نطاق السمع

يُشير نطاق السمع إلى نطاق الترددات التي يمكن سماعها من قِبل البشر أو الحيوانات الأخرى، مع العلم أنه قد يُشير أيضًا إلى نطاق مستويات الصوت . يُحدد نطاق السمع البشري عادةً بين 20 و20000  هرتز، ^{[ 3 ] [ 4 ] [ ملاحظة 1 ]،} على الرغم من وجود تباين كبير بين الأفراد، خاصةً عند الترددات العالية، ويُعتبر الفقدان التدريجي للحساسية للترددات العالية مع التقدم في السن أمرًا طبيعيًا. كما تختلف الحساسية باختلاف التردد، كما يتضح من منحنيات تساوي شدة الصوت . يتضمن الفحص الروتيني لفقدان السمع عادةً مخططًا سمعيًا يُظهر مستويات العتبة مقارنةً بالمستوى الطبيعي.

تستطيع العديد من أنواع الحيوانات سماع ترددات تتجاوز بكثير نطاق السمع البشري. فبعض الدلافين والخفافيش ، على سبيل المثال، تستطيع سماع ترددات تزيد عن 100  كيلوهرتز. وتستطيع الأفيال سماع أصوات بترددات تتراوح بين 16  هرتز و12  كيلوهرتز، بينما تستطيع بعض الحيتان سماع أصوات تحت صوتية بترددات منخفضة تصل إلى 7  هرتز.

يتراوح ارتفاع "الشعيرات" الموجودة في الخلايا الشعرية في الأذن الداخلية ، والتي تسمى الأهداب المجسمة ، من 1 ميكرومتر، للكشف السمعي عن الترددات العالية جدًا، إلى 50 ميكرومتر أو أكثر في بعض الأنظمة الدهليزية . ^{[ 5 ]}

يوفر مخطط السمع مقياسًا أساسيًا للسمع، وهو عبارة عن رسم بياني للعتبة المطلقة للسمع (أدنى مستوى صوت يمكن تمييزه) عند ترددات مختلفة ضمن نطاق السمع الاسمي للكائن الحي. ^{[ 6 ]}

يمكن استخدام اختبارات السمع السلوكية أو الاختبارات الفيزيولوجية لتحديد عتبات السمع لدى البشر والحيوانات الأخرى. بالنسبة للبشر، يتضمن الاختبار عرض نغمات بترددات ( حدة ) وشدات ( جهارة ) محددة. عندما يسمع الشخص الصوت، يُشير إلى ذلك برفع يده أو الضغط على زر. ويتم تسجيل أدنى شدة صوتية يسمعها. يختلف الاختبار بالنسبة للأطفال؛ حيث يمكن الإشارة إلى استجابتهم للصوت بتحريك الرأس أو باستخدام لعبة. يتعلم الطفل ما يجب فعله عند سماع الصوت، مثل وضع لعبة رجل في قارب. يمكن استخدام تقنية مماثلة عند اختبار الحيوانات، حيث يُستخدم الطعام كمكافأة للاستجابة للصوت. وقد تم الحصول على المعلومات المتعلقة بسمع الثدييات المختلفة بشكل أساسي من خلال اختبارات السمع السلوكية.

لا تتطلب الاختبارات الفسيولوجية استجابة المريض بوعي. ^{[ 7 ]}

في الإنسان، تتدفق الموجات الصوتية إلى الأذن عبر القناة السمعية الخارجية لتصل إلى طبلة الأذن (الغشاء الطبلي). يؤدي انضغاط هذه الموجات وتخلخلها إلى تحريك هذا الغشاء الرقيق، مما يُسبب اهتزازًا وديًا عبر عظام الأذن الوسطى ( العظيمات : المطرقة ، والسندان، والركاب)، والسائل القاعدي في القوقعة، والشعيرات الموجودة داخلها، والتي تُسمى الأهداب السمعية . تُبطّن هذه الشعيرات القوقعة من قاعدتها إلى قمتها، ويُشير الجزء المُحفّز وشدة التحفيز إلى طبيعة الصوت. تُرسل المعلومات المُجمّعة من الخلايا الشعرية عبر العصب السمعي لمعالجتها في الدماغ.

