Инженерно-психологическая характеристика слухового анализатора.

В системах управления часть информации поступает к человеку в форме звуковых сигналов. Отражающие эти сигналы ощущения вызываются действием звуковой энергии на слуховой анализатор. Он состоит из уха, слухового нерва, сложной системы нервных связей и центров мозга. В аппарат, обозначаемый терми­ном «ухо», входят: наружное (звукоулавливающий аппарат), среднее (звукопередающий аппарат) и внутреннее (звуковоспринимающий аппарат) ухо. Ухо воспринимает определенные частоты звуков благодаря функциональной способности волокон его мембраны к резонансу. Физиологическое значение наружного и среднего уха заключается в проведении и усилении звуков. Слуховой анализа­тор человека воспринимает форму волны, частотный спектр чистых тонов и шумов, осуществляет анализ и синтез в определенных пределах частотных компонент звуковых раздражений, обнаруживает и опознает звуки в большом диапазоне интенсивностей и частот. Слу­ховой анализатор позволяет дифференцировать звуковые раздра­жения и определять направление звука, а также удаленность его источника. Источником звуковых волн может быть любой процесс, вызывающий местное изменение давления или механические напря­жения в среде. Слуховой аппарат человека воспринимает как слы­шимый звук колебания с частотой 16 Гц – 20 кГц. Ухо наиболее чув­ствительно к колебаниям в области средних частот – от 1000 до 4000 Гц.

Физически звук характеризуется амплитудой (интенсивностью), частотой и формой звуковой волны. Так как сила звука пропорциональна квадрату звукового давления, то в практике психофизиологической акустики чаще всего используется непосредственно звуковое давление, выраженное в децибелах от исходного уровня. Субъективное ощущение интенсивности звука называется громкостью и измеряется в фонах.

Основными количественными характеристиками слухового анализатора являются абсолютный и дифференциальный пороги.

Абсолютный временной порог чувствительности акустического анализатора определяется длительностью звукового раздражителя, необходимой для воз­никновения звукового ощущения. Он так же, как пороги по громкости и частоте, не является постоянной величиной. С увеличением как интенсивно­сти, так и частоты он уменьшается. Минимальная величина раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, носит название нижнего абсолютного порога чувствительности, а максимально допустимая величина - название верхнего порога чувствительности (это понятие вводится по отношению лишь к энергетическим характеристикам). Нижний абсолютный порог по частоте соответствует частоте 16 Гц, а верхний – 20 кГц. Сигналы, величина которых меньше нижнего порога, человеком не воспринимаются. Увеличение же интенсивности сигнала сверх верхнего порога вызывает у человека болевое ощущение (сверхгромкий звук и т. д.). Интервал между нижним и верхним порогами носит название диапазона чувствительности анализатора.

Дифференциальный порог по интенсивности (энергетический дифференциальный порог) – это величина едва различимой прибавки к исходной величине звукового раздражителя. Он зависит не только от интенсивности, но и от частоты.

Дифференциальный порог по частоте зависит как от частоты исход­ного звука, так и от его интенсивности.

Дифференцирование двух звуков по частоте и интенсивности зависит от отношения их по длительности и интервала между ними. Как правило, звуки, равные по длительности, различаются точнее, чем неравные.

Акустический анализатор обеспечивает также дифференцирование источника звука в пространстве: расстояние до него и направление отно­сительно субъекта.

Важную роль в оценке определения расстояния до источника звука играет различение изменений громкости. Звук, громкость которого увеличивается, воспринимается как приближающийся, и наобо­рот.

Другим основанием оценки расстояний на слух является звуковысотное различение (различение по высоте тона). При приближении звучащего тела к слушателю частота звуко­вых колебаний увеличивается, а при его удалении – уменьшается (эффект Доплера). Это отражается в слуховых ощущениях в виде изменения высоты тона. Значительное влияние на оценку расстоя­ния оказывает тембр. Более тембрированный звук (более сложная форма звуковой волны) обычно оценивается как более удаленный, а менее тембрированный – как более близкий.

Точность распознавания направления звука различна по отно­шению к волнам разной частоты. Точность определения направления зависит также от положения источника звука относительно координат тела человека. Наи­более точно определяется направлениe в горизонтальной пло­скости. При этом на первом месте по точности оказывается правое направление, затем левое. Достаточно хорошо определяется пе­реднее направление. Но с ним часто смешиваются верхнее и зад­нее. Точность оценки верхнего и заднего направлений в два с лиш­ним раза меньше по сравнению с левым и правым.

Главную роль в определении направлений звука играет взаимо­действие сторон акустического анализатора (бинауральный эффект). Если источник звука находится прямо перед человеком, то зву­ковые волны достигают обоих ушей одновременно. Если же он откло­няется вправо или влево, то время прихода звука к одному уху будет короче, чем к другому. Этой разностью и определяется направление на источник звука. Воспринимаемый угол отклонения от средней линии пропорционален величине этой разности. Значительное место в бинауральном слухе принадлежит также отноше­нию амплитуд звуковых колебаний, поступающих на правое и левое ухо.

В реальных условиях деятельности человеку приходится воспринимать звуковые сигналы на том или ином фоне. При этом фон может маскировать полезный сигнал, что затрудняет его обнаружение. При разработке и конструировании акустических индикаторов задача борьбы с эффектом маскировки и поисков оптимального отношения интенсивности полезного сигнала к интенсивности шума (фона) является одной из важнейших.

Слух имеет преимущества в приеме непрерывных сигналов, зрение - в приеме дискретных. Время реакции на слух короче, чем на свет, однако самая короткая реакция на тактильный (кожный) раздражитель. Это свойство осязания можно использовать для подачи сигналов, требующих экстренных действий (например, сигналов опасности). Слуховой и зрительный анализаторы принимают информацию находясь на расстоянии от источника, а тактильный – при соприкосновении.