Главная ->  Электроакустические и звукотехнологические устройства 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

выла сделана нз резниы н закреплена иа основании, в которой имелась полость, имитировавшая слуховой канал уха. Перегородка в конце полости была съемной н выполнялась нэ разных материалов. На схеме показан вариант с жесткой перегородкой С помоишю акустического зонда можно было измерять звуковое давление в любом месте слухового канала. Истопником звука служила трубка диаметром 1 см. расположенная на расстоянии 8 см от входа слухового канала. Протнвоноложиыи концом трубку подключали к источнику звука. Звуковое давление иа выходе трубки поддерживали постоянным на всех частотах.

ЗкГц

9 кГц

11 кГц

* IS кГц,



Рнс 40. Распределение давления на резонансных частотах в модели наружного уха с отражвющей перегородкой. Пунктиром показаны узловые поверх-стк звукового давления.

Важнейший результат исследований Шоу -Тераничи состоял в тон, что иы удалось обнаружить па модели несколько резонаисов. Первые пять резо-наисов схематически приведены на рис 40, Частоты резоиансов совпадают с максимумами иа частотной характеристике коэффициента передачи звука на участке от источника до входа в слуховой канал (или до барабанной перепонки), Возинкиовсние этих максимумов объясняется обнаружевиыми резо-наисани системы Первая собственная частота - около 3 кГц -это, по-видн-мому, частота четвертьволнового резонанса трубки, закрытой на одном конце жесткой перегородкой. Эффективная длина трубки оказывается равной 30 мм. что иа /з больше слухового канала модели. Следовательно, акустически ушная раковина действует как удлинитель слухового канала. Свое влияние оказывает и так называемый эффект сужения

На второй резонансной частоте (foi 5 кГц) область максимума давления простирается па всю основную полость >иой раковины. Распределение давления оказывается почти таким же, как при полностью заглушённом входе слухового канала, закрытом заглушкой.

Шоу и Тераничн назвали резонанс на частоте /оз четвертьво.новым резонансом глубины главной полости ушиой раковины. Около половины эффективного значения глубины оии приписывали эффекту сужения, указывая, что тот первый резонанс главной полости вызывает синфазные колебания иа всех поверхностях, граничащих со звуковым полем. Таким образом, резонанс демпфируется большим акустическим сопротивлением излучения, и резонансная кривая становится шире. Тот факт, что максимум коэффициента передачи



иа частоте 5 кГц действительно обусловлен резонаисоы главной полости, подтвержден и автором настоящей работы. В экспериментах с эасолнеииеч полости пластилином было устаиовлеко, что провал в частотной характеристике коэффициента передачи появляется именно в этой области частот. Это подтвердили также в своих работах Яыагуши и Сухи в (1956).

На более высоких частотах (/oj=9 кГц, /о*=11 кГц, /оэ=-13 кГц) резонансы обусловлены стоячими волнами в продольном иаправлеипи. Узловые поверхности звукового давления разделяют главную полость ушной раковниы иа участки Добротность резонаисов более высоких частот оказывается боль-

Рис. 41. Звуковое давление в модели наружного уха со звукоотражаю-щей перегородкой на частоте 10 кГц при приходе звука под углами q3=0° н 43=180.

/ - слуховой кянвл; 2 -глввввн полость ушков рвховимы.


10 ZD 3D +0 5 мм

шей, чем добротность на частоте /oi- Это объясняется худшими условиями согласования и. следовательно, меньшими потерями излучения.

Шоу и Тераиичн в дополнение к экспериментам па модели провечп измерения на шести ушных раковинах и еще раз доказали существование первых двух резонаисов (/oi; /оз). Следующие резонансы (иа частотах fof. /ot и foi) также проввнлись иа характеристике коэффициента передачи отиосн-тельио широкими плоскими участками. Пможение резонаисов иа ося частот оказалось иным, чем у модели, что можно понять, если учесть различия гсо-ыетрическпх размеров модели и уха, а также иные параметры вкустической нагрузки в плоскости барабанной перепонки.

После того, как были доказаны резонансные явления, вызывающие выбросы частотной характеристики коэффициента передачи уха при паденин звуковой волны вдоль слуховой оси. оставалось выяснить, чем вызвана эави-сныость функции передачи ушиых раковип от места расположения нсточии-ка звука. Шоу и Тераиичн измерили эту зависимость, но полного объяснения ей не дали. Объясненпе ио.пучил только острый минимум характеристики коэффициента передачи в окрестности 8 кГц, который зависел от угла возвышении источинка. Его объясняли как следствие интерференции. По-видимому, здесь свою роль сыграли также явления рассеяния и огибания, о которых упоминалось выше. Подтверждение этому предположению автор получил в 1967 г. в результате экспериментов па модели Шоу и Теранпчи (за нсключе-ипен параметров искусственного слухового канала).

