расскажите о строении и функциях среднего уха.
4. Опишите строение и функции внутреннего уха.
5. Перечислите составляющие звукопроводящей и звуковоспринимающей систем звукового анализатора.
6. Раскройте физиологические процессы, обусловливающие функцио
нальное значение звукопроводящего аппарата органа слуха.
7. Опишите физиологические процессы, определяющие функциональ
ные действия звуковоспринимающего аппарата органа слуха.
35
Рис.14. Схема бинаурального пути поступления звукового сигнала в кору
головного мозга
36
37
Глава 2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О
ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ
АКУСТИКЕ
Слуховой анализатор является в филогенетическом отношении самым
молодым из всех органов чувств и в то же время очень сложным и
совершенным.
С древнейших времен до наших дней — от первоначальных исследований
простейших законов физики, звука до тщательного изучения проблем
возникновения звуковых волн, их распространения и восприятия — акустика
проделала огромный путь в своем развитии, прежде чем стало возможным
появление радио, телефона, кинематографии, телевидения и др.
Звук был и остается единственным адекватным природным
раздражителем нашего слухового аппарата, постоянно сообщающим нам
обширную информацию об окружающем мире; он является основным
раздражителем при самых разнообразных методах исследования
акустического анализатора. Именно поэтому аудио-логия немыслима без
знания и использования законов акустики.
2.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
Звук — это колебания частиц упругой среды, распространяющихся в виде
волн, при которых возникают слуховые ощущения. Пространство, в котором
происходит распространение этих волн, называют звуковым полем.
Упругие свойства среды обусловлены взаимодействием ее молекул. Если
одну молекулу или группу молекул среды вывести из состояния равновесия,
это повлечет за собой изменение положения или смещение других молекул.
Передачу колебаний через частицы среды называют волной.
Звуковая волна может распространяться как в твердой и жидкой, так и в
газообразной среде, что крайне важно для понимания сущности
физиологических явлений в слуховом анализаторе. При распространении
механических волн происходит изменение состояния среды, т. е. передача
энергии осуществляется без переноса частиц среды. Последние только
смещаются относительно положения равновесия. Так, например, если в
воздухе или воде локально возбудить звуковые колебания, то они начнут
распространяться практически во все стороны путем передачи колебаний от
одной молекулы к другой. Передача колебаний молекулам или частицам
среды требует затрат как энергии, так и времени.
Распространение колебаний происходит благодаря упругим связям между
молекулами, в результате которых движение каждой из них как бы повторяет
движение предыдущей. Передача колебаний требует затраты времени,
поэтому движение молекул в точке наблюдений происходит с некоторым
запаздыванием во времени по отношению к движению молекул в зоне
возбуждения колебаний. При этом звуковые колебания распространяются со
скоростью, которая определяется физическими свойствами среды.
38
В газах и жидкостях звуковые волны распространяются в виде объемных
волн растяжения и сжатия. Скорость звука для различных сред неодинакова.
В твердых материалах она больше, чем в жидкостях и газах.
От скорости звука следует отличать скорость движения частиц среды, т.
е. колебательную скорость. Последняя характеризует скорость, с которой в
возвратно-поступательном движении перемещаются элементарные объемы
газов, частицы твердого тела или жидкости. Колебательная скорость, как и
скорость распространения звука, является векторной величиной.
Направления этих двух векторов определяют тип звуковых волн.
Колебательная скорость значительно меньше скорости звука и зависит как от
возбуждающей силы, так и от частоты звука.
Колебания звучащего тела часто называют маятникообразны-ми.
Действительно, как и в движении маятника, в колебании звучащего тела
можно выделить четыре фазы: из исходного до крайнего положения, от
крайнего назад до исходного, по инерции — до другого крайнего положения
и, наконец, назад до исходного. Время, в течение которого совершается одно
полное колебание, называется периодом колебания. Период может быть
большим и меньшим. Если тело колеблется медленно, то период его
колебания будет большим; если же тело колеблется быстро, то период его
колебания будет меньшим.
2.1.1. Звук и его виды
Колебания звукообразующего тела в воздушной среде, хотя и возникают
на одном месте, не остаются локализованными, а передаются на соседние
участки воздушной среды. В силу маятникообразного колебания в
воздушной среде образуются сгущения, чередующиеся с участками
разрежения (рис. 15, А, Б). Попеременное образование участков сгущения и
разрежения создает звуковую волну. При этом частицы воздуха не
перемещаются по распространению волны, а,находясь в состоянии
колебания, возвращаются в исходное положение.
А
Б
источник камертон
приемник
Рис. 15. Звуковая волна:
А — участок сгущения; Б — участок разрежения
В зависимости от величины плотности и упругости окружающей среды
звуковая волна имеет различное распространение и разлившую скорость. В
воде скорость распространения звуковой волны в четыре раза больше, чем в
воздухе. Характерной особенностью звуковой волны является ее
шарообразность, т. е. концентрическое распространение во все стороны от
источника звука. Одинаковые состояния звуковой волны — участки
39
сгущения и разрежения — образуют фазы. Расстояние между одинаковыми
фазами называется длиной волны. У низких звуков фазы отстоят далеко друг
от друга, т. е. длина волны большая, у высоких — фазы расположены близко,
т.е. длина волны маленькая.
