AKUSTIKA TEMA 9 – Osnovni principi rada čula sluha
1
9. OSNOVNI PRINCIPI RADA ČULA SLUHA
9.1
Uvod
Čulo sluha čoveka predstavlja prirodni sistem senzora koji omogućava percepciju
zvučnih pojava iz okoline. Taj sistem se sastoji od dva uva koji su prostorno razdvojeni
glavom kao fizičkom preprekom. Pod uticajem fizičkih nadražaja iz okruženja u svesti
slušaoca stvaraju se odgovarajuće zvučne senzacije, odnosno zvučne slike o izvorima
zvuka i njihovom položaju u prostoru. U inženjerskom smislu čulo sluha predstavlja
krajnju tačku, odnosno izlaz svakog telekomunikacionog sistema kada se kroz njega
prenosi zvučni signal. Zajedno sa vokalnim traktom, čulo sluha čini sistem za
komunikaciju ljudi pomoću zvuka kao nosioca informacija. Po svojim akustičkim
osobinama čulo sluha je prilagođeno prijemu zvuka u vazduhu, jer je vazduh čovekovo
prirodno okruženje. Tokom evolucije uvo je svojom građom prilagođeno akustičkoj
impedansi vazduha čime je omogućen maksimalni odziv na zvučnu pobudu.
Iako je čulo sluha jedan senzorski sistem, postoje bitne razlike koje ga razdvajaju
od senzora koji se koriste u tehnici, kao što su to na primer mikrofoni. Prvo, čulo sluha
registruje zvuk, ali ga i procesira, što znači analizira i na osnovu toga u svesti stvara
složene zvučne slike. Što je zvuk koji se prima po svom fizičkom sadržaju složeniji, to je
kompleksinija zvučna slika koja nastaje u svesti slušaoca. Drugo, u građi čula sluha i
njegovim funkcijama postoje neminovne individualne razlike među ljudima. Svi
numerički ili grafički pokazatelji kojim se ilustruju pojedine osobine i rad ovog čula
dobijeni su usrednjavanjem na osnovu osobina velikog broja osoba. Zbog toga se
podaci o čulu sluha moraju shvatati kao statistički pokazatelj, a ne kao precizni tehnički
podaci.
Čulo sluha kod čoveka može se podeliti na dve funkcionalne celine: na fizički i na
psihološki deo. Fizički deo čini sve ono što se anatomski svrstava u čulo sluha. To su
dva uva, nervni putevi i centri u kori velikog mozga. Psihološki deo čini nematerijalna
sfera psihološkog reagovanja na fizičku pobudu koja kao rezultat daje zvučnu sliku u
svesti slušaoca. U funkcionalnom smislu fizički deo čula sluha posreduje između
zvučnog polja i svesti. Ovakva podela čula sluha vremenom je učinila da se u akustici
razviju dve relativno nezavisne podoblasti koje se bave čulom sluha i slušanjem. To su
fiziološka akustika, koja se bavi fizičkim delom čula, i psihološka akustika koja se bavi
nematerijalnim delom rada čula, odnosno formiranjem zvučne slike.
Opis rada čula sluha podeljen je na dva poglavlja, ovo i naredno. U ovom
poglavlju prikazana je fizička struktura čula sluha i osnovne funkcije uva kao njegovog
senzorskog dela, to jest ono što predstavlja predmet izučavanja fiziološke akustike.
Oblast psihoakustike ovde nije šire obrađivana.
AKUSTIKA TEMA 9 – Osnovni principi rada čula sluha
2
9.2
Fizički deo čula sluha
U svakodnevnom životu pojam čula sluha najčešće se vezuje uz pojam uva kao
delimičmo vidljivog dela ovog senzorskog sistema. Struktura građe uva prikazana je na
slici 9.1. Prikazan je presek kroz centralnu ravan desnog uva. Vidi se da je građa ovog
organa relativno složena. Ona se u anatomskom, ali i u funkcionalnom smislu, deli na tri
celine: spoljašnje, srednje i unutrašnje uvo. Ova podela ide anatomski jasnim
granicama i označena je na slici. Spolja posmatrano, na glavi je vidlivo samo spoljašnje
uvo. Srednje i unutrašnje uvo nalaze se u šupljinama kosti glave, čime su u znatnoj meri
zaštićeni od eventualnih mehaničkih oštećenja, od promene temperature, vlažnosti
sredine itd.
Slika 9.1 – Izgled uva u preseku kroz njegovu centralnu ravan.
Delovi i funkcija spoljašnjeg uva
Spoljašnje uvo čine ušna školjka i slušni kanal. Ušna školjka je hrskavičava
tvorevina pokrivena kožom, formirana asimetrično oko otvora slušnog kanala. Grubo
posmatrano, ušna školjka ima levkast oblik. Površina okrenuta spoljašnjoj sredini ima
na sebi grebenaste reljefne forme koje se oblikom i veličinom u izvesnoj meri razlikuju
od osobe do osobe. Dimenzije ušne školjke su reda cantimetara (dužina oko 7 cm), pa
ona u oblasti veoma malih talasnih dužina utiče kao fizička prepreka na prijem zvuka.
Na niskim frekvencijama ona nema uticaja na percepciju zvuka. Individualne razlike u
veličini i građi ušne školjke utiču na izvesne individualne razlike koje postoje u procesu
percepcije zvuka.
