17.6: Kusikia

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza kusikia, lami, sauti kubwa, timbre, kumbuka, sauti, simu, ultrasound, na infrasound.
• Linganisha sauti kubwa kwa mzunguko na ukubwa wa sauti.
• Tambua miundo ya sikio la ndani na kuelezea jinsi yanavyohusiana na mtazamo wa sauti.

Sikio la mwanadamu lina aina kubwa na unyeti. Inaweza kutupa utajiri wa habari rahisi-kama vile lami, sauti kubwa, na mwelekeo. Na kutoka kwa pembejeo yake tunaweza kuchunguza ubora wa muziki na viwango vya hisia zilizoonyesha. Je, kusikia kwetu kunahusianaje na sifa za kimwili za sauti, na utaratibu wa kusikia unafanya kazi?

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kusikia kunaruhusu mwimbaji huyu, bendi yake, na mashabiki wake kufurahia muziki. (mikopo: West Point Masuala ya Umma, Flickr)

Kusikia ni mtazamo wa sauti. (Mtazamo unaelezewa kuwa ufahamu kwa njia ya akili, ufafanuzi wa kawaida wa mviringo wa michakato ya ngazi ya juu katika viumbe hai.) Usikilizaji wa kawaida wa binadamu unajumuisha mzunguko kutoka 20 hadi 20,000 Hz, aina ya kushangaza. Sauti chini ya 20 Hz huitwa infrasound, wakati wale walio juu ya 20,000 Hz ni ultrasound. Wala haijulikani kwa sikio, ingawa infrasound wakati mwingine inaweza kuonekana kama vibrations. Tunaposikia vibrations ya chini ya frequency, kama vile sauti ya bodi ya kupiga mbizi, tunasikia vibrations ya mtu binafsi tu kwa sababu kuna sauti ya juu-frequency katika kila mmoja. Wanyama wengine wana safu za kusikia tofauti na ile ya wanadamu. Mbwa wanaweza kusikia sauti za juu kama 30,000 Hz, ambapo popo na pomboo wanaweza kusikia hadi sauti 100,000-Hz. Huenda umeona kwamba mbwa huitikia sauti ya filimbi ya mbwa ambayo hutoa sauti nje ya kusikia kwa binadamu. Tembo hujulikana kujibu masafa chini ya 20 Hz.

Mtazamo wa mzunguko unaitwa lami. Wengi wetu tuna lami bora ya jamaa, ambayo ina maana kwamba tunaweza kujua kama sauti moja ina mzunguko tofauti na mwingine. Kwa kawaida, tunaweza kubagua kati ya sauti mbili ikiwa masafa yao yanatofautiana na 0.3% au zaidi. Kwa mfano, 500.0 na 501.5 Hz ni tofauti sana. Mtazamo wa pitch unahusiana moja kwa moja na mzunguko na hauathiriwa sana na wingi mwingine wa kimwili kama vile kiwango. Vidokezo vya muziki ni sauti maalum ambazo zinaweza kutayarishwa na vyombo vingi na katika muziki wa Magharibi zina majina fulani. Mchanganyiko wa maelezo hufanya muziki. Watu wengine wanaweza kutambua maelezo ya muziki, kama vile A-sharp, C, au E-Flat, kwa kusikiliza tu. Uwezo huu wa kawaida huitwa lami kamilifu. Sikio ni nyeti sana kwa sauti za chini. Kiwango cha chini cha kusikia au kizingiti ni karibu\(10^{-12} \, W/m^2\) au 0 dB. Sauti kama vile makali\(10^{12}\) zaidi inaweza kuvumiliwa kwa ufupi. Vifaa vichache vya kupima vina uwezo wa kuchunguza juu ya trilioni mbalimbali. Mtazamo wa kiwango huitwa sauti kubwa. Kwa mzunguko uliopewa, inawezekana kutambua tofauti za karibu 1 dB, na mabadiliko ya 3 dB yanaonekana kwa urahisi. Lakini sauti kubwa haihusiani na kiwango pekee. Frequency ina athari kubwa juu ya jinsi sauti kubwa inaonekana. Sikio lina unyeti wake wa juu kwa masafa katika kiwango cha 2000 hadi 5000 Hz, ili sauti katika aina hii inaonekana kuwa kubwa zaidi kuliko, kusema, wale walio na 500 au 10,000 Hz, hata wakati wote wana kiwango sawa. Sauti karibu na kiwango cha juu na cha chini cha mzunguko wa kusikia huonekana hata kidogo, kwa sababu sikio ni nyeti hata kidogo katika mzunguko huo. Jedwali\(\PageIndex{1}\) linatoa utegemezi wa maoni fulani ya kusikia binadamu juu ya kiasi cha kimwili.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Maoni ya Sauti