В современных теориях слуха большое значение придается длине
звуковой волны. С длиной волны связано одно из важнейших понятий,
характеризующих звук, — частота колебаний. Частотой колебания
называется количество повторных сжатий и следующих за ними разрежений,
проходящих через определенную точку наблюдения в одну секунду.
Расстояние между средним и крайним положениями колеблющегося тела
составляет амплитуду колебаний, от которой в значительной степени зависит
сила и интенсивность звука.
Одним из условий оптимального слуха является правильная работа
трансформационного механизма уха, благодаря которому происходит
преобразование звуковых колебаний с большой амплитудой и относительно
малой силой в звуковые колебания с малой амплитудой, но с относительно
большим давлением.
По характеру колебательных движений звуки делятся на три группы:
чистые тоны, сложные тоны и шумы.
Если при колебании звучащего тела через определенные промежутки
времени повторяются одинаковые фазы (А.) звуковой волны, то такое
колебание называется гармоническим, ритмичным или периодическим. Его
графическое изображение выражается в виде синусоиды (рис. 16).
Звук, возникающий в результате периодического колебания и
распространяющийся в виде синусоидальной волны, называется тоном.
Правильная синусоида включает только одну частоту ко-
Рис. 16. Синусоидальная волна
Рис. 17. Сложная синусоидальная
волна.
40
Звук Р разложен на составляющие его
АЛААААА
синусоидальные компоненты Р1 — Р^
(по Г. Кобраку)
лебания и дает в результате чистый, или простой, тон. Примером
искусственно воспроизводимого чистого тона является звук камертона.
Окружающие нас звуки — сложные. Они дают не правильную, а сложную
синусоиду, которая, по теории французского математика Ж.Б.Фурье (1822),
представляет собой сумму простых синусоид, каждая из которых может быть
в отдельности (рис. 17). Выделенные из сложного звука синусоидальные
компоненты представляют собой простые тоны, различающиеся по частоте и
амплитуде. При этом звук самой низкой частоты является основным и
характеризует высоту звука, все остальные — добавочные к нему, или
обертоны. Каждый следующий обертон отличается от основного тона по
частоте в целое число раз: I обертон — в два раза, II — в три, III — в четыре
и т.д. Например: I обертон тона 128 будет 128-2 = 256 Гц; II обертон - 128-3 =
384 Гц; III обертон — 128-4 = 512 Гц и т.д.
Звуки, не имеющие периодического характера и состоящие из смеси
тонов самых разных частот, соотношение между которыми выражается не
целыми, а дробными числами и в них невозможно выделить основной тон,
называются шумами. Шумы и шорохи постоянно присутствуют в
окружающем нас звуковом фоне. С ними мы сталкиваемся в виде шума
ветра, деревьев, моря, городского транспорта, в виде грохота грома и шелеста
страниц книги. Слух человека в процессе онтогенетического развития
формировался код влиянием шумов. В течение всей своей жизни человек
находтся в среде, насыщенной различного рода шумами. Поэтому, как пишет
Лангенбек (1954), человек с детства должен тренироваться, чтобы слышать
определенные звуки, несмотря на шум.
«Белый шум», или «шум Гаусса» — по имени ученого, впервые
описавшего его свойства, — отличается от простого шума тем, то в его
состав входят в одинаковой степени все частоты, воспринимаемые
человеческим ухом. Свое название он получил по аналогии с «белым
светом», который состоит только из частот видимого спектра. «Белый шум»
нашел широкое применение в ряде аудиометрических исследований.
Звуковая волна, как уже было отмечено выше, распространяется от
источника звука шарообразно во все стороны. Однако по мере удаления от
звучащего тела энергия волны убывает обратно пропорционально квадрату
пройденного расстояния. Потеря энергии связана с преодолением
сопротивления среды и внутреннего трения самих частиц. Распространению
волны мешает целый ряд препятствий, встречающихся на ее пути (в том
числе и голова человека), которые волна должна преодолеть. Способность
звуковой волны огибать препятствия называется дифракцией. Низкие звуки
41
обладают лучшей дифракцией, чем высокие. Этим, например, объясняется
тот факт, что когда группа поющих людей сворачивает за угол, то сначала
перестают быть слышны высокие голоса, а затем уже низкие.
Если на пути распространения волны находится большая поверхность, то
волна отражается от нее. При этом возникает явление, называемое эхом.