AKUSTIKA TEMA 9 – Osnovni principi rada čula sluha
4
nje. To je vrlo tanka membrana, debljine oko 0,1 mm. Fotografija njenog spoljašnjeg
izgleda prikazana je na slici 9.3. Vidi se da je zbog male debljine ona skoro providna, pa
se kroz nju nazire privezana prva slušna koščica (″čekić″). Zbog tako male debljine
bubna opna je lako podložna cepanjima pod dejstvom veoma jakih zvučnih pobuda. Na
slici 9.2 vidi se da je bubna opna postavljena pod izvesnim uglom u odnosu na osu
slušnog kanala. U realnosti ona nije ravna, kao što su ravne membrane raznih
mikrofona, već ima izražen konusni oblik.
Slika 9.3 – Fotografija bubne opne (levo) i skica njenog izgleda u preseku (desno).
Zbog konusnog oblika bubne opne, vidljivog na slici 9.3 i zbog činjenice da je
jedan mali mišić stalno drži u zategnutom stanju, bubna opna ne radi kao jednostavna
pasivna membrana. Struktura njenog oscilovanja relativno je složena, jer na različitim
frekvencijama različiti delovi opne učestvuju u oscilovanju. Tako se s porastom
frekvencije smanjuje efektivna površina opne koja učestvuje u oscilovanju.
Eustahijena tuba je tanka cevčica, vidljiva na slici 9.1. Ona je sastavni deo
srednjeg uva i spaja centralnu šupljinu srednjeg uva sa usnom dupljom. Na najužem
delu njen prečnik je oko 1 mm. Preko eustahijeve tube se, po potrebi, ostvaruje
vazdušna veza između spoljašnje sredine i komore srednjeg uva, što znači između
spoljašnje i unutrašnje strane bubne opne. To omogućava izjednačavanje pritisaka sa
dve strane opne, čime se sprečava njena reakcija na promene statičkog, odnosno
atmosferskog pritiska. Ovakva kompenzacija je veoma važna pri letenju avionom a
posebno pri ronjenju, kada spoljašnji pritisak na bubnu opnu može višestruko da
premaši vrednost normalnog atmosferskog pritiska. Ova cev je u normalnim
okolnostima zatvorena, ali se pri gutanju ili zevanju otvara. Zbog toga je pri naglim
promenama spoljašnjeg pritiska potrebno ponavljati gutanje da bi se otvaranjem
eustahijeve tube izjednačavao pritisak sa spoljašnje i unutrašnje strane bubne opne.
Kada je cev otvorena, sopstveni glas čuje se jače i sa promenjenom bojom, jer zvuk iz
usne duplje dospeva kroz tubu direktno u srednje uvo.
Upalni procesi mogu učiniti da se zbog oticanja sluzokože eustahijeva tuba ne
može otvoriti. Tada ne postoji mogućnost kompenzacije pritisaka, što prouzrokuje bol u
ušima pri promenama statičkog pritiska. U takvim okolnostima nije moguće ronjenje, jer
se već na vrlo malim dubinama javjla jak bol u ušima.
AKUSTIKA TEMA 9 – Osnovni principi rada čula sluha
5
Slušne koščice sačinjavaju mehanički sistem prenosa vibracija sa bubne opne na
ovalni prozor koji se nalazi na suprotnoj strani unutrašnjeg uva. Zvuk se kroz taj sistem
prenosi u obliku vibracija koščica. Unutrašnje uvo je ispunjeno tečnošću. Kada srednje
uvo ne bi postojalo i kada bi zvuk iz vazduha direktno pobuđivao membranu iza koje je
tečnost unutrašnjeg uva, razlika u impedansama vazduha i tečnosti učinila bi prenos
zvučne energije iz spoljašnje sredine do senzora veome neefikasnim. Sistem koščica
srednjeg uva ima funkciju transformatora akustičke impedanse prilagođavajući u
izvesnoj meri impedansu vazdušne sredine na impedansu tečnosti. Šematski prikaz
rada srednjeg uva sa koga je jasnija njegova uloga transformatora prikazan je na slici
9.4. Osnova funkcije slušnih koščica je način na koji su one međusobno povezane. Vidi
se da košćice deluju kao sistem poluge. Relativno veliki hod bubne opne koja na
koščice deluje malom silom transformiše se u veću silu koja malim hodom deluje na
ovalni prozor koji predstavlja ulaz unutrašnjeg uva.
Zaštitni efekat srednjeg uva
Slika 9.4 - Šematski prikazi
rada srednjeg uva
Život na zemlji evoluirao je u relativnoj tišini koja je vladala u prirodi, sve do
industrijske revolucije. Tada su se u čovekovom okruženju pojavile okolnosti u kojima je
čulo sluha izloženo jakim zvučnim pobudama. Vremenski period koji je protekao od tada
suviše je kratak da bi doneo bitne promene u evoluciji čovečijeg organizma. Zbog toga
uvo tokom evolucije nije dobilo neku prirodnu zaštitu protiv prekomernog zvučnog
nadražaja, kao što to na primer ima čulo vida (očni kapci). Život na kopnu evoluirao je u
prisustvu jake svetlosi od sunca, pa su sve životinjske vrste dobile očne kapke kao
zaštitu. U nedostatku adekvatne biološke zaštite, zaštita čula sluha od prekomernih
zvukova postala je ekološka tema, pa se Mmogućnost zaštite traže u sferi
zakonodavstva, koje propisima reguliše postavljanje i korišćenje izvora zvuka (pravila
ponašanja) i u sferi fizičkih sredstava za zvučnu zaštitu, a to su pregradne konstrukcije
kojima se čovek okružuje.
Jedini zaštitni mehanizam koji čovečiji organizam ipak poseduje za borbu protiv
prekomernih zvukova nalazi se u prenosnom sistemu srednjeg uva. Postoje dva efekta
koja deluju u tom smislu: inercija slušnih koščica i razdešavanje njihovog prenosnog