يتراوح نطاق السمع البشري الشائع بين 20 و20,000  هرتز. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ ملاحظة 1 ]} في ظل ظروف المختبر المثالية، يستطيع الإنسان سماع أصوات بترددات منخفضة تصل إلى 12  هرتز ^{[ 8 ]} وعالية تصل إلى 28  كيلوهرتز، مع أن عتبة السمع ترتفع بشكل حاد عند 15  كيلوهرتز لدى البالغين، وهو ما يتوافق مع القناة السمعية الأخيرة في القوقعة . ^{[ 9 ]} يكون الجهاز السمعي البشري أكثر حساسية للترددات بين 2,000 و5,000  هرتز. ^{[ 10 ]} يختلف نطاق السمع الفردي تبعًا للحالة العامة للأذنين والجهاز العصبي. ويتقلص هذا النطاق تدريجيًا مع التقدم في العمر، ^{[ 11 ]} ويبدأ عادةً في سن الثامنة تقريبًا مع انخفاض الحد الأعلى للتردد. تفقد النساء سمعهن بنسبة أقل من الرجال، ويعود ذلك إلى العديد من العوامل الاجتماعية والخارجية. على سبيل المثال، يقضي الرجال وقتًا أطول في الأماكن الصاخبة، وهذا لا يرتبط بالعمل فحسب، بل أيضًا بالهوايات والأنشطة الأخرى. تعاني النساء من ضعف سمع حاد بعد انقطاع الطمث. ويكون ضعف السمع لدى النساء أسوأ في الترددات المنخفضة وجزئياً في الترددات المتوسطة، بينما يكون الرجال أكثر عرضة لضعف السمع في الترددات العالية. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

تُنتج مخططات السمع البشري باستخدام جهاز قياس السمع ، الذي يعرض ترددات مختلفة للشخص الخاضع للفحص، عادةً عبر سماعات رأس مُعايرة، عند مستويات محددة. تُوزن هذه المستويات بالتردد نسبةً إلى رسم بياني معياري يُعرف بمنحنى الحد الأدنى للسمع ، والذي يهدف إلى تمثيل السمع "الطبيعي". يُحدد عتبة السمع عند حوالي 0 فون على منحنيات تساوي شدة الصوت (أي 20 ميكروباسكال ، وهو تقريبًا أخف صوت يمكن لشخص سليم شاب سماعه)، ^{[ 15 ]} ولكنها مُوحدة في معيار ANSI عند 1 كيلوهرتز. ^{[ 16 ]} تؤدي المعايير التي تستخدم مستويات مرجعية مختلفة إلى اختلافات في مخططات السمع. على سبيل المثال، استخدم معيار ASA-1951 مستوى 16.5 ديسيبل SPL (مستوى ضغط الصوت) عند 1 كيلوهرتز، بينما يستخدم معيار ANSI-1969/ISO-1963 اللاحق مستوى 6.5 ديسيبل SPL ، مع تطبيق تصحيح 10 ديسيبل لكبار السن.     