Mtazamo	Kiasi cha kimwili
Pitch	Marudio
Sauti kubwa	Upeo na Frequency
Timbre	Idadi na ukubwa wa jamaa wa masafa mbalimbali. Ufundi wa hila husababisha athari zisizo za mstari na undani zaidi.
Kumbuka	Kitengo cha msingi cha muziki na majina maalum, pamoja na kuzalisha tunes
Toni	Idadi na ukubwa wa jamaa wa masafa mbalimbali.

Wakati violin ina katikati ya C, hakuna kosa kwa piano kucheza note sawa. Sababu ni kwamba kila chombo hutoa seti tofauti ya frequency na intensities. Sisi wito mtazamo wetu wa mchanganyiko huu wa frequencies na intensities tone quality, au zaidi ya kawaida timbre ya sauti. Ni vigumu zaidi kuunganisha mtazamo wa timbre kwa wingi wa kimwili kuliko ilivyo kwa sauti kubwa au mtazamo wa lami. Timbre ni subjective zaidi. Masharti kama vile mwanga mdogo, kipaji, joto, baridi, safi, na matajiri huajiriwa kuelezea sauti ya sauti. Hivyo kuzingatia timbre inatupeleka katika eneo la saikolojia ya ufahamu, ambapo michakato ya kiwango cha juu katika ubongo ni kubwa. Hii ni kweli kwa mitizamo mingine ya sauti, kama vile muziki na kelele. Hatutazingatia zaidi ndani yao; bali tutazingatia swali la mtazamo wa sauti kubwa.

Kitengo kinachoitwa simu kinatumiwa kueleza sauti kubwa kwa nambari. Simu hutofautiana na decibels kwa sababu simu ni kitengo cha mtazamo wa sauti kubwa, wakati decibel ni kitengo cha nguvu za kimwili. Kielelezo\(\PageIndex{2}\) kinaonyesha uhusiano wa sauti kubwa kwa kiwango (au kiwango cha kiwango) na mzunguko kwa watu wenye kusikia kawaida. Mstari wa mviringo ni curves sawa-sauti kubwa. Kila Curve inaitwa na sauti kubwa katika simu. Sauti yoyote kwenye safu iliyotolewa itaonekana kama sawa na mtu wa kawaida. Vipande viliamua kwa kuwa na idadi kubwa ya watu kulinganisha sauti kubwa katika masafa tofauti na viwango vya sauti. Kwa mzunguko wa 1000 Hz, simu zinachukuliwa kuwa sawa na decibels. Mfano unaofuata husaidia kuonyesha jinsi ya kutumia grafu:

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Uhusiano wa sauti kubwa katika simu kwa kiwango cha kiwango (katika decibels) na kiwango (katika watts kwa mita ya mraba) kwa watu wenye kusikia kawaida. Mstari wa pembe ni curves sawa-sauti zote kwenye safu iliyotolewa zinaonekana kama sauti kubwa sawa. Simu na decibels hufafanuliwa kuwa sawa katika 1000 Hz.

