The science of hearing - Douglas L. Oliver

Translator: Trang Phạm Lê Khánh Reviewer: Hoàng Hiếu

Bạn đang nghe tiếng vỗ dịu êm của những con sóng biển,

You hear the gentle lap of waves,

the distant cawing of a seagull.

tiếng mòng biển kêu từ xa.

But then an annoying whine interrupts the peace,

Bỗng nhiên, một tiếng vo ve phá vỡ sự yên bình

getting closer, and closer, and closer.

và ngày càng gần hơn.

Until...whack!

Và rồi...bộp!

You dispatch the offending mosquito, and calm is restored.

Bạn kết liễu con muỗi phiền phức và sự yên lặng trở lại.

How did you detect that noise from afar and target its maker with such precision?

Làm thế nào bạn có thể nghe âm thanh từ xa và xác định chính xác mục tiêu?

The ability to recognize sounds and identify their location

Khả năng nhận biết âm thanh và xác định vị trí

is possible thanks to the auditory system.

là nhờ hệ thống thính giác,

That’s comprised of two main parts: the ear and the brain.

gồm hai phần chính: tai và não.

The ear’s task is to convert sound energy into neural signals;

Nhiệm vụ của tai là chuyển âm năng thành những tín hiệu thần kinh;

the brain’s is to receive and process the information those signals contain.

não nhận và xử lí thông tin mà tín hiệu chuyển tải.

To understand how that works,

Để hiểu cách thức nó hoạt động,

we can follow a sound on its journey into the ear.

hãy theo dõi chặng đường một âm thanh đến tai.

The source of a sound creates vibrations

Nguồn âm thanh tạo rung động

that travel as waves of pressure through particles in air,

sóng âm truyền qua các phân tử khí,

liquids,

chất lỏng,

or solids.

hay chất rắn.

But our inner ear, called the cochlea,

Nhưng ốc tai bên trong tai của chúng ta,

is actually filled with saltwater-like fluids.

được bao phủ bởi dịch dạng nước muối.

So, the first problem to solve is how to convert those sound waves,

Vậy, điều đầu tiên cần giải quyết là chuyển sóng âm,

wherever they’re coming from,

đến từ mọi hướng, thành dao động trong dung dịch lỏng.

into waves in the fluid.

The solution is the eardrum, or tympanic membrane,

Đó là nhờ màng nhĩ

and the tiny bones of the middle ear.

và các xương nhỏ ở tai giữa.

Those convert the large movements of the eardrum

Chúng biến những rung động lớn của màng nhĩ

into pressure waves in the fluid of the cochlea.

thành những sóng áp suất đến dung dịch trong ốc tai.

When sound enters the ear canal,

Đến ống tai,

it hits the eardrum and makes it vibrate like the head of a drum.

âm thanh chạm vào màng nhĩ, làm màng nhĩ rung như mặt trống.

The vibrating eardrum jerks a bone called the hammer,

Màng nhĩ rung động làm giật xương búa,

which hits the anvil and moves the third bone called the stapes.

xương búa chạm vào xương đe và dịch chuyển xương bàn đạp.

Its motion pushes the fluid within the long chambers of the cochlea.

Dao động này đẩy dung dịch trong các ngăn dài của ốc tai.

Once there,

Tại đây, rung động âm thanh,

the sound vibrations have finally been converted into vibrations of a fluid,

cuối cùng, đã được chuyển thành rung động của dung dịch,

and they travel like a wave from one end of the cochlea to the other.

và di chuyển như một đợt sóng từ đầu này tới đầu kia của ốc tai.

A surface called the basilar membrane runs the length of the cochlea.

Một mặt phẳng gọi là màng đáy trải dài theo ốc tai,

It’s lined with hair cells that have specialized components

được lót bởi nhiều tế bào lông có thành phần đặc biệt.

called stereocilia,

được gọi là vi tiếp điểm,

which move with the vibrations of the cochlear fluid and the basilar membrane.

di chuyển cùng với rung động của dịch ốc tai và màng đáy.

This movement triggers a signal that travels through the hair cell,

Dịch chuyển này tạo ra một tín hiệu di chuyển qua các tế bào lông,

into the auditory nerve,

đến thần kinh thính giác,

then onward to the brain, which interprets it as a specific sound.

rồi về phía não, giải mã thành một âm thanh cụ thể.

