Звук возникает в результате вибрации объекта и имеет три основных физических параметра, а именно частоту, амплитуду и фазу (рис. 1). Единицей частоты является герц (Гц), причем 1 Гц представляет собой одно колебание вперед-назад за одну секунду, а человеческое ухо может воспринимать звук с частотой 20-20 000 Гц. Амплитуда представляет собой интенсивность звука и измеряется как в физических, так и в иерархических терминах. Физическими показателями являются интенсивность звука и звуковое давление. Интенсивность звука — это энергия в единицу времени звуковой волны, действующая на единицу площади перпендикулярно направлению распространения, а звуковое давление — это разница в давлении между центром передающей среды (например, воздуха, воды, твердых тел и т.д.) с распространяющейся звуковой волной и без нее. Поскольку человеческое ухо способно слышать широкий диапазон интенсивности звука, с разницей в 1012 раз между максимальным и минимальным значениями, а величина звука, ощущаемого человеческим ухом, пропорциональна логарифму отношения двух интенсивностей звука. Поэтому удобнее выражать уровень интенсивности звука в логарифмической шкале в беллах (Б) или децибелах (дБ). Фаза — это положение вибрирующей массы в цикле колебаний в данный момент времени, и это шкала того, находится ли масса на гребне волны, во впадине волны или в некоторой точке между ними. Он обычно измеряется в градусах (углах) и также известен как фазовый угол. Когда форма волны вибрации изменяется циклически, цикл формы волны составляет 360o, а амплитуда масс в каждой фазе различна. Вибрации, передаваемые источником звука, достигают левого и правого уха в разных фазах, таким образом, создавая различные стимулы для левого и правого уха соответственно, и мы таким образом определяем местонахождение источника звука. Рисунок 1. Три параметра звуковых волн. Рисунок 2. Схема слуховой системы человека. Слуховая система состоит из наружного уха, среднего уха, внутреннего уха и слухового центра (рисунок 2). Наружное ухо состоит из ушной раковины, наружного слухового прохода и барабанной перепонки. Форма ушной раковины облегчает сбор звуковой энергии, улавливание звука и определение местонахождения источника звука. Наружный слуховой проход — это канал для передачи звука, открывающийся с одного конца в центре ушной раковины и заканчивающийся у барабанной перепонки, длиной около 25 мм. Он также является эффективной резонансной полостью, позволяющей усиливать слабые звуковые колебания и вызывать вибрацию барабанной перепонки. Резонансная частота наружного слухового прохода человека составляет 3 кГц-4 кГц. Из-за разницы в свойствах воздуха и жидкости прямая передача звуковых волн из воздуха в лимфатическую жидкость внутреннего уха приведет к потере энергии на 30-36 дБ. В среднем ухе есть три маленькие слуховые косточки (включая молоточковую кость, наковальню и стремечко), которые действуют как рычаги, увеличивая давление в 1,3 раза. Площадь барабанной перепонки в 18,6 раза больше площади основания стремечка, вибрирующего в лимфатической жидкости внутреннего уха. Общее увеличение давления составляет 27,6 дБ, что, по сути, устраняет потерю энергии, вызванную прямой передачей звуковых волн из воздуха в лимфатическую жидкость внутреннего уха. Внутреннее ухо включает улитку и вестибул, а аппарат Корти в улитке осуществляет процесс акустико-электрического преобразования. Вибрации лимфатической жидкости стимулируют волосковые клетки аппарата Корти, которые преобразуют энергию механических колебаний в изменяющийся электрический сигнал, передаваемый в слуховой центр через нервные клетки и их волокна (рис. 3). Слуховой центр (височная доля головного мозга) точно анализирует электрические сигналы и придает им различные значения. Рис. 3. Путь передачи слуховых сигналов от улитки к центру.