Mfano\(\PageIndex{1}\): Measuring Loudness: Loudness Versus Intensity Level and Frequency

(a) Sauti kubwa katika simu za sauti ya 100-Hz ambayo ina kiwango cha kiwango cha 80 dB? (b) Ngazi ya kiwango gani katika decibels ya sauti ya 4000-Hz yenye sauti kubwa ya simu za 70? (c) Kwa kiwango gani cha kiwango cha sauti ya 8000-Hz itakuwa na sauti kubwa sawa na sauti ya 200-Hz saa 60 dB?

Mkakati wa (a)

Grafu katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\) inapaswa kutazamwa ili kutatua mfano huu. Ili kupata sauti kubwa ya sauti iliyotolewa, lazima ujue kiwango chake cha mzunguko na kiwango na upate hatua hiyo kwenye gridi ya mraba, halafu uingize kati ya curves za sauti kubwa ili kupata sauti kubwa katika simu.

Suluhisho kwa (a)

(1) Tambua anajulikana:

• Gridi ya mraba ya grafu inayohusiana na simu na decibels ni njama ya kiwango cha kiwango dhidi ya frequency-wote kiasi kimwili.
• 100 Hz katika 80 dB uongo nusu kati ya curves alama 70 na 80 simu.

(2) Kupata sauti kubwa: 75 simu.

Mkakati wa (b)

Grafu katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\) inapaswa kutazamwa ili kutatua mfano huu. Ili kupata kiwango cha sauti ya sauti, lazima uwe na mzunguko na sauti kubwa. Mara baada ya hatua hiyo iko, kiwango cha kiwango kinaweza kuamua kutoka kwa mhimili wima.

Suluhisho kwa (b)

(1) Tambua anajulikana:

• Maadili yanapewa kuwa 4000 Hz kwenye simu 70.

(2) Fuata safu ya 70-phon mpaka kufikia 4000 Hz. Katika hatua hiyo, ni chini ya mstari wa dB 70 kwa karibu 67 dB.

(3) Pata kiwango cha kiwango:

67 dB

Mkakati wa (c)

Grafu katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\) inapaswa kutazamwa ili kutatua mfano huu.

Suluhisho kwa (c)

(1) Machapisho uhakika kwa 200 Hz na 60 dB sauti.

(2) Kupata sauti kubwa: Hatua hii ni kidogo tu juu ya 50-phon Curve, na hivyo sauti yake ni 51 simu.

(3) Angalia kwa 51-phon ngazi ni saa 8000 Hz: 63 dB.

Majadiliano

Majibu haya, kama taarifa zote kuondolewa kutoka Kielelezo\(\PageIndex{2}\), kuwa na uhakika wa simu kadhaa au decibels kadhaa, sehemu kutokana na matatizo katika tafsiri, lakini hasa kuhusiana na uhakika katika curves sawa-loudness.

Uchunguzi zaidi wa grafu katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\) unaonyesha ukweli wa kuvutia kuhusu kusikia kwa binadamu. Kwanza, sauti chini ya safu ya 0-phon haijulikani na watu wengi. Kwa hiyo, kwa mfano, sauti ya 60 Hz saa 40 dB ni inaudible. Curve ya 0-phon inawakilisha kizingiti cha kusikia kawaida. Tunaweza kusikia baadhi ya sauti katika viwango vya kiwango chini ya 0 dB. Kwa mfano, sauti ya 3-dB, 5000-Hz inaonekana, kwa sababu iko juu ya safu ya 0-phon. Vipande vya sauti kubwa vimeingia ndani yao kati ya takriban 2000 na 5000 Hz. Majira haya yanamaanisha sikio ni nyeti zaidi kwa masafa katika upeo huo. Kwa mfano, sauti ya 15-dB saa 4000 Hz ina sauti kubwa ya simu 20, sawa na sauti ya 20-dB saa 1000 Hz. Curves huongezeka kwa pande zote mbili za kiwango cha mzunguko, kuonyesha kwamba sauti kubwa ya kiwango cha sauti inahitajika katika masafa hayo ili kuonekana kuwa kubwa kama kwenye masafa ya kati. Kwa mfano, sauti ya 10,000 Hz lazima iwe na kiwango cha kiwango cha dB 30 ili kuonekana kama sauti kubwa kama sauti ya dB 20 kwenye 1000 Hz. Sauti juu ya simu 120 ni chungu kama vile kuharibu.