تستطيع العديد من الرئيسيات ، وخاصة الصغيرة منها، سماع ترددات بعيدة في نطاق الموجات فوق الصوتية . عند قياس نطاق السمع باستخدام إشارة بقوة 60 ديسيبل ، يتراوح نطاق السمع لدى قرد البوشبي السنغالي بين 92  هرتز و65  كيلوهرتز، وبين 67  هرتز و58  كيلوهرتز لدى الليمور ذي الذيل الحلقي . ومن بين 19 نوعًا من الرئيسيات التي خضعت للاختبار، كان لدى قرد المكاك الياباني أوسع نطاق سمع، حيث يتراوح بين 28  هرتز و34.5  كيلوهرتز، مقارنةً بنطاق السمع لدى البشر الذي يتراوح بين 31  هرتز و17.6 كيلوهرتز. ^{[ 17 ]} 

تتمتع القطط بحاسة سمع ممتازة، إذ تستطيع تمييز نطاق واسع للغاية من الترددات. فهي قادرة على سماع الأصوات ذات النبرة العالية أكثر من البشر أو معظم الكلاب، حيث تستطيع تمييز ترددات تتراوح بين 55 هرتز و79 كيلوهرتز . ^{[ 17 ] [ 18 ]} لا تستخدم القطط هذه القدرة على سماع الموجات فوق الصوتية للتواصل، ولكنها على الأرجح مهمة في الصيد، ^{[ 19 ]} نظرًا لأن العديد من أنواع القوارض تُصدر أصواتًا فوق صوتية. ^{[ 20 ]} كما أن حاسة السمع لدى القطط حساسة للغاية، وتُعد من بين الأفضل بين الثدييات، ^{[ 17 ]} حيث تكون في ذروتها ضمن نطاق الترددات من 500 هرتز إلى 32 كيلوهرتز. ^{[ 21 ]} وتتعزز هذه الحساسية بفضل آذان القطط الخارجية الكبيرة المتحركة ( صيوان الأذن )، التي تُضخّم الأصوات وتساعد القطة على تحديد اتجاه مصدر الصوت. ^{[ 19 ]}    

تعتمد قدرة السمع لدى الكلاب على سلالتها وعمرها، إلا أن نطاق السمع يتراوح عادةً بين 67  هرتز و45  كيلوهرتز. ^{[ 22 ] [ 23 ]} وكما هو الحال لدى البشر، يضيق نطاق السمع لدى بعض سلالات الكلاب مع التقدم في السن، ^{[ 24 ]} مثل الراعي الألماني والبودل المصغر. عندما تسمع الكلاب صوتًا، فإنها تحرك آذانها نحوه لزيادة استقباله. ولتحقيق ذلك، تتحكم 18 عضلة على الأقل في آذان الكلاب، مما يسمح لها بالإمالة والدوران. كما يُسهم شكل الأذن في سماع الصوت بدقة أكبر. غالبًا ما تمتلك العديد من السلالات آذانًا منتصبة ومنحنية، تعمل على توجيه الأصوات وتضخيمها.

بما أن الكلاب تسمع أصواتًا بترددات أعلى من البشر، فإن لديها إدراكًا صوتيًا مختلفًا للعالم. ^{[ 24 ]} غالبًا ما تصدر الأصوات التي تبدو عالية للبشر نغمات عالية التردد قد تُخيف الكلاب. تُستخدم صفارات تُصدر أصواتًا فوق صوتية، تُسمى صفارات الكلاب ، في تدريب الكلاب، حيث يستجيب الكلب بشكل أفضل لهذه المستويات. في البرية، تستخدم الكلاب حاسة السمع لديها للصيد وتحديد مواقع الطعام. غالبًا ما تُستخدم السلالات المنزلية لحراسة الممتلكات نظرًا لقدرتها السمعية العالية. ^{[ 23 ]} تُصدر صفارات الكلاب المعروفة باسم "نيلسون" أصواتًا بترددات أعلى من تلك التي يسمعها البشر ولكنها تقع ضمن نطاق سمع الكلب.