Звуковое эхо воспринимается ухом раздельно от первичного сигнала
(короткого звукового импульса) в том случае, если оно запаздывает не менее
чем на 0,05 — 0,06 с. С эхом мы часто встречаемся в природных условиях: в
лесу, в горах, где отражающими поверхностями являются деревья, камни. Но
оно может наблюдаться и в закрытых помещениях, в которых звук
отражается от стен, потолка, мебели. Такое явление послезвучания,
сохраняющегося после выключения источника звука, обусловленное
неодновременным приходом в данную точку отраженных или рассеянных
звуковых волн, называется реверберацией. Реверберация оказывает
значительное влияние на слышимость речи и музыки в помещениях. Она
может быть сильной, и тогда мы говорим о «гулкости» помещения, но может
быть и наоборот, слабой — в таком помещении звуки становятся тусклыми,
быстро угасающими. Реверберацию можно ослабить путем покрытия
отражающих поверхностей пористыми или губчатыми материалами,
занавесями, коврами. Попадающий на них звук будет поглощаться —
адсорбироваться. Реверберацию можно также и усилить. Для этой цели
создаются помещения специальной формы с «направленным» звуком —
концертные залы, эстрадные «раковины» и т.д. Наличие большого
количества мебели, оборудования в помещениях, предназначенных для
проверки слуха, может резко исказить результаты исследований.
Если в закрытом помещении действие звучащего источника
продолжается, то отраженная волна встречает на своем обратном пути
первичную волну. При этом возникает явление интерференции, в результате
которого волны могут усиливать или ослаблять друг друга. Интерференция,
например, может искажать результаты камертонального исследования при
неправильном приближении звучащего камертона к уху. Явление
интерференции играет определенную роль и при прохождении звука через
наружный слуховой проход, в котором происходит усиление звуковой волны
в три раза.
Законы отражения и поглощения проявляются и в деятельности
звукопроводящей системы органа слуха. Когда звуковая волна ударяется в
находящуюся на ее пути эластичную мембрану — барабанную перепонку, то
часть энергии отражается, а часть проходит в барабанную полость и
поглощается. Та часть энергии, которая отражается, фактически будет
определять импеданс (сопротивление) барабанной перепонки. Термин
«импеданс» заимствован из электротехники, где он определяет сумму
сопротивлений в системе переменного тока. Впервые это явление изучил
Трогер (1930). Проведенные им опыты показали, что импеданс барабанной
перепонки зависит от частоты звука. Так, например, при частоте 800 — 1000
Гц импеданс почти равен 0, т.е. вся звуковая энергия проходит через
42
барабанную перепонку без отражения. В дальнейшем Метц доказал, что
различные воспалительные заболевания среднего уха увеличивают импеданс
барабанной перепонки в несколько раз.
Конечный участок звукопроводящих путей представляет собой, как
известно, жидкую среду. Установлено, что при переходе звуковой волны из
воздуха в жидкость происходит отражение 99,9 % ее первоначальной энергии
и поглощение только 0,1 %, т.е. волна становится в 1000 раз слабее. Такая же
большая потеря энергии должна была бы произойти и при переходе звуковой
волны из воздушной среды среднего уха в жидкость внутреннего уха. Однако
наличие правильно функционирующей трансформационной системы уха
спасает положение, значительно уменьшая потерю. Впервые физические
законы усиления звуков в среднем ухе разработал Э. Г. Вебер (1851).
Большую роль в звукопроведении играет явление резонанса. Буквальный
перевод этого французского слова означает «отдающий звук». Если на
способный колебаться предмет воздействует волна от другого
колеблющегося тела, то предмет придет в колебательное движение, т.е.
станет резонатором. Резонанс может быть острым и тупым. Острый резонанс
появляется тогда, когда собственный период колебаний резонатора совпадает
с периодом воздействующей силы. При графическом изображении мы
получим кривую, показывающую, что при остром резонансе имеют место
очень медленно затухающие колебания (рис. 18, а). Примером возникновения
острого резонанса является колебание струны рояля при поднесении к ней
соответствующего по частоте звучащего камертона. При этом амплитуда
колебаний струны будет максимальной.
При тупом резонансе период колебаний резонатора не совпадает с
периодом колебаний воздействующей силы. В отличие от острого резонанса
мы получим пологую кривую, показывающую, что колебания очень быстро
затухают (рис. 18, б)
.
Острый резонанс Тупой резонанс
Рис. 18. Резонансные кривые:
а — максимум резонансной кривой при остром резонансе; 6 — плоская
резонансная кривая при тупом резонансе
Долгое время барабанную перепонку считали тупым резонатором, т.е.
колеблющимся телом, одинаково хорошо реагирующим на воздействие
43
любой частоты колебаний. Большинство исследователей (Г. И. Гринберг, Р.