Sisi si mara nyingi kutumia mbalimbali yetu kamili ya kusikia. Hii ni kweli hasa kwa masafa ya juu ya 8000 Hz, ambayo ni nadra katika mazingira na ni lazima kwa kuelewa mazungumzo au kufahamu muziki. Kwa kweli, watu ambao wamepoteza uwezo wa kusikia masafa hayo ya juu huwa hawajui kupoteza kwao mpaka kupimwa. Eneo la kivuli katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\) ni eneo la mzunguko na kiwango ambapo sauti nyingi za mazungumzo zinaanguka. Mstari wa mviringo unaonyesha athari gani kupoteza kusikia ya simu 40 na 60 zitakuwa na. Kupoteza kwa kusikia kwa simu 40 katika mzunguko wote bado inaruhusu mtu kuelewa mazungumzo, ingawa itaonekana kimya sana. Mtu mwenye kupoteza kwa simu 60 katika mzunguko wote atasikia tu frequency ya chini kabisa na hawezi kuelewa hotuba isipokuwa ni kubwa zaidi kuliko kawaida. Hata hivyo, hotuba inaweza kuonekana haijulikani, kwa sababu frequency ya juu haijulikani vizuri. Eneo la hotuba ya mazungumzo pia lina sehemu ya kijinsia, kwa kuwa sauti za kike huwa na sifa za juu. Kwa hiyo mtu mwenye kikwazo cha kusikia 60-phon anaweza kuwa na shida kuelewa mazungumzo ya kawaida ya mwanamke.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Eneo la kivuli linawakilisha viwango na viwango vya kiwango vinavyopatikana katika hotuba ya kawaida ya mazungumzo. Mstari wa 0-phon unawakilisha kizingiti cha kawaida cha kusikia, wakati wale walio na 40 na 60 wanawakilisha vizingiti kwa watu wenye hasara ya kusikia 40 na 60-phon, kwa mtiririko huo.

Vipimo vya kusikia hufanyika juu ya masafa mbalimbali, kwa kawaida kutoka 250 hadi 8000 Hz, na inaweza kuonyeshwa graphically katika audiogram kama hiyo katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\). Kizingiti cha kusikia kinapimwa kwa dB kuhusiana na kizingiti cha kawaida, ili kusikia kawaida kusikia kama 0 dB katika mzunguko wote. Kupoteza kusikia unaosababishwa na kelele kwa kawaida huonyesha kuzamisha karibu na mzunguko wa 4000 Hz, bila kujali mzunguko uliosababisha hasara na mara nyingi huathiri masikio yote. Aina ya kawaida ya kupoteza kusikia inakuja na umri na inaitwa presbycusis -literally mzee sikio. Hasara hiyo inazidi kuwa kali katika masafa ya juu, na huingilia shukrani za muziki na utambuzi wa hotuba.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Audiograms kuonyesha kizingiti katika kiwango kiwango dhidi frequency kwa watu watatu tofauti. Ngazi ya kiwango ni kipimo jamaa na kizingiti cha kawaida. Grafu ya juu kushoto ni ile ya mtu mwenye kusikia kawaida. Grafu ya kulia ina kuzamisha saa 4000 Hz na ni ile ya mtoto aliyepoteza kusikia kutokana na bunduki ya cap. Grafu ya tatu ni ya kawaida ya presbycusis, hasara ya kuendelea ya kusikia juu ya mzunguko na umri. Majaribio yaliyofanywa na conduction ya mfupa (mabano) yanaweza kutofautisha uharibifu wa neva kutokana na uharibifu wa sikio la kati.