طوّرت الخفافيش حاسة سمع فائقة الحساسية للتكيف مع نشاطها الليلي. ويختلف نطاق سمعها باختلاف الأنواع؛ إذ قد يصل أدنى تردد لها إلى 1  كيلوهرتز لدى بعض الأنواع، بينما يصل أعلى تردد لها إلى 200  كيلوهرتز لدى أنواع أخرى. ولا تستطيع الخفافيش التي تستطيع سماع تردد 200  كيلوهرتز سماع الترددات الأقل من 10 كيلوهرتز بوضوح  . ^{[ 25 ]} وعلى أي حال، فإن نطاق السمع الأكثر حساسية لدى الخفافيش أضيق: يتراوح بين 15  كيلوهرتز و90  كيلوهرتز تقريبًا. ^{[ 25 ]}

تستخدم الخفافيش تحديد الموقع بالصدى للتنقل بين الأجسام وتحديد موقع فرائسها . يُصدر الخفاش صوتًا قصيرًا عاليًا جدًا، ثم يُقيّم الصدى عند ارتداده. تصطاد الخفافيش الحشرات الطائرة، التي تُعيد صدىً خافتًا لصوت الخفاش. يُمكن تحديد نوع الحشرة وحجمها ومسافتها من خلال جودة الصدى والوقت الذي يستغرقه ارتداده. هناك نوعان من الأصوات: صوت ثابت التردد (CF) وصوت مُعدَّل التردد (FM) يتناقص في حدته. ^{[ 26 ]} يكشف كل نوع عن معلومات مختلفة؛ يُستخدم الصوت ثابت التردد للكشف عن الجسم، بينما يُستخدم الصوت مُعدَّل التردد لتقدير المسافة. تستمر نبضات الصوت التي يُصدرها الخفاش لبضع أجزاء من الألف من الثانية فقط؛ وتُتيح فترات الصمت بين الأصوات وقتًا للاستماع إلى المعلومات العائدة على شكل صدى. تشير الأدلة إلى أن الخفافيش تستخدم تغير حدة الصوت الناتج عن تأثير دوبلر لتقدير سرعة طيرانها بالنسبة للأجسام المحيطة بها. ^{[ 27 ]} تُجمع المعلومات المتعلقة بالحجم والشكل والملمس لتكوين صورة عن البيئة المحيطة وموقع الفريسة. وباستخدام هذه العوامل، يستطيع الخفاش تتبع التغيرات في الحركة بنجاح، وبالتالي اصطياد فريسته.

تتميز الفئران بآذان كبيرة مقارنة بأجسامها. وهي تسمع ترددات أعلى من البشر، إذ يتراوح نطاق تردداتها بين 1  كيلوهرتز و70  كيلوهرتز. ولا تسمع الفئران الترددات المنخفضة التي يسمعها البشر، بل تتواصل باستخدام أصوات عالية التردد، بعضها غير مسموع للبشر. ويمكن أن يصدر فأر صغير نداء استغاثة بتردد 40  كيلوهرتز. وتستغل الفئران قدرتها على إصدار أصوات خارج نطاق ترددات الحيوانات المفترسة لتنبيه الفئران الأخرى من الخطر دون تعريض نفسها للخطر، مع العلم أن نطاق سمع القطط يشمل النطاق الصوتي الكامل للفأر. أما الصرير الذي يسمعه البشر فهو منخفض التردد، ويستخدمه الفأر لإجراء نداءات من مسافات أبعد، لأن الأصوات منخفضة التردد تنتقل لمسافات أبعد من الأصوات عالية التردد. ^{[ 28 ]}

تُعدّ حاسة السمع ثاني أهم حواس الطيور، وتتميز آذانها بشكلها القمعي لتركيز الصوت. تقع الآذان خلف العينين وأسفلهما قليلاً، وهي مغطاة بريش ناعم - يُسمى الريش الأذني - لحمايتها. كما يؤثر شكل رأس الطائر على سمعه، كما هو الحال مع البوم، حيث تساعد الأقراص الوجهية في توجيه الصوت نحو آذانها.