А. Засосов, 1957; Г. Кобрак, 1958, и др.) считают, что барабанная перепонка,
действительно хорошо реагируя на различные частоты, тем не менее
обладает собственной частотой колебания, равной 800— 1000 Гц. Франк и
Бромзер в своих исследованиях (1923) показали, что собственная частота
колебаний звукопроводящей системы уха также равна приблизительно 1000
Гц. Таким образом, частоту в 1000 Гц с полным основанием можно назвать
«собственным тоном» барабанной перепонки: при воздействии звуковых
колебаний этой частоты отмечается ее наилучший резонанс и наименьший
импеданс. Этим можно объяснить тот факт, что большое количество
аудиометрических тестов проводятся на частоте в 1000 Гц. Установлено
также, что зоне звуков с частотой в 1000 — 2000 Гц на основной мембране
улитки соответствует наибольший отрезок, равный 5 мм.
Исследования, проведенные в акустической лаборатории Московского
университета, показали, что в большинстве окружающих человека
«приятных» звуков — шуме леса, дождя, моря и т.д. — определяющей
является частота в 1000 Гц.
Мы рассмотрели основные физические свойства звукового раздражителя,
и в первую очередь такие, как частота и сила колебаний. Однако
объективные физические признаки звука, воздействуя на акустический
анализатор, вызывают в нем появление субъективных физиологических
ощущений — высоты, громкости и тембра звука, к описанию которых мы и
переходим.
Закономерно возникает вопрос: каким же образом можно привести к
«общему знаменателю» объективные физические признаки и субъективные
физиологические ощущения? Казалось бы, эти величины не только
несоизмеримы, но и несовместимы — физика и психофизиология! Между
тем еще в прошлом веке Э. Г. Вебер и Г. Т. Фехнер открыли закон, ставший
общим для всех органов чувств и для всех видов раздражителей. Сущность
этого закона заключается в следующем: в то время как величина
раздражителя увеличивается в геометрической прогрессии, ощущение от
этого раздражителя возрастает в арифметической прогрессии. Иными
словами, если величина раздражителя А увеличивается в прогрессии А, А2,
А3 и т.д., то величина ощущения возрастает в прогрессии А, 2А, ЗА и т.д.
Дальнейшие исследования показали, что закон Вебера — Фехнера
применим для аудиологических исследований лишь отчасти. Так, он не
применим в тех случаях, когда вопрос касается крайних степеней
раздражения как по частоте, так и по интенсивности. Кроме того, ощущение
громкости не только находится в соответствии с изменением интенсивности,
но и зависит еще от ряда факторов, в том числе от частоты звука, состояния
слухового анализатора, деятельности центральной нервной системы и т.д.
Тем не менее на основании использования закона Вебера —Фехнера были
установлены аудиометрические единицы измерения интенсивности звука —
октава и децибел — и в этом его большое практическое значение.
В отличие от ощущения громкости, ощущение высоты звука находится в
44
прямом соответствии с изменением частоты колебаний. Примером этого
может служить ручная сирена: при медленном вращении ручки она дает
низкий звук, с увеличением скорости вращения высота звука повышается.
Установленная международная единица субъективного ощущения
высоты звука «мел» не нашла широкого применения, и почти повсеместно
оценка высоты звука производится в герцах (по имени немецкого физика
Генриха Герца) — число колебаний в 1 с. Диапазон воспринимаемых
человеческим ухом частот находится в пределах от 15—16 до 20 000 —
22000 Гц. Звуки с частотой колебаний ниже 15 —16 Гц относятся к
инфразвукам, с частотой выше 20 000 — 22 000 Гц — к ультразвукам.
Получение ультразвуков и внедрение их в практику были впервые
осуществлены французом Полем Ланжевеном в начале XX в. Воздействие
этих частот на акустический анализатор не воспринимается как звуковое
ощущение, хотя и не остается для него бесследным, вызывая изменения в
молекулярных структурах клеток.
В лаборатории патофизиологии Московского научно-исследовательского
института уха, горла и носа было установлено, что при костном проведении
ультразвук в пределах частотного спектра 32 — 200 кГц (32 000—200 000
Гц) вызывает у нормально слышащих людей слуховое ощущение
(Б.М.Сагалович, 1962).
Инфразвуки, улавливаемые специальной аппаратурой, служат для
изучения влияния на организм вибраций.
Весь диапазон воспринимаемых ухом частот может быть разделен на
несколько частей: тоны до 500 Гц называются низкочастотными, от 500 до
3000 Гц — среднечастотными, от 3000 до 8000 Гц — высокочастотными и
выше 8000 Гц — серхвысокочастотными.
Различные части диапазона воспринимаются ухом неравномерно. Лучше
всего слышны тоны средних частот, и особенно в зоне 800 — 2000 Гц, хуже
— крайние части диапазона: ниже 50 и выше 10 000 Гц. Наличие этих
пределов оптимального слуха объясняется, по мнению В.Ф.Ундрица, тем, что
крайние участки основной мембраны способны реагировать на колебания не
ниже 30 — 50 Гц и не выше 10 000—13 000 Гц. Восприятие же звуков,
расположенных выше и ниже указанных границ, становится возможным при
значительном увеличении их интенсивности, когда искажения,
появляющиеся в участках основной мембраны, настроенных на более низкие
тоны, приводят к образованию обертонов. Эти обертоны, по-видимому, и
дают ощущение некоего более низкого или более высокого тона —
унтертона, а иногда и просто шума.
