Вопрос 2. Явление резонанса.

Резкое возрастание амплитуды колебаний объекта при воздействии на него источника звука, частота которого соответствует его собственной естественной, или резонансной, частоте, называется резонансом.

Резонансной или естественной называется частота, с которой колеблется приведенный в движение объект и зависит от его массы и упругости.

Заставить объекты резонировать значит, вызывать колебания объектов с такой частотой, которая совпадает с частотой колебаний внешнего воздействия.

Общее правило, касающееся достижения резонансной вибрации объекта, таково: чем меньше разница между резонансной частотой объекта и частотой, воздействующей на него, тем легче он достигается. То есть, наибольшие шансы вызвать резонансную вибрацию имеет источник звука, чья частота равна естественной частоте объекта.

Например, когда стереосистема включена, мы можем увидеть вибрацию оконного стекла. Ее вызывают звуки, испускаемые стереосистемой, которые имеют одинаковую резонансную (или естественную) частоту со стеклом.

Вопрос 3. Структура наружного уха и среднего уха (Мамаева).

Наружное ухо: ушная раковина, барабанная перепонка, наружный слуховой проход.

Функции ушной раковины: защита от механических повреждений, предотвращает попадание инородных тел, улавливает высокочастотные звуки (в пределах 4000Гц), определяет, откуда исходит звук (спереди или сзади), определяет удаленность от земли вертикально расположенных источников звука. У многих млекопитающих подвижные ушные раковины, что позволяет улавливать колебания воздуха и лучше определять локализацию источника звука. К некоторых млекопитающих нет ушных раковин (дельфины, киты - для лучшей обтекаемости), у птиц покрыты перьями, что уменьшает остроту слуха, но уменьшает уровень шума при полете.

Наружный слуховой проход: полость, имеющая вид желобка с длиной и диаметром, равными примерно 2,5-3 см и 7 мм соответственно, и с открытым входным (наружным) и слепым выходным (внутренним) отверстиями. Главная функция - улавливание звуковых колебаний и передача барабанной перепонке, усиливая вследствие резонанса чувствительность уха к таким звукам. Резонансная частота повышает давление у барабанной перепонке на 8-10Дб, после чего ухо становится чувствительным к звукам в 3000Гц, т.к. резонансная частота наружного прохода очень близка к частотам звуков, к которым чувствительная наша слуховая система.

Барабанная перепонка: тонкая, полупрозрачная мембрана, которая отделяет

наружный слуховой проход от среднего уха. Звуковое давление вызывает вибрацию перепонки, на которой изменения давления преобразуются в механическое движение.

За барабанной перепонкой находится заполненная воздухом полость среднего уха. Среднее ухо трансформирует колебания барабанной перепонки в механическую энергию, которую и передает внутреннему уху. К барабанной перепонке примыкает молоточек — первая косточка в цепи, состоящей из трех мелких косточек, которые называются слуховыми косточками и связывают среднее ухо с внутренним. Молоточек связан с наковальней, которая связана со стременем, самой мелкой из всех слуховых косточек; основание стремени вставлено в овальное окно, которое является входом во внутреннее ухо. Слуховые косточки, общая длина которых равна приблизительно 18 мм, прочно соединены связками и передают колебания барабанной перепонки овальному окну, действуя как система рычагов, причем основание стремени играет роль поршня.

Функции среднего уха: выравнивание импедансов. Наружное и среднее ухо заполнено воздухом, внутреннее - водянистой жидкостью. Предавать звук в воде гораздо сложнее, чем в воздухе. Импеданс - это сопротивление, которое оказывает среда на прохождение через нее звуковых волн (в нашем случае воздух и водянистая жидкость); разница между сопротивлениями - разность импедансов. Переход звуковой волны из воздуха в среднем ухе в улитку с водянистой жидкостью внутреннего уха создает разность импедансов. Среднее ухо преобразует импеданс воздушной среды в импеданс водной среды. Как это происходит, см. http://padabum.com/d.php?id=16751 на стр. 508-509, так как копировать сюда не имеет смысла, упростить нельзя, надо выучить.

Защитная функция:

1. к слуховым косточкам прикреплены две мышцы, предохраняющие их от чрезмерных колебаний при сильном звуке: мышца, напрягающая барабанную перепонку, связана с молоточком вблизи барабанной перепонки, а стремянная мышца— со стременем. При воздействии громких звуков (в первую очередь речь идет о звуках с частотой ниже 100 Гц), мыщцы рефлекторно сжимаются и уменьшают поток вибраций, проходящий через среднее ухо. Совместное действие этих мышц называется акустическим рефлексом. Он действует не сразу, поэтому не спасает от таких звуков, как гром или петарда. Но спасает от постепенно нарастающих звуков.

2. с помощью евстахиевой трубы. Хотя полость среднего уха имеет слепой конец, защищающий ее от непосредственного воздействия перепадов атмосферного давления, она связана с глоткой узким проходом длиной примерно 35-40 мм, называемым евстахиевой трубой. Благодаря ей давление воздуха в среднем ухе равно наружному давлению. Следовательно, когда открыт рот, давление воздуха по обе стороны барабанной перепонки одинаково. Существенная разница в давлении по обе стороны барабанной перепонки чревата её аномальными и даже болезненными смещениями. При воздействии очень громких звуков или при резких перепадах давления (например, при внезапной потере высоты самолетом) может произойти разрыв барабанной перепонки.

Костная передача звуков - передача звуковой волны во внутреннее ухо, минуя барабанную перепонку и среднее ухо (грызете орехи, морковь, звук бормашины, когда вам сверлят зубы). Звуки вызывают колебание костей черепа, что передается сразу во внутреннее ухо.