When a sound makes the basilar membrane vibrate,

Một âm thanh làm màng đáy rung động,

not every hair cell moves -

không làm dịch chuyển tất cả

only selected ones, depending on the frequency of the sound.

mà chỉ một vài tế bào lông nhất định dựa trên tần số của âm thanh.

This comes down to some fine engineering.

Đó là nhờ một số cấu tạo tuyệt vời.

At one end, the basilar membrane is stiff,

Ở một đầu, màng đáy cứng

vibrating only in response to short wavelength, high-frequency sounds.

chỉ rung động với âm thanh có bước sóng ngắn, tần số cao.

The other is more flexible,

Phần còn lại linh động hơn,

vibrating only in the presence of longer wavelength, low-frequency sounds.

sẽ rung động với âm thanh có bước sóng dài, tần số thấp.

So, the noises made by the seagull and mosquito

Do đó, tiếng kêu của mòng biển và con muỗi

vibrate different locations on the basilar membrane,

làm rung động những phần khác nhau của màng đáy,

like playing different keys on a piano.

giống như chơi những phím khác nhau trên piano.

But that’s not all that’s going on.

Đó chưa phải là tất cả những gì xảy ra.

The brain still has another important task to fulfill:

Não cũng có một nhiệm vụ quan trọng khác:

identifying where a sound is coming from.

là xác định vị trí của âm thanh từ đâu đến.

For that, it compares the sounds coming into the two ears

Để làm điều này, nó so sánh âm thanh đến từ hai bên tai

to locate the source in space.

để xác định nguồn âm thanh trong không gian.

A sound from directly in front of you will reach both your ears at the same time.

Một âm thanh từ trước mặt sẽ đến cả hai tai cùng một lúc

You’ll also hear it at the same intensity in each ear.

và có cùng cường độ.

However, a low-frequency sound coming from one side

Một âm thanh tần số thấp đến từ một phía

will reach the near ear microseconds before the far one.

sẽ đến tai gần hơn trước vài micro giây so với tai còn lại.

And high-frequency sounds will sound more intense to the near ear

Và âm thanh có tần số cao sẽ nghe có vẻ dữ dội hơn ở tai gần hơn

because they’re blocked from the far ear by your head.

vì bị đầu của bạn chặn giữa tai kia.

These strands of information reach special parts of the brainstem

Những dải thông tin này đến những phần đặc biệt của thân não

that analyze time and intensity differences between your ears.

thân não phân tích sự khác biệt thời gian và cường độ giữa hai tai.

They send the results of their analysis up to the auditory cortex.

Chúng gửi kết quả của quá trình phân tích đến vỏ não thính giác.

Now, the brain has all the information it needs:

Giờ, não có tất cả những thông tin cần thiết:

the patterns of activity that tell us what the sound is,

những đặc điểm hoạt động cho ta biết đó là âm thanh gì

and information about where it is in space.

và vị trí ở đâu trong không gian.

Not everyone has normal hearing.

Không phải ai cũng có thể nghe bình thường.

Hearing loss is the third most common chronic disease in the world.

Mất khả năng nghe là bệnh kinh niên phổ biển thứ ba trên thế giới.

Exposure to loud noises and some drugs can kill hair cells,

Tiếp xúc với những âm thanh lớn

và một số loại thuốc có thể làm chết các tế bào lông,

preventing signals from traveling from the ear to the brain.

ngăn những tín hiệu truyền từ tai đến não.

Diseases like osteosclerosis freeze the tiny bones in the ear

Những bệnh như xơ cứng xương làm đông cứng những xương nhỏ trong tai

so they no longer vibrate.

làm chúng không thể rung động.

And with tinnitus,

Với chứng ù tai, não bộ hoạt động kì quặc

the brain does strange things

to make us think there’s a sound when there isn’t one.

khiến chúng ta nghe thấy một âm thanh vốn dĩ không tồn tại.

But when it does work,

Nhưng trên hết, thính giác vẫn là hệ thống kì diệu và thông thái.

our hearing is an incredible, elegant system.

Our ears enclose a fine-tuned piece of biological machinery

Tai là một phần tinh chỉnh của bộ máy sinh học

that converts the cacophony of vibrations in the air around us

giải mã những rung động hỗn tạp từ môi trường xung quanh

into precisely tuned electrical impulses

thành những xung điện chính xác

that distinguish claps, taps, sighs, and flies.

để phân biệt tiếng vỗ tay, nước chảy, tiếng thở dài và tiếng ruồi kêu.