Более ранним обозначением высоты тона кроме частотной
характеристики является октава. Понятие «октава» существует столько же,
сколько существует музыкальная грамота. Октава, как известно, состоит из
семи нот: до, ре, ми, фа, соль, ля, си. Самый низкий звук нашего диапазона,
равный 16 Гц, представляет собой «до» субконтраоктавы (С), самый высокий
— около 20 000 Гц — «ре-ми» седьмой октавы (С седьмой степени).
Диапазон нашего слуха охватывает более 11 октав. Выше диапазона нашего
45
восприятия находится еще более 16 октав, составляющих область
ультразвуков.
Из широкого спектра воспринимаемых звуков диапазон музыкальной
области слуха намного уже всего диапазона воспринимаемых человеческим
ухом звуков. Он составляет примерно от 40 до 15000 Гц. При этом зона
между 40 и 4000 Гц относится к собственно музыкальной области, а в зоне
свыше 4000 Гц расположена ультрамузыкальная область. Такая же
особенность характерна и для звуков человеческого голоса. Нижняя граница
баса, например, находится около 80 Гц, а верхняя граница самого высокого
голоса (сопрано) — несколько выше 1000 Гц. Основными частотами, при
помощи которых люди общаются друг с другом, используя речь, являются
500 — 4000 Гц. Область этих частот получила в аудиологии название зоны
речевых частот.
Исследования, проведенные в 1-м Ленинградском медицинском
институте им. И. П. Павлова (Л. В. Егоров и др., 1976), показали
значительную возрастную вариабельность слуховой чувствительности. При
тональной аудиометрии выявлено, что у детей в возрасте 4—10 лет пороги
слуховой чувствительности превышают соответствующие пороги взрослых
на 6 —10 дБ. С возрастом происходит постепенное снижение порогов
восприятия. Острота слуха к 12— 14 годам достигает оптимальной величины
и даже иногда превышает эти показатели у взрослых. Наибольшая острота
слуха
у взрослых наблюдается в возрасте 20 — 30 лет. Постепенно диапазон
слышимых частот начинает сужаться, сначала за счет верхней, а затем и
нижней границы. К 50 —60 годам верхняя граница слуха составляет 13 000—
15 000 Гц, а максимальная чувствительность находится в области 2000 Гц, в
то время как до 30-летнего возраста она находилась в области 3000 Гц.
Частотный спектр «голосов» многих представителей животного мира
располагается в диапазоне слуха человека. Так, например, слоны
«разговаривают» в зоне 95—380 Гц, земноводные — 1000 — 3000 Гц,
цикады — 3000 — 8000 Гц, жуки — 5000 — 8000 Гц, саранча — 3000—15
000 Гц. Диапазон звуков, воспринимаемых животными, намного шире
диапазона, воспринимаемого человеком. Опыты показывают, что кошки
воспринимают звуки до 40 000 Гц. Это позволяет им реагировать на
малейшую звуковую активность. Собаки слышат звуки выше 40 000 Гц.
Известны методы дрессировки собак ультразвуковыми свистками, которых
не слышит сам дрессировщик. Летучие мыши посылают в пространство
через равные промежутки времени звуковые сигналы высотой 50 000 — 90
000 Гц и воспринимают их отраженными от окружающих предметов.
Подобно летучим мышам, дельфины также используют своеобразный
ультразвуковой радар для «прощупывания» дна моря. Исследования,
проведенные над комарами, показали, что «антенны» комаров-самцов
вибрируют под влиянием ультразвуков, издаваемых при полете самками,
заставляя их лететь на большие расстояния. Такой «брачный призыв»
использован в настоящее время для борьбы с комарами, которые находят
46
вместо своих самок специальные засасывающие их ультразвуковые
аппараты.
Сравнение диапазона слуха человека и животных и выявленное при этом
превосходство слуха последних заставили ученых заняться более
тщательным изучением особенностей строения слухового аппарата
животных. Последние годы в этом отношении ознаменовались
значительными успехами. Молодая отрасль науки — бионика, используя
полученные данные, оказывает в настоящее время большую помощь ряду
специальных лабораторий, занимающихся созданием аппаратов, которые
дают возможность человеку расширить свой слуховой диапазон.
Мы рассмотрели диапазон частот, слышимых человеческим ухом. При
этом отмечалось, что восприятие этих частот в виде субъективного
ощущения той или иной высоты в значительной мере зависит от силы или
интенсивности колебаний звучащего тела. Понятно, что чем больше
амплитуда колебания или «размах» колеблющегося тела, тем больше энергии
посылает данное тело в окружающую среду, тем быстрее передвигаются
молекулы этой среды. Величиной этой энергии можно определить силу
звука. Единицей энергии является эрг, который равен работе силы в 1 дину
на пути в 1 см. Энергию можно выразить и в единицах электрической
мощностих. Тогда сила звука будет определяться как средний поток энергии
в ваттах, проходящий через 1 м2 площади, в этих случаях единицей
измерения будет Вт/м2. В то же время звуковая волна, дойдя до барабанной
перепонки, оказывает на нее определенное давление. Величиной этого
давления, выражаемого в барах, можно также измерить силу звуковой волны.
