Sóng chạy: sự dẫn truyền của sóng âm trong ốc tai

Khi nền xương bàn đạp đẩy cửa sổ bầu dục vào trong, cửa sổ tròn phải phồng ra ngoài bởi vì ốc tai được giới hạn mọi phía bởi các thành xương. Lúc đầu sóng âm tác động đến màng nền tại nền của ốc tai để uốn cong theo phương của cửa sổ tròn. Tuy nhiên, sức căng đàn hồi được tạo nên từ các sợi nền khi chúng uốn cong về phía cửa sổ tròn và nó tạo nên một làn sóng chất dịch “chạy” dọc theo màng nền đến khe tận xoắn ốc.

Hình. “Sóng di chuyển” dọc theo màng đáy cho âm thanh tần số cao, trung bình và thấp.

Hình A chỉ ra sự di chuyển của sóng có tần số cao xuống màng nền, hình B chỉ ra sóng có tần số trung bình, hình C chỉ ra sóng có tần số rất thấp. Sự di chuyển của sóng dọc theo màng nền có thể so sánh với sóng áp lực dọc theo thành động mạch, nó cũng có thể so sánh giống với sóng chạy trên mặt nước.

Các kiểu rung của màng nền ốc tai đối với các tần số âm thanh

Các kiểu dẫn truyền khác nhau của sóng âm với các tần số khác nhau. Mỗi sóng ít kết hợp ở điểm bắt đầu nhưng trở nên kết hợp mạnh mẽ khi chúng tới được màng nền, nơi có sự cộng hưởng tự nhiên tần số bằng với tần số của các sóng riêng phần. Tại điểm này, màng nền có thể rung ngược trở lại và về phía trước một cách thoải mái khi năng lượng của sóng đã hết. Vì vậy, sóng đã hết tại điểm này và không thể tiếp tục chạy dọc màng nền. Vì vậy, một sóng tần số cao chỉ có thể đi một quãng ngắn dọc theo màng nền trước khi nó tới điểm cộng hưởng của nó và dừng lại, một sóng âm có tần số trung bình đi được nửa quãng đường và dừng lại, và một sóng âm có tần số rất thấp đi hết quãng đường dọc theo màng nền.

Một đặc tính khác của sóng chạy là nó chạy nhanh dọc đoạn đầu của màng nền nhưng trở nên chậm dần khi nó đi vào sâu trong ốc tai. Nguyên nhân của sự khác biệt này là hệ số đàn hồi cao của sợi nền gần cửa sổ bầu dục và giảm dần hệ số khi đi xa hơn trong ốc tai. Tốc độ dẫn truyền nhanh lúc đầu của sóng âm cho các sóng có tần số cao có thể đi đủ xa trong ốc tai để lan tỏa và phân biệt với sóng khác trên màng nền. Nếu không, tất cả các sóng tần số cao sẽ bị hòa lẫn vào nhau chỉ trong 1 mm đầu tiên và không thể phân biệt tần số của chúng.

Dạng biên độ rung của màng nền

Vị trí của sóng âm trên màng nền khi xương bàn đạp (a) đẩy vào trong, (b) bị đẩy trở lại điểm cân bằng, (c) đẩy ra ngoài, và (d) bị đẩy trở lại điểm cân bằng nhưng đang chuyển động vào trong. Vùng bóng in mờ xung quanh các sóng khác nhau này cho thấy độ rộng của sự rung màng nền trong suốt một chu kì rung hoàn chỉnh. Đây là dạng biên độ rung của màng nền cho tần số âm thanh cụ thể.

Hình. A, Dạng biên độ dao động của màng đáy đối với âm tần số trung bình. B, Các mẫu biên độ cho âm thanh có tần số từ 200 đến 8000 chu kỳ / giây, cho thấy các điểm có biên độ cực đại trên màng đáy đối với các tần số khác nhau.

Hình B cho thấy dạng biên độ rung của các tần số khác nhau, chứng minh rằng biên độ cực đại của âm thanh ở tần số 8000 chu kì/ giây xảy ra ở gần nền của ốc tai, trong khi âm thanh có tần số thấp hơn 200 chu kì/ giây đạt cực đại ở đỉnh của màng nền, nơi thang tiền đình mở vào thang nhĩ.

Cách thức chính để các tần số âm thanh có thể phân biệt được với nhau là dựa trên vùng kích thích cực đại của sợi thần kinh của cơ quan Corti nằm trên màng nền.