يبلغ نطاق سمع الطيور ذروة حساسيته بين 1  كيلوهرتز و4  كيلوهرتز، لكن نطاقه الكامل يُشابه تقريبًا نطاق السمع البشري، مع وجود حدود أعلى أو أدنى تبعًا لنوع الطائر. لم يُرصد أي نوع من الطيور يتفاعل مع الأصوات فوق الصوتية، لكن بعض أنواع الطيور قادرة على سماع الأصوات تحت الصوتية. ^{[ 29 ]} "تتميز الطيور بحساسية خاصة لتغيرات درجة الصوت ونبرته وإيقاعه، وتستخدم هذه الاختلافات للتعرف على الطيور الأخرى، حتى في أسراب صاخبة. كما تستخدم الطيور أصواتًا وأغانٍ ونداءات مختلفة في مواقف مختلفة، ويُعد تمييز هذه الأصوات المختلفة أمرًا أساسيًا لتحديد ما إذا كان النداء يُحذر من وجود مفترس، أو يُعلن عن منطقة نفوذ، أو يعرض مشاركة الطعام." ^{[ 30 ]}

"تستخدم بعض الطيور، وأبرزها طيور الزيت ، تحديد الموقع بالصدى، تمامًا كما تفعل الخفافيش. تعيش هذه الطيور في الكهوف وتستخدم زقزقتها ونقراتها السريعة للتنقل عبر الكهوف المظلمة حيث قد لا تكون الرؤية الحساسة مفيدة بما فيه الكفاية." ^{[ 30 ]}

تستطيع الحمام سماع الأصوات تحت السمعية. وبما أن الحمام العادي قادر على سماع أصوات بتردد منخفض يصل إلى 0.5  هرتز، فإنه يستطيع رصد العواصف البعيدة والزلازل وحتى البراكين. ^{[ 31 ] [ 32 ]} وهذا يساعده أيضاً في تحديد الاتجاهات.

تمتلك فراشات الشمع الكبرى (Galleria mellonella) أعلى نطاق تردد صوتي مسجل حتى الآن، إذ يمكنها سماع ترددات تصل إلى 300  كيلوهرتز. ومن المرجح أن يساعدها ذلك على التهرب من الخفافيش. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

تتمتع الأسماك بنطاق سمعي ضيق مقارنة بمعظم الثدييات. أما سمك الزينة الذهبي وسمك السلور فيمتلكان جهاز ويبر، وبالتالي يتمتعان بنطاق سمعي أوسع من سمك التونة . ^{[ 1 ]}

نظراً لاختلاف الخصائص الفيزيائية للبيئات المائية اختلافاً كبيراً عن البيئات البرية، توجد اختلافات في كيفية سماع الثدييات البحرية مقارنةً بالثدييات البرية. وقد أدت هذه الاختلافات في الأنظمة السمعية إلى إجراء أبحاث مكثفة على الثدييات المائية، وتحديداً على الدلافين.

يصنف الباحثون الثدييات البحرية عادةً إلى خمس مجموعات سمعية بناءً على نطاق أفضل سمع تحت الماء لديها. (كيتن، 1998): الحيتان البالينية منخفضة التردد مثل الحيتان الزرقاء (من 7  هرتز إلى 35 كيلوهرتز)؛ الحيتان المسننة  متوسطة التردد مثل معظم الدلافين وحيتان العنبر (من 150 هرتز إلى 160 كيلوهرتز) ؛ الحيتان المسننة عالية التردد مثل بعض الدلافين وخنازير البحر (من 275 هرتز إلى 160 كيلوهرتز)؛ الفقمات (من 50 هرتز إلى 86 كيلوهرتز)؛ فقمات الفراء وأسود البحر (من 60 هرتز إلى 39 كيلوهرتز). ^{[ 33 ]}         