Один бар равен давлению силы в 1 дину на площадь в 1 см2, что
приблизительно равно одной миллионной части атмосферного давления.
Закономерно возникает вопрос: какое же должно быть самое минимальное
давление, чтобы в человеческом ухе появилось самое минимальное звуковое
раздражение, стал слышен звук «едва-едва», т.е. пороговый звук! Оказалось,
что такое давление на разных частотах должно быть различным. Как видно
из диаграммы на рисунке 19, оно наибольшее в области нижних и верхних
частот тон-шкалы и наименьшее, равное 0,000204 бара, в области 1000 —
4000 Гц. Если на этих частотах постоянно увеличивать звуковое давление на
барабанную перепонку, в ухе возникнет ощущение боли, что сделает
невозможным дальнейшее увеличение давления. Тем самым будет достигнут
второй порог, получивший название порога боли, или порога дискомфорта.
Область, заключенная между двумя этими порогами — порогом слышимости
и порогом дискомфорта, называется областью слухового восприятия или
полем слуха человека.
Величина области слухового восприятия меняется в зависимости от
частоты звука. Согласно исследованиям Вегеля, область слухового
восприятия наименьшая в зоне 20 — 30 Гц и 15 000 — 20 000 Гц, где порог
слышимости и порог дискомфорта соединяются в одной точке, и наибольшая
находится в зоне 1000 — 4000 Гц, где имеется астрономическая разница
между двумя величинами порогов (0,000204 и 640 бар)
47
Но величину поля слуха можно выразить и в других единицах измерения,
а именно — в эргах или ваттах. Как в барах, так и в других абсолютных
единицах (ваттах и эргах) разница между пороговыми величинами
колеблется в огромных пределах, чрезвычайно затрудняющих вычисление.
Поэтому с целью упрощения измерений используются не абсолютные, а
относительные величины, полученные путем сравнения измеряемой
интенсивности с определенным нулевым уровнем.
Если силу звука на пороге слышимости в зоне частот 1000 — 4000 Гц
принять за единицу, а все более громкие звуки выражать, применяя закон
Вебера — Фехнера, в десятичных логарифмах отношения их интенсивности
к этой единице, то вместо соотношения 1:1013 мы получим: 1§ 1 = 0; 1§ №ъ =
13, т. е. ряд чисел от 0 до 13. Эта единица получила название «бел» — в честь
Александра Грехема Белла, изобретателя телефона. Однако на практике
оказалось более удобным использовать десятые доли бела, т. е. децибелы
(дБ). Это дало возможность интенсивность всех звуков области слухового
восприятия выразить в относительных единицах от 0 до 130 дБ.
Использование шкалы децибел открыло пути для выражения в
общепринятых единицах силы звука окружающей нас звуковой активности.
В таблице 1 приведена характеристика звукового восприятия в децибелах.
Однако необходимо учитывать, что децибел является условной
сравнительной единицей, которая показывает, насколько один звук сильнее
другого. Например, мы говорим, что один звук сильнее другого в 10 раз —
это значит, что интенсивность второго звука больше на 10 дБ. В то же время,
когда мы отмечаем, что сила звука равна 10 дБ, то под этим понимаем, что
сила данного звука в 101, т.е. в 10 раз больше той, которую мы условно
принимаем за нулевую. Обычно за нулевой уровень принимают давление на
пороге слышимости в зоне 1000 — 4000 Гц, равное 0,000204 бара (или 10~9
эрг, или 10~16 Вт/см2). Следовательно, если мы отмечаем, что интенсивность
звука равна 40 дБ, то это значит, что отношение данной силы звука к
0,000204 бара равно 104, т. е. 10 000. Иными словами, данная сила звука в 10
000 раз больше нулевой.
Для определения величины отношения той или иной силы звука в
децибелах к нулевой количество децибел делят на 10, а затем возводят 10 в
степень, равную полученному частному. Пользуясь таким методом расчета,
можно составить таблицу , показывающую, во сколько раз звук, имеющий
силу в то или иное количество децибел, больше звука, сила которого
принимается за нулевую.
Казалось бы, применяя закон Вебера — Фехнера и получая при этом
логарифмические шкалы уровня интенсивности звука, выражаемой в
децибелах, мы тем самым полностью разрешили проблему оценки величины
субъективной громкости. Однако, как уже отмечалось выше, закон Вебера —
Фехнера представляет величину громкости как субъективного ощущения
лишь отчасти. Дело в том, что работами ряда авторов (X. Флетчер, Н.