Mfumo wa kusikia

Utaratibu wa kusikia unahusisha fizikia ya kuvutia. Wimbi la sauti linaloathiri sikio letu ni wimbi la shinikizo. Sikio ni transducer ambayo hubadilisha mawimbi ya sauti ndani ya msukumo wa ujasiri wa umeme kwa namna ya kisasa zaidi kuliko, lakini sawa na, kipaza sauti. Kielelezo\(\PageIndex{5}\) kinaonyesha anatomy ya jumla ya sikio na mgawanyiko wake katika sehemu tatu: sikio la nje au mfereji wa sikio; sikio la kati, ambalo linaendesha kutoka eardrum hadi cochlea; na sikio la ndani, ambalo ni cochlea yenyewe. Sehemu ya mwili kwa kawaida inajulikana kama sikio ni kitaalam inayoitwa pinna.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Mfano unaonyesha anatomy ya jumla ya sikio la mwanadamu.

Sikio la nje, au mfereji wa sikio, hubeba sauti kwenye eardrum iliyohifadhiwa iliyohifadhiwa. Safu ya hewa katika mfereji wa sikio huongeza na inawajibika kwa uelewa wa sikio kwa sauti katika kiwango cha 2000 hadi 5000 Hz. Sikio la kati linabadilisha sauti kuwa vibrations mitambo na hutumia vibrations hizi kwa cochlea. Mfumo wa lever wa sikio la kati huchukua nguvu inayojitokeza kwenye eardrum kwa tofauti ya shinikizo la sauti, huiongeza na kuitumia kwa sikio la ndani kupitia dirisha la mviringo, na kujenga mawimbi ya shinikizo katika cochlea takriban mara 40 zaidi kuliko yale yanayoathiri eardrum (Kielelezo\(\PageIndex{6}\).) Misuli miwili katikati ya sikio (haionyeshwa) kulinda sikio la ndani kutoka sauti kali sana. Wanaitikia sauti kali katika milliseconds chache na kupunguza nguvu inayoambukizwa kwa cochlea. Majibu haya ya kinga yanaweza pia kusababishwa na sauti yako mwenyewe, ili kunyunyizia wakati wa kupiga bunduki, kwa mfano, inaweza kupunguza uharibifu wa kelele.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): schematic hii inaonyesha mfumo wa sikio la kati kwa kubadili shinikizo la sauti katika nguvu, kuongeza nguvu hiyo kupitia mfumo wa lever, na kutumia nguvu iliyoongezeka kwa eneo ndogo la cochlea, na hivyo kujenga shinikizo kuhusu mara 40 kwamba katika wimbi la awali la sauti. Tabia ya misuli ya kinga kwa sauti kali hupunguza faida ya mitambo ya mfumo wa lever.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\) kinaonyesha sikio la kati na la ndani kwa undani zaidi. Mawimbi ya shinikizo yanayohamia kupitia cochlea husababisha utando wa tectorial kutetemeka, kusugua cilia (inayoitwa seli za nywele), ambayo huchochea neva zinazotuma ishara za umeme kwenye ubongo. Mbinu huongeza nafasi tofauti kwa frequency tofauti, na frequency ya juu huchochea mishipa kwenye mwisho wa karibu na mzunguko wa chini katika mwisho wa mbali. Operesheni kamili ya cochlea bado haijulikani, lakini taratibu kadhaa za kutuma habari kwenye ubongo zinajulikana kuhusika. Kwa sauti chini ya 1000 Hz, mishipa hutuma ishara kwa mzunguko sawa na sauti. Kwa frequency zaidi ya 1000 Hz, mishipa ishara frequency na nafasi. Kuna muundo kwa cilia, na kuna uhusiano kati ya seli za ujasiri zinazofanya usindikaji wa ishara kabla ya habari kutumwa kwenye ubongo. Taarifa ya kiwango ni sehemu iliyoonyeshwa na idadi ya ishara za ujasiri na kwa volleys ya ishara. Ubongo hutengeneza ishara za ujasiri wa cochlear kutoa maelezo ya ziada kama vile mwelekeo wa chanzo (kulingana na kulinganisha wakati na kiwango cha sauti kutoka masikio yote mawili). Usindikaji wa ngazi ya juu hutoa nuances nyingi, kama vile shukrani ya muziki.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Sikio la ndani, au cochlea, ni tube iliyopigwa juu ya kipenyo cha 3 mm na urefu wa 3 cm ikiwa haijafunguliwa. Wakati dirisha la mviringo linalazimishwa ndani, kama inavyoonekana, wimbi la shinikizo linasafiri kupitia perilymph katika mwelekeo wa mishale, na kuchochea mishipa chini ya cilia katika chombo cha Corti.

