Какое влияние на слух оказывают наушники? Правда и мифы о вреде громкой музыки

Вредно ли слушать музыку на высокой громкости? Да, безусловно! Но как это «громко»? Ведь громкость — понятие довольно субъективное. То, что одному кажется громким, другому может показаться тихим и наоборот.

А когда речь заходит о наушниках и смартфонах, вопросов появляется еще больше.

Уверен, каждый сталкивался с такой непонятной ситуацией — смартфон находится в кармане, вы хотите сделать музыку в наушниках погромче, но ничего не происходит. Вы разблокируете экран и видите надпись, вроде этой:

Но ведь музыка играет довольно тихо, да и ползунок громкости где-то на 60%. Почему смартфон считает, что это уже «слишком громко»? Неужели есть люди, которым такая громкость действительно кажется высокой? Получается, у меня уже серьезные проблемы со слухом?

Нет. Всё гораздо сложнее и интереснее!

Глубоко внутри нашего уха спрятано удивительное «электромеханическое устройство», погруженное в резервуар с жидкостью. Как и любой другой гаджет, это устройство работает под определенным напряжением (где-то порядка 150 милливольт). Там есть движущиеся части с тросиками, которые открывают маленькие крышечки и пр.

Если не понимать принцип работы этого биологического устройства, можно легко поверить в различные мифы или, наоборот, посчитать полезные рекомендации врачей — глупостью. Ведь что может пойти не так, если за 10 лет прослушивания музыки на высокой громкости до сих пор ничего не случилось?

В этой статье мы подробно разберемся с тем, как именно звук попадает в наш мозг, почему громкость портит слух и какая громкость считается опасной.

Также мы обсудим несколько мифов, связанных с наушниками. Ну и, конечно же, обязательно поговорим о том, как современные смартфоны с беспроводными наушниками решают проблемы с громким звуком и потерей слуха.

Надеюсь, будет интересно и полезно!

Как работает наш слух? Или об электричестве и причудливых механизмах внутри улитки

Вкратце напомню, что звук — это не более, чем постоянные столкновения молекул друг с другом. Если вы услышали какой-то звук, будьте уверены — где-то что-то движется и своим движением расталкивает молекулы воздуха вокруг себя.

Когда играют наушники, они просто «разбрасывают» своим динамиком вперед и назад молекулы (кислород, азот, углекислый газ), заполняющие вокруг всё пространство:

В результате эти молекулы сталкиваются с другими и возвращаются назад, а те отлетают дальше и ударяются в следующие молекулы. Не успела эта череда столкновений затухнуть (при каждом столкновении сила удара естественным образом снижается), как динамик снова движется вперед и снова толкает молекулы.

В итоге, по воздуху проносятся участки сжатого и разреженного воздуха:

Чем чаще динамик будет двигаться вперед-назад, тем чаще будут чередоваться области сжатого и разреженного воздуха. А чем сильнее в этих участках будет сжиматься воздух, тем громче нам будет казаться звук.

Когда динамик движется вперед и назад очень быстро (например, 5 тысяч раз в секунду), мы говорим, что он воспроизводит звук высокой частоты (5000 герц). А если за секунду он сделает всего 100 движений, такой звук мы называем низкочастотным (басом) и он равняется 100 герцам (1 герц — это 1 раз в секунду).

Молекулы сталкиваются друг с другом до тех пор, пока не дойдут до нашего уха. Сжатые участки воздуха пройдут по ушному каналу и надавят на барабанную перепонку (см. картину ниже), а участки с низким давлением (разреженный воздух) наоборот — потянут ее назад, так как по ту сторону барабанной перепонки будет более высокое давление.

Чем выше частота чередования сжатых и разреженных участков воздуха (частота звука), тем чаще такие молекулы будут ударять по барабанной перепонке за 1 секунду.

