Теории слуха

В разные времена выдвигались различные теории, призванные объяснить, каким образом ухо преобразует звуковые волны в сигналы, поступающие в кору головного мозга. Первая теория слуха была предложена Германом Гельмгольцем, выдающимся немецким ученым XIX в.; согласно этой теории, в ухе имеется ряд резонансных нитей, которые, подобно струнам арфы, колеблются в такт с приходящими звуковыми сигналами. Это было равносильно допущению, что ухо содержит множество настроенных фильтров, каждый из которых связан со своим акустическим преобразователем ,и посылает сигналы в головной мозг. Эта теория получила название резонансной теории слуха.

Вторая теория, сформулированная в начале XX в., известна под названием телефонной теории. Она предполагает, что барабанная перепонка и другие части уха преобразуют звуки в электрические импульсы, подобно тому как микрофон преобразует звуковые волны в электрические сигналы. Далее предполагалось, что сигналы от барабанной перепонки передаются в головной мозг по нервам, как по проводам, связывающим микрофон с усилителем. Таким образом, вся обработка сигналов, согласно этой теории, осуществляется в центральной нервной системе. Название "телефонная", естественно, объясняется тем, что в основу теории положен принцип действия систем микрофон - телефонный приемник (наушник), что в начале XX в. выглядело весьма логично и современно.

Наиболее точной следует, по-видимому, считать третью теорию. Ее называют теорией места. Это современное представление о слуховом механизме базируется на способности уха различать частоты, как это предусматривает резонансная теория, но без настроенных резонаторов. Различение частот здесь связывается с определенным участком, или местом колебаний, в полукружных каналах или улитке уха (рис. 2.2). В зависимости от частоты сигналы, воспринятые рецепторными нервными клетками внутреннего уха, передаются затем по определенным слуховым нервам в виде параллельно-последовательных комбинаций в кору головного мозга, где и происходит их распознавание и анализ.

Рис. 2.2. Строение среднего и внутреннего уха человека

Согласно этой теории, можно упрощенно считать, что восприятие высоты тона зависит от того, какие именно нервные волокна параллельно передают импульсы в головной мозг. Восприятие же громкости зависит от числа импульсов, посылаемых по каждому из частотнозависимых нервных волокон. Таким образом, мы слышим, воспринимая амплитуду сигналов нескольких частот одновременно; при этом информация поступает о каждой отдельной частоте, а не об общем спектральном уровне. Иначе говоря, наша слуховая система во многом похожа на спектральный анализатор с высоким разрешением, позволяющий определять амплитуды частот в звуковом диапазоне. Это представление не только согласуется с физическим строением уха, но и объясняет способность человека различать отклонения на 3 Гц в чистых звуковых топах в области частот 500-1000 Гц (т. е. изменение частоты менее чем на 1%!).