Ржевкин и др.) доказано, что громкость зависит не только от силы звуков, но
и от целого ряда моментов: состояния слухового анализатора, центральной
48
нервной системы и, главным образом, от высоты воздействующего тона. И
если для зоны частот в 1000 — 4000 Гц интенсивность звука почти совпадает
с ощущением его громкости, то для частот, расположенных по краям
диапазона, громкость звука нарастает намного быстрее.
Исследования Христиана Флетчера дали возможность изобразить
неравномерное нарастание громкости в зависимости от частоты звука в виде
кривых (что нашло в дальнейшем свое отражение в аудиограммах). С
увеличением интенсивности звука ощущение громкости на различных
частотах становится различным. Так, например, согласно Флетчеру, для того
чтобы один и тот же звук в 40 дБ был слышен одинаково громко одним и тем
же ухом на двух частотах — 100 и 1000 Гц, необходимо на частоте 100 Гц
дать интенсивность звука в 40 дБ, а на частоте 1000 Гц — в 80 дБ. Такая
прибавка является значительной при сравнении низких частот с высокими и
очень небольшой при сравнении низких с низкими и высоких с высокими.
Для получения субъективного ощущения равной громкости для звуков
разных частот требуется неодинаковая прибавка их интенсивности в
децибелах. А это значит, что децибел не может претендовать на роль
единицы, определяющей субъективную громкость.
Увеличение уровня громкости не идет параллельно истинному
восприятию громкости. Существующая непосредственная оценка человеком
громкости звуков в виде музыкальных обозначений — форте-фортиссимо,
фортиссимо, форте, меццо-форте, меццо-пиано, пиано, пианиссимо, пианопианиссимо — показывает, что каждая последующая ступень дает
уменьшение или увеличение громкости в два раза. Если учесть, что весь
диапазон музыкальных звуков укладывается в громкость до 80 дБ и что всех
музыкальных обозначений восемь, а каждая ступень отличается от
следующей по громкости в два раза, то можно прийти к выводу, что
увеличение силы звука на 10 дБ удваивает его громкость.
Децибелы считаются общепризнанной единицей для аудиометрических
исследований. Удобство этой единицы измерения заключается в том, что 0
дБ определяет порог слышимости человеческого уха, а все последующие
возрастающие уровни характеризуются простыми числами от 0 до 130, соответственно оценивающими
интенсивность возникшего ощущения.
При строительстве музыкальных помещений, при исследовании шума в
цехах фабрик и заводов, в музыкологии и т.д. в акустических расчетах
применяются фоны и соны. Фон — единица уровня громкости исследуемого
звука и тона 1000 Гц (для чистого тона фон совпадает с децибелом). Сон —
единица громкости, 1 сон соответствует уровню громкости 40 фон при
частоте 1000 Гц.
Итак, окружающие нас звуки чрезвычайно разнообразны, они отличаются
по высоте и громкости. Сочетаний этих двух величин может быть
бесчисленное множество, и поэтому воздействующий на орган слуха
звуковой фон отличается крайней видоизменчивостью. Последнее
обстоятельство связано, главным образом, еще с одним свойством звуков —
49
их тембром. Тембр, или особая окраска звуков, зависит от наличия в
сложном звуке большого количества добавочных к нему тонов — обертонов,
называемых также гармониками, призвуками.
Тон самой низкой частоты сложного звука является основным, а все
более высокие тоны, частота которых в целое число раз (2, 3, 4, 5 и т.д.)
превосходит частоту основного тона, — обертонами. Сочетание основного
тона и его обертонов составляет спектр звука.
Обертоны образуются благодаря тому, что звучащее тело колеблется не
только как целое, но и по частям. Так, например, струна колеблется с
частотой 100 Гц, ее половинки — с частотой 200 Гц, четверти — с частотой в
400 Гц и т.д. Наличие обертонов позволяет нам отличать друг от друга два
звука, производимых с одной и той же силой на одной и той же высоте. Мы,
например, никогда не спутаем «до» 4-й октавы, взятое на скрипке и на
гитаре. Понятно, что наличие в инструментах резонаторных полостей
оказывает влияние на их гармонические характеристики. Великолепное
качество знаменитых скрипок Страдивари в первую очередь было связано с
оригинальностью их конструкции, придающей инструменту особенную
«чистую звучность».
Процесс звукового анализа заключается в том, что наш слуховой аппарат
может воспринимать как основной тон, так и тембр всего звука, который
придают ему обертоны. В то же время мы воспринимаем весь объединенный
комплекс звука без разложения его на отдельные гармонические созвучия,
благодаря чему воспринимаемый звук становится более эмоциональным и
насыщенным. Однако люди с так называемым музыкальным или
абсолютным слухом могут производить анализ звука, выделяя его составные
обертоны, отличая две рядом расположенные ноты, тон от полутона и т.д.