Hasara za kusikia zinaweza kutokea kwa sababu ya matatizo katika sikio la kati au la ndani. Hasara za uendeshaji katika sikio la kati zinaweza kushinda sehemu kwa kutuma vibrations sauti kwa cochlea kupitia fuvu. Misaada ya kusikia kwa kusudi hili kwa kawaida hushikilia mfupa nyuma ya sikio, badala ya kukuza tu sauti iliyotumwa kwenye mfereji wa sikio kama vile misaada mingi ya kusikia inavyofanya. Uharibifu wa mishipa katika cochlea hauwezi kutengenezwa, lakini amplification inaweza kulipa fidia sehemu. Kuna hatari kwamba amplification itazalisha uharibifu zaidi. Kushindwa kwa kawaida katika cochlea ni uharibifu au upotevu wa cilia lakini kwa mishipa iliyobaki kazi. Implants ya Cochlear ambayo huchochea mishipa moja kwa moja sasa inapatikana na kukubaliwa sana. Zaidi ya implants 100,000 ni katika matumizi, katika idadi sawa ya watu wazima na watoto.

Uingizaji wa cochlear ulianzishwa huko Melbourne, Australia, na Graeme Clark katika miaka ya 1970 kwa baba yake viziwi. Kuingiza kuna vipengele vitatu vya nje na vipengele viwili vya ndani. Vipengele vya nje ni kipaza sauti kwa kuokota sauti na kuibadilisha kuwa ishara ya umeme, processor ya hotuba kuchagua masafa fulani na transmitter kuhamisha ishara kwa vipengele vya ndani kupitia induction ya umeme. Vipengele vya ndani vinajumuisha mpokeaji/transmita iliyohifadhiwa kwenye mfupa chini ya ngozi, ambayo hubadilisha ishara kuwa impulses ya umeme na kuzituma kupitia cable ya ndani kwa cochlea na safu ya electrodes takriban 24 zilizojeruhiwa kupitia cochlea. Hizi electrodes kwa upande wake hutuma msukumo moja kwa moja ndani ya ubongo. Electrodes kimsingi huiga cilia.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Je, ultrasound na infrasound haipatikani kwa viumbe vyote vya kusikia? Eleza jibu lako.

Jibu

Hapana, sauti ya sauti inayoonekana inategemea kusikia kwa binadamu. Viumbe vingine vingi huona ama infrasound au ultrasound.

Muhtasari

• Aina nyingi za frequency za kusikia ni 20 hadi 20,000 Hz.
• Sauti hizo juu ya 20,000 Hz ni ultrasound, wakati wale walio chini ya 20 Hz ni infrasound.
• Mtazamo wa mzunguko ni lami.
• Mtazamo wa kiwango ni sauti kubwa.
• Sauti kubwa ina vitengo vya simu.

faharasa

sauti kubwa

mtazamo wa kiwango cha sauti

sauti

idadi na ukubwa wa jamaa wa frequency nyingi za sauti

kumbuka

kitengo cha msingi cha muziki na majina maalum, pamoja na kuzalisha tunes

sauti

idadi na ukubwa wa jamaa wa frequency nyingi za sauti

simu

kitengo cha namba cha sauti kubwa

ultrasound

sauti juu ya 20,000 Hz

infrasound

sauti chini ya 20 Hz