يعمل الجهاز السمعي لدى الثدييات البرية عادةً عن طريق نقل الموجات الصوتية عبر قنوات الأذن. وتتشابه قنوات الأذن لدى الفقمات وأسود البحر وفظ البحر مع تلك الموجودة لدى الثدييات البرية، وقد تعمل بالطريقة نفسها. أما في الحيتان والدلافين، فليس من الواضح تمامًا كيف ينتقل الصوت إلى الأذن، لكن بعض الدراسات تشير بقوة إلى أن الصوت يُنقل إلى الأذن عبر أنسجة في منطقة الفك السفلي. وتستخدم مجموعة من الحيتان، وهي الحيتان المسننة، تحديد الموقع بالصدى لتحديد موقع الأجسام، مثل الفرائس. وتتميز الحيتان المسننة أيضًا بأن آذانها منفصلة عن الجمجمة ومتباعدة، مما يساعدها على تحديد موقع الأصوات، وهو عنصر مهم في تحديد الموقع بالصدى.

أظهرت الدراسات ^{[ 34 ]} وجود نوعين مختلفين من القوقعة في فصيلة الدلافين. النوع الأول موجود في دلافين نهر الأمازون وخنازير البحر . تستخدم هذه الدلافين إشارات عالية التردد للغاية لتحديد الموقع بالصدى. تُصدر خنازير البحر أصواتًا ضمن نطاقين، أحدهما بتردد 2  كيلوهرتز والآخر أعلى من 110  كيلوهرتز. تتميز قوقعة هذه الدلافين بتخصصها في استيعاب الأصوات عالية التردد للغاية، وهي ضيقة جدًا عند قاعدتها.

توجد القوقعة من النوع الثاني بشكل أساسي في أنواع الحيتان التي تعيش في المياه المفتوحة، مثل الدلافين قارورية الأنف . تتميز الأصوات التي تصدرها هذه الدلافين بانخفاض ترددها، ويتراوح عادةً بين 75 و150,000  هرتز. تُستخدم الترددات الأعلى في هذا النطاق لتحديد الموقع بالصدى، بينما ترتبط الترددات المنخفضة عادةً بالتفاعل الاجتماعي، حيث تنتقل الإشارات لمسافات أبعد بكثير.

تستخدم الثدييات البحرية الأصوات بطرقٍ عديدة ومتنوعة. تتواصل الدلافين عبر النقرات والصفير، بينما تستخدم الحيتان أنينًا منخفض التردد أو إشارات نبضية. تختلف كل إشارة من حيث التردد، وتُستخدم إشارات مختلفة للتعبير عن جوانب مختلفة. عند الدلافين، يُستخدم تحديد الموقع بالصدى لاكتشاف الأشياء وتحديد خصائصها، بينما تُستخدم الصفير في القطعان الاجتماعية كوسيلة للتعرف والتواصل.

• طب السمع
• قياس السمع
• نظام التدقيق
• ازدواج السمع
• البعوضة
• الاستماع الآمن
• الاتصالات الزلزالية
• منحنى الحد الأدنى للسمع
• الصوتيات الموسيقية

• دامبروز، كريستوفر؛ تشودري، رضوان (2003). إيليرت، جلين (محرر). "نطاق تردد السمع البشري" . كتاب حقائق الفيزياء . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2022 .
• هويلزل، أ. روس، محرر (2002). بيولوجيا الثدييات البحرية: منهج تطوري . أكسفورد: بلاكويل ساينس. ISBN 9780632052325.
• كيتن، د. ر. (2000). "آذان الحيتان". في: أو، و. ل.؛ بوبر، آرثر ن.؛ فاي، ريتشارد ر. (محررون). السمع لدى الحيتان والدلافين . نيويورك: سبرينغر. ص 43-108 . ISBN  9780387949062.
• ريتشاردسون، دبليو. جون (1998). الثدييات البحرية والضوضاء . لندن: أكاديميك برس.
• روبيل، إدوين دبليو؛ بوبر، آرثر إن؛ فاي، ريتشارد آر. (1998). تطور الجهاز السمعي . نيويورك: سبرينغر. ISBN 9780387949840.