Введение. Объем функции звукового анализатора и аудиометрия.Функция звукового анализатора состоит в восприятии и различении громадного разнообразия звуков

Объем функции звукового анализатора и аудиометрия. Функция звукового анализатора состоит в восприятии и различении громадного разнообразия звуков, с которыми встречается человек в различных условиях жизни. Ее количественная оценка всегда основывается на измерении ответных реакций человека (как произвольных, так и непроизвольных), вызванных воспринимаемым звуком.

Под объемом функции анализатора понимается количество воспринимаемых за единицу времени параметров сигналов, которые в данных условиях существенны для организма. Объем функции звукового анализатора характеризуется: 1) минимальными интенсивностиями чистых тонов, отличаемых от постоянно существующего фона собственных шумов организма (абсолютные пороги слышимости); 2) максимальными интенсивностями чистых тонов, воспринимаемых человеком как звуки, но вызывающих неприятные ощущения, а при дальнейшем усилении меняющих модальность ощущения (порог дискомфорта); 3) минимальными пределами изменения частоты, длительности, интенсивности чистых тонов, которые могут быть различимы на разных уровнях интенсивности (дифференциальные пороги); 4) минимальными интенсивностями чистых тонов, которые могут быть различимы в условиях действия шума разных уровней надпороговых интенсивностей (эффект маскировки); 5) изменениями скорости нарастания громкости для чистых тонов различных надпороговых интенсивностей. Исследование объема функции звукового анализатора может проводиться при использовании чистых тонов. Количественная оценка восприятия и различения звуков речи дает возможность прямого исследования объема функции звукового анализатора в целом.

Аудиометрия – определение абсолютных порогов слышимости. Оно может производиться по чистым тонам (как в данном задании) и по звукам речи. Аудиометрия по чистым тонам характеризует лишь одну из сторон функции звукового анализатора – его абсолютную чувствительность.

Сила звука и его децибел. Абсолютная чувствительность слуха определяется минимальной силой звука, способной вызвать ощущение или какую–либо ответную реакцию организма.

Как измерить силу звука?

При колебании мембраны репродуктора происходит попеременное сжатие и разрежение воздуха в непосредственной близости от нее. Образовавшееся при сжатии давление в непосредственно прилегающем к мембране слое воздуха затем передается все более удаленным слоям – происходит распространение звуковой волны, которая представляет собой волну сжатия. Действуя на барабанную перепонку уха, звуковая волна вызывает слуховое ощущение. Силу звукового воздействия оценивают по изменению звукового давления либо в слуховом проходе (у барабанной перепонки), либо в свободном поле (в точке безэхового пространства, где будет находиться голова слушателя). И в том, и в другом случае сила звука измеряется в единицах давления – динах на квадратный сантиметр или барах (1 бар = 1 дина/см² ≈ 1·10^–6 нормального атмосферного давления). Иногда силу звуковой волны удобнее определять в единицах интенсивности или плотности энергии – ваттах на квадратный сантиметр.

При различных акустических, в том числе и аудиометрических, измерениях обычно используется не линейная шкала абсолютных величин, а логарифмическая шкала относительных величин – шкала децибел. Это обусловлено тем, что согласно закону Фехнера воспринимаемая сила звука – громкость – пропорциональна логарифму отношения интенсивности данного звука к интенсивности, взятой за уровень отсчета.

Диапазон воспринимаемых человеческим ухом звуков от самого громкого до едва слышного охватывает величины, отличающиеся друг от друга на 1014. Весь этот диапазон был разбит на 14 белов (14 Б). Бел – десятичный логарифм отношения интенсивности звука I ₁ к интенсивности I ₀, принятой за уровень отсчета: lg.

Бел оказался слишком крупной единицей. На практике более удобно пользоваться децибелом (дБ), равным 1/10 бела. Отношение интенсивностей звука, выраженное в децибелах, имеет вид

 

 

Шкала децибел была предложена акустиками как шкала интенсивности или плотности потока энергии. За уровень отсчета принято 10~16 Вт/см². Следовательно, если интенсивность I ₁ больше уровня отсчета I ₀ в 100 раз, то I ₁ больше I ₀ на +20 дБ:

 

 

Для определения интенсивности звука I ₁ в абсолютных единицах по его выражению в децибелах необходимо знать значение I ₀ также в абсолютных единицах. Однако шкала децибел применима и для сравнения звуков по уровню звукового давления, поскольку плотность потока энергии звуковой волны I в упругой среде – воздухе пропорциональна квадрату давления Р. Запись (в дБ) для этого случая имеет вид:

 

 

где Р ₁и Р ₀ – сравниваемые величины звукового давления. Наиболее часто за уровень отсчета принимается давление, равное среднему порогу слышимости человека, – 0,0002 бара, реже – равное 1 бару. Отсюда, если давление, развиваемое одним звуком Р ₁ в 10 раз больше другого Р ₀, то, выражая эту разницу в децибелах, можно сказать, что Р ₁ сильнее Р ₀на +20 дБ:

 

 

Следовательно, стократное увеличение интенсивности (плотности потока энергии) звука соответствует десятикратному увеличению давления, поскольку и в том, и в другом случае прирост равен +20 дБ.

Пользование децибельной шкалой имеет и другое преимущество: прирост звукового давления на 1 дБ (при частоте 1000 Гц) приближенно является средним минимальным приростом, который еще воспринимается ухом.

Пороги слышимости. Определение порога слышимости состоит в измерении того минимального давления или мощности звука, который впервые вызывает ощущение.

Аудиометрия по чистым тонам осуществляется при помощи генератора чистых тонов с магазином затухания и градуированных телефонов. При аудиометрических исследованиях звук подводится к уху при помощи телефона. Он должен быть отградуирован, т.е. должно быть измерено отношение между подаваемым на телефон электрическим напряжением и развиваемым им давлением звука на разных частотах. Градуировка телефонов обычно производится в специальных камерах, называемых «искусственным ухом».

Зная характеристику отградуированного телефона и измеряя на выходе системы генератор–магазин затухания минимальное электрическое напряжение, при котором человек впервые слышит звук данной частоты, можно рассчитать звуковое давление на пороге слышимости. Одним из условий постоянства измерений является сохранение одной и той же степени прижатия телефона к уху.

Аудиометрические исследования обнаружили различие слуховой чувствительности к звукам разных частот. Она оказалась максимальной для звуков речевого диапазона 800–2500 Гц. Порог на этих частотах примерно равен 0,0002 бара. При приближении к краям диапазона воспринимаемых человеческим ухом частот (от 20 до 20 000 Гц) чувствительность заметно уменьшается. Например, порог на тон 60 Гц в 5000 раз выше порога для тона 2000 Гц при определении порогов по звуковому давлению и в 25 млн раз выше при определении порогов по мощности звуковой волны.

Результаты измерения порогов слышимости графически изображаются в декартовой системе координат в виде кривой (ось абсцисс– ось частот, ось ординат – ось звуковых давлений). На рис. 1 представлены результаты измерения слухового диапазона человека, ограниченного снизу кривой порога слышимости, а сверху– кривой порога осязательного или болевого ощущения, вызываемого чрезмерно сильным звуком. Определение порога слышимости проводилось разными исследователями в различных условиях: монаурально или бинаурально, при подаче звука через наушники и измерении звукового давления на барабанную перепонку испытуемого (минимальное слуховое давление) или при подаче звука через репродуктор и измерении звукового давления в центре участка звукового поля, где находилась голова испытуемого (минимальное слуховое поле). Этими различиями и объясняется частично разница в значении порогов слышимости, показанных на рис. 1 (кривые 1–5). Величины порогов слышимости приняты за стандартные величины, от которых отсчитывается в децибелах потеря слуха у больных. Графическое изображение потерь слуха (ось ординат) на разных частотах (ось абсцисс) получило название аудиограммы.

 

Рис. 1. Кривые порога слышимости и порога неслухового ощущения.

По оси абсцисс – частота звука, по оси ординат – звуковое давление, взятое в отношении 0,0002 бара. Кривые 1–5 – определения порога слышимости разными исследователями. Измерения по минимальному слуховому давлению на барабанную перепонку: 1 – Сивиан и Уайт, 3 – Бекеши, 4 – Вэтцман и 5 – Кейбс. Определение по минимальному слуховому полю, измеренному в том участке, где находится голова испытуемого: 2 – Сивиан и Уайт; 6 – Американская Ассоциация Стандартов. Кривые 7–11 – определения верхней границы слухового диапазона, где слуховое ощущение меняет модальность: 7 и 8 – Центральный институт по изучению дефектов слуха, «щекотание»; 9 – Вигель, «осязательное ощущение звука»; 10 – Бекеши, «щекотание»; 11 – Бекеши, «касание»; 12 – Бекеши, «покалывание в среднем ухе».