Характеристики слухового відчуття

Тема: Вступ. Акустика. Біофізика слуху. Звукові методи діагностики. Ультразвук. Застосування в медицині.

План

1. Фізичні характеристики звуку.

2. Характеристики слухового відчуття.

3. Фізичні основи слуху.

4. Звукові методи діагностики.

5. Утворення голосу людини.

6. Ультразвук. Використання ультразвуку в медицині.

7. Інфразвук, вібрації.

Звук — коливання частинок пружного середовища, які поширюються у вигляді хвиль і сприймаються органами слуху людини (частота від 16 до 20000 Гц).

Звуки поділяють на музичні тони, шуми та звукові удари. Музичний звук — це складне коливання, яке можна розкласти на прості гармонійні коливання, частоти яких у ціле число разів більші за частоту основного тону. Тоном називається коливання зі сталою частотою, або з частотою, яка закономірно змінюється в часі.

Швидкість поширення звукових хвиль залежить від властивостей середовища. У повітрі швидкість звуку за нормальних умов становить 332м/с. Під час зростання температури повітря швидкість звуку збільшується приблизно на 0,6 м/с на кожен градус. У тканинах людського організму швидкість поширення звуку становить приблизно 1500 м/с.

Фізичні характеристики звуку:

Як фізичне явище, звук характеризується частотою, інтенсивністю, звуковим тиском й акустичним спектром. Енергія, яка переноситься звуковою хвилею за одиницю часу через одиничну площу, перпендикулярну до напряму поширення хвиль, називають інтенсивністю звуку:

;

Звуковий тиск — ефективне значення тиску надлишкового над атмосферним, який утворюється в місцях згущення частинок середовища у процесі поширення хвилі.

Інтенсивність звуку пов'язана зі звуковим тиском співвідношенням:

де ρ— густина середовищ а, υ — швидкість поширення хвилі. Добуток ρ·ν називається звуковим опором (імпедансом).

Акустичний спектр — результат розкладання складного тону на прості гармонічні коливання з визначеними частотами та інтенсивностями. Спектр музичного звуку — лінійчастий, а шуму — суцільний. Коливання з найменшою частотою (ν_o) у спектрі називають основним тоном, а усі інші — обертонами з частотами 2ν_o, 3ν_o і т.д.

Характеристики слухового відчуття

Тони, які сприймає вухо людини, відрізняються за висотою, тембром та гучністю. Це суб'єктивні характеристики звуку.

Гучність звуку залежить від інтенсивності та частоти. Тони з різною частотою викликають якісно різні звукові відчуття. Якість звуку, яка визначається частотою його коливань, називається висотою тону; чим більша частота, тим вищий тон. Висота тону залежить від ступеня напруги голосових зв'язок, їх форми, довжини коливної частини.

Тембр звуку визначається його частотним складом, тобто залежить від кількості обертонів та їх інтенсивності. Тембр — це забарвлення звуку, яке створюється в порожнинах гортані, носа, грудей та в дихальному горлі. Кожна з цих порожнин діє як резонатор, підсилюючи характерні для певної людини частоти, створюючи індивідуальний тембр.

Чутливість вуха характеризує його здатність до адаптації і залежить від частоти та інтенсивності звуку. Чутливість вуха людини максимальна в інтервалі частот 1000 — 3000 Гц і характеризу­ється порогом чутності.

Поріг чутності — мінімальна інтенсивність звуку при певній частоті, яка сприймається вухом людини. Для отологічно нормального слуху поріг чутності І_о=10^-12 Вт/м², якщо частота — 1 кГц, а відповідний звуковий тиск Р_о=2·10^-5 Па.

Інтенсивність звуку (звуковий тиск), за якої виникає у вусі людини відчуття болю, називають порогом больового відчуття.

І_б=10Вт/м:, Р_б=63Па.

Тоді відношення порогу больового відчуття до порогу чутності при частоті 1 кГц буде:

Це співвідношення визначає область чутності, яка має дуже широкі межі. Тому для зручності використовують логарифмічну шкалу звукових вимірювань. За нульовий рівень гучності прийнято рівень, що відповідає порогу чутності. Інтенсивність кожного наступного рівня більша від попереднього у 10 разів.

Рівнем інтенсивності називають логарифм відношення модуля інтенсивності до порогу чутності:

, рівень звукового тиску буде: .

Рівень інтенсивності виражають у белах. 1 Бел (Б) — одиниця рівня інтенсивності, яка відповідає зміні інтенсивності у 10 разів. На практиці використовують у 10 разів меншу одиницю, яка називається децибелом (1дБ= 0,1 Б).

Тоді: (Б), (дБ).

Для фізіологічної оцінки гучності звуку вводять шкалу рівнів гучності. Рівень гучності — це відчуття тону 1 кГц рівнозвучного з даним. Якщо частота стала, то рівень гучності зв'язаний з рівнем інтенсивності психофізичним законом Вебера-Фехнера: Рівень гучності звуку прямопропорційний логарифму відношення модуля інтенсивності даного звуку до інтенсивності цього звуку на порозі чутності. Якщо сила дії подразника зростає у геометричній прогресії, то відчуття звуку — в арифметичній:

.

Коефіцієнт k залежить від частоти та інтенсивності. Якщо частота звукової хвилі ν= 1 кГц, то k =1. Тоді шкала рівнів гучності буде містити стільки ж децибел, скільки їх є у шкалі рівнів інтенсивності та рівнів звукового тиску. Децибели шкали рівнів гучності при ν= 1 кГц називають фонами.

Для вимірювання рівня гучності звуку його порівнюють з еталонним звуком при частоті 1 кГц. Криві рівної гучності (ізофони) — це лінії, що відображають залежність рівнів інтенсивності від частоти звуків, які сприймаються вухом людини як рівногучні зі звуком при частоті 1 кГц.

Гучність у кожному випадку визначається так: за допомогою звукового генератора одержують звук з частотою 1000 Гц, змінюють його інтенсивність доти, доки не виникне слухове відчуття, аналогічне до відчуття, викликаного досліджуваним звуком. Відрахована на приладі гучність у фонах (для частоти 1000 Гц) — це гучність досліджуваного звуку. Внаслідок втрати слуху крива порогу чутності буде розміщена вище, ніж для отологі чно нормального слуху. Це пояснюється тим, що поріг чутності хворого відповідає більшому слуховому тиску (інтенсивності) звуку. Чим гірший слух, тим вищий поріг чутності. Різниця рівнів чутності в децибелах при патології та нормі називається втратою слуху.

Метод дослідження гостроти слуху пацієнта називається пороговою тональною аудіометрією. Для оцінювання втрати слуху будують аудіограму. Аудіограма — це графік, що відображає поріг чутності при різних частотах. Для зняття аудіограми використовують аудіометр.