На этом весь процесс заканчивается. Барабанная перепонка — это тупик. То есть, выбраться из ушного канала куда-то дальше невозможно, если только не порвать эту перепонку (тонкую кожу, которой затянуто ухо в конце ушного канала):

И на этом моменте мы должны обсудить один популярный миф, связанный с вредностью разных по конструкции типов наушников. Очень часто можно встретить что-то вроде рейтинга наушников по степени вредности:

• Внутриканальные. Самые опасные
• Вкладыши. Менее вредны для слуха
• Полноразмерные накладные. Самые безопасные

Миф о вреде внутриканальных наушников

Давайте вначале подумаем, почему вообще кому-то пришло в голову, что внутриканальные наушники самые вредные. Очевидно, многих пугает тот факт, что эти наушники нужно заталкивать прямо в ушной канал.

Получается, вся энергия звука направляется непосредственно в барабанную перепонку. Ведь, когда мы надеваем полноразмерные наушники, часть «ударной волны» направляется в голову, мочку уха или куда-то еще. Кроме того, звуковая энергия по пути к барабанной перепонке немного снижается.

С вкладышами тоже есть шанс, что часть «энергии» звука рассеется по дороге, так как они не расположены непосредственно в ушном канале:

Во всех статьях обычно говорится, что если сделать одинаковую громкость на внутриканальных наушниках и, скажем, накладных (больших полноразмерных с дужкой), тогда внутриканальные направят больше энергии звука в ушной канал и создадут там более высокое давление.

Вся проблема этой теории связана с тем, что «звуковая энергия» — это и есть громкость звука. Невозможно сделать так, чтобы одни наушники создавали более высокое давление внутри ушного канала и при этом не звучали громче. Чем выше давление — тем громче звук. Исключений быть не может.

Но задайте себе такой вопрос. Как вы думаете, от чего зависит сила сжатия воздуха, создаваемая наушниками?

Конечно же, от размера динамика. Чем крупнее динамик, тем больше воздуха он сможет «качнуть», тем самым создав более высокое давление. И внутриканальные наушники по определению не способны создать такое же давление воздуха, как и полноразмерные, у которых динамики в 5-7 раз крупнее.

Именно по этой причине «затычки» нужно вставлять как можно ближе к барабанной перепонке, иначе создаваемое давление будет очень слабым, а звук — тихим. Такие наушники работают с гораздо меньшим объемом воздуха и потому необходимо максимально сократить размеры звуковой камеры (в нашем случае — расстояние от наушника до барабанной перепонки).

Все типы наушников (вкладыши, полноразмерные, внутриканальные) оказывают одинаковое влияние на слух.

Но самое забавное в этом мифе то, что именно внутриканальные наушники являются наиболее безопасными для слуха.

Американская академия аудиологии рекомендует именно такие наушники в качестве средства для защиты слуха профессиональных музыкантов. И важно при этом как можно качественнее изолировать ушной канал.

Всё дело в том, что внутриканальные наушники хорошо отсекают внешний шум (так называемая пассивная шумоизоляция), тем самым позволяя снизить громкость в наушниках и всё еще хорошо слышать музыку. А это и есть главное условие для сохранения слуха: ниже громкость — лучше слух.

Но в чем опасность громкости? Что конкретно она делает с нашими ушами? Для ответа на этот вопрос нам нужно оставить в покое ушной канал, барабанную перепонку и заглянуть поглубже в ухо.

Как наушники портят слух? Или что такое улитка и загадочные волосковые клетки

Барабанная перепонка не просто так колеблется под давлением воздуха. Эти колебания должны передаваться куда-то дальше. Собственно, это и происходит. К барабанной перепонке с внутренней стороны прикреплены несколько косточек, которые называются слуховыми косточками:

Смысл этих косточек заключается исключительно в усилении сигнала (вибраций). С одной стороны они крепятся к большой барабанной перепонке (площадь ~55 кв. мм), а с другой — к «перепонке», примерно в 20 раз меньшей площади (~3 кв. мм):

Получается, что вся вибрация с большой площади передается на маленькую, за счет чего и усиливается. Ведь за маленькой «перепонкой» (овальным окном) находится жидкость. И нужно как-то заставить колебаться жидкость от едва ощутимых колебаний воздуха. А мы хорошо знаем, что двигаться в воде гораздо труднее.