В этих экспериментах исследовалась зависимость характеристики передачи ушиых раковин от направления прихода звука в горизонтальной п юс-кости. Было установлено, что выброс характеристики в области 5 кГц. обусловленный резонансом в основной иолоств раковины, имеет одинаковые зпачеиия для углов прихода звука между О и 90. При изменении угла от 90 до 110° выос спадвет иа 15-20 дБ и сохраняет это значение вплоть до угла 43-180

Таким образом, резонанс проявляется сильнее тогда, когда звук приходит из направления перед слуховой осью, и слабее - из направленпй за слуховой осью. Было установлено также, что иа некоторых частотах па характеристике ввукового давления вблизи ушной раковины появляется иеравио-мерпость. зависящая от направления прихода звука. В слуховом же канале этого явления нет. На рнс. 41 эта зависимость показана для частоты 10 кГц, т. е. для частоты лежащей в области резонаисов fos, fo* (по оси ординат отложен спад звукового дзвлепня, а но оси абсцисс - расстояние / от барабав-

4-810



ной перепонки до оси слухового канала). В случае прихода звука пот углом fp-O волнистости характерпстикн звукового давле1И1к в основной полости ушной раковины вообще иет, ио она сильно проявляется при приходе звука под углом 43=180°. Это явление также указывает на ралличныс условия возбуждения гяавпой полости при изменении направления прихода звуковоА волны.

Попытка объяснения акустических свойств ушных раковни по их частот ным характеристикам позволяет сделать следующие общие выводы: ушная раковина вместе со слуховым каналпм образует единую акустическую резонансную систему. Возникновение каждого резонанса системы зависит от на-прае.геиия на источник звука и расстояния до него. Более точные данные пока отсутствуют.

Мы рассмотрели распростраисине звука в системе, образуемой С1ухопым каналом и ушной раковиной. При этом мы не учитывали, что этн элементы органа слуха находятся не в свободном пространстве, а па акустически жестком тете (голова человека). Голова, ojuibko. представляет собой ощутпмую-преграду на путп распространения звука. Вызываемые ею нарушенпя звукового поля существенно влияют на звуковые сигналы в ушиой раковине н слуховом канале

Для псследования влияния головы на звуковом поле ее обычно представляют в виде шара таких же размеров (Хартли н Фри, 1Ч21-. Файрстон, 1930; Кнтц, 1953; Вудворт п Шлосберг, 1954; Мертеис. 1960; Ашофф, 1963; Вендт, 1963; Рзер, 1965). Строгий расчет звукового поля на поверхности звукоот-ражаюшего шара впервые произвел Ре.1леЛ в 1904 г. Позднее такие расчеты были пролеланы Стюарт, 1911, 1914, 1916; Балантайи, 1928; Штенцель, 1938; Швари, 1943.

Рассмотрим кратко приншш расчета. Пусть точечный нсточннк звука, паходящийся достаточно далеко от шара, иллучаст синусоидиый звуковой сигнал, поле которого в окрестности шара можно считать плоским Тогда звуковое давление в данной точке воображаемой niapoBofi поверхности в отсутствие шара (ысвозм у шейная плоская звуковая волна) равно:

Поскольку дифракция представляет собой линейный процесс, то звуковое дав-лепне в той же точке в нрпсутствнп шара (плоская возмущенная волна)

p(0 = Re(peW+*)). (22>

Выражение

i- = Z e/* = -P.-j4. (23>

Ро Л

представляет собой так называемое днфракиноииос отиошекие с коэффициентами р!ро и Ф или Ь. Для расчета коэффициентов дифракции необходимо определить греннчвые услопня, Возмушсниое звуковое ноле должно удовлетворять следующим условиям: иа больших расстояниях от шара оно должно иметь свойства плоской иенскажсиной во.лиы; нормальная составляющая вектора ко.лебательиой скорости иа поверхност]! шара должна быть равна нулю. Для решения нсиользуют принцип Гюйгенса -Френеля, согласно которому поле любой волны можно разложить па сферические во.лиы. Решение имеет вид (по .Морзе, 1948):

ги=0



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74