Физические условия заметно изменяются, если только одно окно подвергается действию звукового раздражителя. Тогда другое окно выполняет роль "слабого места" в плотной костной стене внутреннего уха. В таком случае возможны изменение объема и перемещающееся движение потока лабиринтной жидкости; противодействующие же силы, имевшие место в предыдущем случае, больше не существуют. Оставшееся сопротивление состоит из трения между жидкостью и стенкой, вязкости и жесткости мембраны. В другом отношении частицы жидкости могут сдвигаться свободно, реагируя на звуковой раздражитель.
Другой и в равной степени важный принцип работы среднего уха может быть назван принципом "преимущественной" звукопроводимости к овальному окну. У людей с отсутствующей барабанной перепонкой и цепью косточек звуковые волны, входящие в наружный слуховой проход, могут свободно проходить в полость среднего уха и сталкиваться с обоими окнами внутреннего уха. В связи с анатомическим размером улитки и длиной воздушной волны предполагается, что фаза волны примерно одинакова у обоих окон. Возможно, это неприменимо для очень высоких частот, но приемлемо для практически важных речевых частот. Если звуковая волна сталкивается с обоими окнами в равной фазе, то в фазе сжатия жидкость вдавливается в обоих окнах; этому движению противодействует не только инерция жидкости, но и ригидность ушной капсулы. Ясно видно, что такое положение не может дать оптимального раздражения улитки.
Перилимфа тесно ограничена в ушной капсуле. Благодаря малым размерам и расположению ее внутри плотных стенок можно было бы ожидать изменения передачи энергии, но не существует удовлетворительных биофизических наблюдений, которые указывали бы на количественную разницу между теоретической "открытой системой жидкости" и действительной "капиллярной системой жидкости" улитки. Поэтому рассматривание улитки как "открытой системы жидкости" или как "капиллярной системы", по-видимому, не существенно для клинициста. Порядок величины потери, определенной в 30 дб, как будто выражает адекватно потерю, вызванную разрушением передающего действия цепи косточек.
Эта формула применена для открытого воздуха я открытой поверхности воды. В ухе количественная передача звуковой энергии должна обязательно несколько отличаться, потому что внутреннее ухо представляет не открытое пространство жидкости, а систему капиллярных трубок. Количество кохлеарной жидкости очень мало. Объем scala vestibuli, включая преддверие, равен приблизительно 54 мм3. Объем scala tympani равен 37,4 мм3. Это дает полный кохлеарный объем, равный примерно 100 мм3, или 0,1 см3.
При переводе в децибелы эта потеря составит 30 дб. Если стать па берегу озера, разговаривать или кричать, то только 1 /10% звуковой энергии достигнет уха рыб при условии, что рыбы могут слышать.
Только 10/00 (1 /10 %) попадает в воду. Оставшиеся 99,9% звуковой энергии отражаются.
Поскольку воздух и морская вода- различные среды, их отношение не равно 1. Соответственно переданная энергия от воздуха к морской воде Т=4r/(r+1) 2 = 0,001.
Удельное акустическое сопротивление морской воды (R2) = 161,000 г/сек. см2.
Удельное акустическое сопротивление воздуха (R1) = 41,5 г/сек. см2.
Чтобы найти величину энергии, переданную от воздуха морской воде, производим следующие вычисления.
Чем ближе величина R2 к R1, тем больше г приближается к величине 1. Тогда Т также приближается к 1, потому что 4 r равно 4, а знаменатель (1 + 1)2 тоже равен 4. Поэтому произведение равно 1. В случае, когда акустические сопротивления двух сред очень сходны, происходит почти 100% передача энергии, и она не отражается. С другой стороны, если R1 и R2 очень отличаются друг от друга, r становится большим, а Т становится маленьким. Большая часть энергии отражается.
Рис. 26. Звукопроводящая система внутреннего уха (поперечный срез через декальцинированную височную кость человека). Подкожная пластинка стремени 5 передает акустические колебания перилимфе. Перилимфатическое пространство С медиально от подножной пластинки называется "перилимфатической цистерной преддверия" Звуковые волны проходят через отверстия в scala vestibuli, как показано стрелкой. Utriculus U виден в преддверии. Двойной канал завитков улитки виден ясно. Спиральный кортиев орган Со виден наверху. Lamina spiralis ossea L находится в стороне. При колебании жидкости, которая раздражает нервные волокна в кортиевом органе, звукопроведение достигает конечного этапа.
Отношение двух акустических сопротивлений определяет величину переданной энергии (Т). Непередающаяся энергия отражается. Величина отраженной энергии равна 1-Т. Переданная энергия зависит от r, как показывает следующая формула:
Когда имеются две среды и в первой среде удельное акустическое сопротивление будет R1, а во второй R2, отношение (r) двух акустических сопротивлений будет:
S - жесткость, р - плотность.
где R - удельное акустическое сопротивление,
В современной акустике не принято считать плотность существенной величиной; скорее это корень квадратный из произведения плотности и жесткости, который определяет величину удельного акустического сопротивления.
Около 70 лет назад Фридрих Бецольд (Bezold) и его сотрудник физик Эдельман (Edelmann) исследовали работу среднего уха как передатчика звуковой энергии от воздуха до лабиринтной жидкости. Они сравнивали плотность воды и воздуха и исследовали различие между площадью барабанной перепонки и стремени. Авторы отметили удивительную зависимость между соотношением указанных площадей и плотностей внутри этих двух физических сред.
Функция звукопроводящей системы в целом
Функция звукопроводящей системы в целом
Комментариев нет:
Отправить комментарий