Кроме усиления вибраций, эти косточки также имеют встроенный механизм защиты (акустический рефлекс) от громких звуков.

Когда мозг определяет, что звуковая волна очень сильная, он напрягает маленькую мышцу, которая снижает подвижность слуховых косточек. Если же звук будет экстремально громким, произойдет также натяжение барабанной перепонки. Вся эта конструкция станет очень жесткой и малоподвижной.

Но, к сожалению, такая защита не длится долго и уже спустя несколько секунд ее эффективность снижается вполовину. Поэтому при прослушивании громкой музыки в наушниках не стоит надеяться на акустический рефлекс.

И вот теперь мы подошли к главному герою — улитке. Именно внутри улитки спрятан тот самый «электромеханический гаджет», который превращает колебания жидкости в разнообразие звуков.

Вот схематический рисунок улитки, на котором мы видим, что внутри она состоит из лабиринта, заполненного жидкостью и разделенного по центру базилярной мембраной — еще одним каналом, также заполненным жидкостью:

Механика здесь очень проста. Когда наушники толкают воздух, он ударяется по барабанной перепонке. Слуховые косточки усиливают эти вибрации и передают их на улитку. Теперь уже вибрирует жидкость, то есть, вдоль всей улитки проходят волны. Эти волны изгибают базилярную мембрану и она колышется, словно флаг на ветру:

Вот простенькая анимация, которая помогает наглядно представить этот процесс (здесь для более удобного восприятия улитка развернута, а не закручена по спирали):

То есть, вся суть заключается в том, чтобы заставить жидкость внутри лабиринта улитки вибрировать в такт движений барабанной перепонки, в результате чего базилярная мембрана будет изгибаться в определенных местах.

Я хочу, чтобы вы точно поняли этот момент, поэтому приведу еще одну наглядную иллюстрацию:

Сама базилярная мембрана (красная ленточка на картинке выше) довольно узкая и жесткая вначале, а к концу становится примерно в 100 раз мягче и в 5 раз шире:

Именно благодаря такой интересной конструкции разные части мембраны по-разному реагируют на пробегающую по улитке волну. В противном случае возникающие в жидкости перепады давления поднимали бы и опускали всю мембрану целиком.

Но теперь короткие и частые удары по улитке (звуки высокой частоты) вызывают колебания мембраны ближе к основанию. А чем реже такие удары (чем ниже их частота), тем сильнее будут раскачиваться более отдаленные участки мембраны, когда волна будет пробегать вдоль улитки.

В общем, весь смысл такой конструкции заключается именно в том, чтобы мембрана изгибалась по-разному в зависимости от частоты звука, то есть, частоты ударов по барабанной перепонке.

Основание (начало) мембраны колеблется от звука высокой частоты (16-20 килогерц), а ее конец — от звука 60-80 герц. Самые низкие частоты уже не «помещаются» на мембране, поэтому ощущение басов вплоть до 20 герц мозг «додумывает» сам.

И при чем здесь громкая музыка?

Дело в том, что громкость звука напрямую связана с тем, как сильно будет раскачиваться мембрана. Более сильные удары слуховых косточек по улитке будут создавать более высокое давление жидкости и, соответственно, сильнее изгибать мембрану.

Но что в этом плохого? Неужели очень громкая музыка может настолько расшатать эту мембрану, что она порвется?

Нет, дело не совсем в мембране, а в том, что на ней находится. Думаю, вы уже догадались, что сейчас речь пойдет о тех самых волосковых клетках. Именно они размещаются на мембране и играют ключевую роль в появлении звуков в нашем воображении (вы же не думали, что звуки существуют за пределами мозга?).