Они могут делать это не только на слух, но и «с листа», т.е. читая ноты. Не
подлежит сомнению, что наличие абсолютного слуха является результатом
двух слагаемых: природных данных и особенно тренировки. Путем
тренировки вырабатывается главное качество музыканта — его музыкальная
память.
Комбинация обертонов вокруг основного тона имеет большое значение
для тембра нашего голоса. Так как число обертонов почти бесконечно, а их
роль неравнозначна, например, если усилены 1 и VI, или III и V, или II, VII и
IX и т.д., голоса людей разительно отличаются друг от друга. И если нет в
мире двух одинаковых по своей конфигурации ушных раковин, двух
похожих отпечатков пальцев, двух абсолютно схожих листочков на одной
ветке, то нет в мире и двух одинаковых голосов! Поэтому, даже не видя
человека, а разговаривая с ним по телефону, мы узнаем — кто с нами
говорит. Известны факты, когда родители различали близнецов только по их
голосам. Слушая по радио двух наших известных певцов, оба из которых
были лирическими тенорами, т.е. обладали одинаковым диапазоном голоса,
часто исполняли одинаковые произведения, мы тем не менее по тембру их
голосов узнаем, кто из них Лемешев, а кто Козловский.
Гармонические свойства певческого голоса зависят не только от
50
голосового аппарата певца, но и от состояния резонаторных полостей, в
которых образовавшиеся в гортани обертоны усиливаются, насыщаются,
эмоционально окрашиваются. Среди резонаторных полостей организма, к
которым относятся: надгортанное пространство, глотка, придаточные пазухи
носа и т.д., особенное значение придается состоянию полости носа. Еще В. Г.
Ермолаев характеризовал носовую полость как своеобразный «фильтр»,
допускающий или не допускающий развитие певческого голоса до высокой
квалификации.
Большое значение как для голоса, так и для нашего слуха имеет
«насыщение» звука высокими обертонами. Певческие голоса, содержащие
достаточное количество обертонов, расположенных в диапазоне частот от
2500 до 3500 Гц и выделенных в специальную группу, называемую «высокой
певческой формантой», обладают хорошей звучностью. Если эти обертоны
выделить в чистом ввиде, то они будут восприниматься на слух в виде звона
серебряного колокольчика. Звуки же, лишенные высоких тонов и их
обертонов, как доказал еще в 1921 г. Стампф на основании целого ряда
экспериментов, становятся тусклыми, искаженными, непонятными.
Акустический анализатор человека обладает способностью воспринимать
не только периодические колебания внешней среды, но и апериодические
колебания давления. Эта способность уха получила название барофункции.
Барофункция осуществляется теми же механизмами, что и функция слуховая,
т.е. колебания атмосферного давления воспринимаются барабанной
перепонкой и через проводящую систему среднего уха передаются в
лабиринт. Изменяя тонус барабанной перепонки, увеличивая или уменьшая
ее физиологическую втянутость, меняя режим внутрилабиринтного давления,
барофункция оказывает непосредственное влияние на остроту слуха.
Значительная роль в барофункции принадлежит хорошей проходимости
евстахиевой трубы и, по-видимому, нормальному состоянию давления
воздуха в барабанной полости (вопрос, который до настоящего времени не
получил своего достаточного освещения). Что же касается евстахиевой
трубы, то ее правильная работа в известной мере зависит от
координированных действий всех механизмов, воспринимающих давление
внешней среды. Их нарушение, оказывающее влияние на барофункцию уха,
может привести к значительному снижению слуха и к тому виду тугоухости,
который Г. Кобрак охарактеризовал как тубарный.
При барофункции, так же как и при слуховой функции, имеются
определенные пороги бароощущения. Установлено, что для ощущения
самого минимального апериодического колебания давление в наружном
слуховом проходе должно быть равно 1 — 5 мм рт. ст. Если постепенно его
повышать и довести до 180 — 200 мм рт. ст., то в ухе возникает ощущение
заложенности и боли. При дальнейшем повышении давления может
наступить баротравма, проявляющаяся в кровоизлиянии в барабанной
перепонке, ее разрыве, кровоизлиянии в лабиринте и т.д.
Указанные соотношения между порогом первоначального бароощущения
и порогом боли имеют место лишь при нормальном состоянии механизмов,
51
воспринимающих колебания давления внешней среды (барабанной
перепонки, евстахиевой трубы и т.д.). Так, например, при отсутствии
проходимости евстахиевой трубы порог боли снижается со 180 — 200 до 30
мм рт. ст. Важным фактором, влияющим на состояние порогов барофункции,
является быстрота перепадов давления. При медленном и равномерном
повышении давления опасность баротравмы намного меньше, чем при
быстром и скачкообразном.
Мы рассмотрели основные физические свойства звукового раздражителя,
а также физиологические способности органа слуха. Наше ухо обладает еще
целым рядом качеств, способствующих более углубленному и широкому
восприятию звуковых колебаний.
52