Волосковые клетки действительно напоминают обычные волоски, только растут они небольшими пучками вдоль всей базилярной мембраны:

А вот как выглядят эти волоски на самом деле (фото под электронным микроскопом):

На всех этих картинках и фотографиях не показана еще одна важная деталь. Дело в том, что над каждой группой волосков находится небольшая «крышка», прикрывающая волоски сверху. Это так называемая покровная мембрана. Если изобразить такие «крышки» на предыдущей картинке, то выглядеть это будет примерно так:

И вот теперь у нас есть полноценный рабочий механизм по превращению волн в звуки!

Когда определенная часть базилярной мембраны прогибается под давлением жидкости (то, о чем мы говорили выше), волоски в этом месте упираются в «крышку» (покровную мембрану) и загибаются.

Волоски связаны в группы тончайшими ниточками (микрофиламентами). Кроме того, эти крохотные нити прикреплены к «крышечкам» специальных каналов на каждом волоске:

И когда волоски прогибаются, эти «тросики» натягиваются и открывают упомянутые каналы на волосках:

Пока каналы были закрыты, внутри волосков находилось множество отрицательно заряженных ионов. То есть, клетка на внутренней поверхности имела определенный отрицательный заряд (примерно -70 милливольт). А жидкость, заполняющая улитку, всегда заряжена положительно (до 80 милливольт), так как в ней находится переизбыток положительно заряженных молекул калия и кальция (ионы).

И вот, когда волоски изгибаются, а ниточки тянут за крышки и те открываются, внутрь волосков через открытые каналы сразу же попадают положительно заряженные ионы калия и кальция.

В результате в клетке происходит деполяризация — изменение отрицательного заряда на положительный. Всё это заканчивается тем, что внутри клетки выделяются нейромедиаторы (специальные химические вещества), которые и посылают в мозг электрический импульс.

В итоге, мозг прекрасно понимает, в каком месте и как сильно изгибается мембрана именно благодаря тысячам волосков, каждый из которых посылает свой сигнал. И чем больше волосков отклоняется в каком-то месте, тем сильнее сигнал и тем громче мозгу нужно проиграть для нашего сознания определенную ноту. Все эти «ноты», конечно же, записаны в мозгу еще с рождения.

Плохо, когда выпадают волосы. Особенно в ушах…

Теперь вы понимаете, что главная ценность — это те самые волоски на базилярной мембране. Сколько бы мембрана ни изгибалась, если в каком-то месте не будет волосков, мозг не заметит там изгиба.

Проблему усугубляет тот факт, что определенное количество волосков дается каждому человеку при рождении и с годами их становится только меньше. То есть, они не восстанавливаются и внутри улитки не растут новые «волосы».

А повреждаются они банально — чем громче звук, тем активнее стимулируются эти волоски и происходят все описанные выше химические реакции. При частом и сильном стимулировании волоски могут истощаться и даже выпадать. Сравните фотографии базальной мембраны с нормальными волосками (слева) и уничтоженными (справа):

Более того, при сильной и продолжительной стимуляции волосковых клеток громким звуком может произойти эксайтотоксичность. Это процесс, при котором в клетку через описанный выше канал попадает слишком много положительно заряженных ионов кальция, которые могут активировать опасные ферменты, повреждающие место контакта между нейронами (синапс).

В итоге, даже если сам волосок цел, электрические импульсы от него уже не поступают в мозг. Если такой разрыв синапса происходит один раз, он полностью заживает примерно за 5 дней и работа конкретного волоска восстанавливается.

Но если один и тот же синапс будет повреждаться снова и снова, в какой-то момент он уже не сможет восстановиться, что приведет к необратимой потери слуха в конкретном месте базилярной мембраны.

Но вот, что самое коварное в этой ситуации:

Прежде, чем вы заметите какое-то изменение в остроте своего слуха, может разрушиться от 30 до 50% всех волосковых клеток.

Даже если вы часто слушаете музыку очень громко и не замечаете никаких проблем со слухом, вполне возможно, что уже треть волосковых клеток безвозвратно потеряна.

Конечно, громкий звук — далеко не единственная проблема. На волосковые клетки могут влиять различные лекарства (как побочный эффект), инфекции, аутоиммунные заболевания и генетические нарушения.

Кроме того, сама мембрана с возрастом становится жёстче, что сказывается на ее подвижности, а значит и на силе возбуждения волосковых клеток.

Но именно громкий звук — это то, что мы можем контролировать и то, что непосредственно приводит к потери слуха со временем.

Остается лишь один вопрос — что такое «очень громко»?

На какой громкости можно слушать наушники и как не испортить слух музыкой

Громкость музыки (уровень звукового давления) измеряют в децибелах (дБ) и чтобы не путаться в этих величинах, просто запомните одно простое правило:

Каждые 6 децибел — это изменение интенсивности звукового давления в 2 раза.

Точкой отсчета мы считаем 0 децибел. Звуковое давление при такой громкости настолько ничтожное, что его никто не услышит. Это порог слышимости. Но уже 6 децибел будет создавать в 2 раза более сильное звуковое давление.

Шепот в тихой комнате — это примерно 40 дБ, а при 46 децибелах (то есть, +6 дБ) давление звука увеличится в 2 раза. Обычный разговор — это около 60 дБ, а шумная улица — 70 децибел. Уже 120 дБ — это на грани болевого порога, 150 — контузия, а при 160 децибелах возможен разрыв барабанной перепонки.

Так какая громкость в децибелах считается опасной для слуха? На самом деле, это также зависит от продолжительности прослушивания музыки.

Даже оглушительные 120 дБ не окажут никакого вредного эффекта, если продолжительность звука не превысит 9 секунд. И в то же время, если суммарное время прослушивания музыки за день на громкости 95 дБ превысит 50 минут, это уже может иметь негативные последствия.

Можете использовать эту таблицу для примерной оценки опасности звука (это официальные данные Национального института охраны труда США):

Не забывайте, что это дневная доза, а не время беспрерывного прослушивания музыки в наушниках. Ведь помимо музыки нас окружают и другие звуки, например, шум метро (95-100 дБ). Что интересно, громкость музыки в ночных клубах и подобных заведениях зачастую превышает 100 дБ.

Современные технологии приходят на помощь!

Некоторые смартфоны научились не только измерять громкость музыки, которую вы слушаете в наушниках, но и предупреждать о приближении к лимиту или показывать подробные отчеты за разные периоды времени.

Первой стала компания Apple со своими наушниками AirPods Pro. В подробном обзоре я упоминал об этой функции:

Совсем недавно, с выпуском оболочки One UI 3.0, компания Samsung также реализовала похожую функцию. И теперь на смартфонах от Samsung также можно смотреть отчеты о громкости, с которой вы слушали музыку в течение дня, и получать уведомления при достижении рекомендованных норм:

На остальных смартфонах приходится довольствоваться стандартным уведомлением о высокой громкости (то, о чем я говорил в самом начале статьи). По европейским стандартам такое уведомление должно появляться на громкости 85 дБ. И даже если вы проигнорировали сообщение, оно должно появляться повторно каждые 20 часов прослушивания музыки.

Но настоящим решением этой проблемы можно считать наушники с активным шумоподавлением. Подробно об этой технологии я рассказывал в отдельном материале, поэтому не буду здесь повторяться.

Скажу лишь, что в интернете гуляет один забавный миф, который звучит так: наушники с шумоподавлением гораздо опаснее, так как они генерируют еще больше звука в противофазе, чтобы подавить внешний шум.

Подобные мифы возникают от того, что люди просто не понимают, как устроена эта технология. Но в реальности такие наушники могут снизить уровень внешнего шума вплоть до 30 дБ!

Таким образом, нет необходимости повышать громкость музыки до опасных значений, чтобы наушники смогли «перекричать» шум улицы. Это действительно очень полезное для здоровья изобретение. И если вам интересна эта тема, можете почитать наши обзоры популярных наушников.

Алексей, глав. редактор Deep-Review