ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУХА ЧЕЛОВЕКА

Звук — это колебательные движения упругой среды: газовой (воздух), жидкой (воды), твердой (дерево, металл и др.) В зависимости о частоты разли­чают инфразвуки, собственно звуки и ультразвуки. Границы звука определены по пределам слышимости человека и в достаточной мере условны от 16 до 20 000 Гц. Ультразвуковой диапазон акустических колебаний, нижняя граница ко­торого (15 ООО — 20 ООО Гц) определена условно как предельное значение слу­хового восприятия человека. Источником звука может быть колеблющееся те­ло, частота колебаний которого лежит в диапазоне звуковых частот (камертон, звонок, струна и т.п.).

Энергетической характеристикой звука является интенсивность. Звуки делятся на тоны, шумы и звуковые удары. Различают простые и сложные тоны. Тон - это синусоидально распространяющийся звук (происходящий по гармо­ническому закону). Синусоидально распространяющуюся волну с одной часто­той колебаний называют чистым или простым тоном. Основной его характе­ристикой является частота, которая измеряется в герцах (Гц) - числом колеба­ний в 1 с. Если тон представляет собой негармоническое колебание, то он назы­вается сложным. Простой тон дает камертон, сложный — музыкальные инстру­менты или голосовой аппарат. Сложный тон может быть разложен на простые, при этом тон наименьшей частоты называется основным, а остальные - оберто­нами. Набор частот с указанием их интенсивности называется акустическим спектром сложного тона. Спектр сложного тона — линейчатый (рис. 1).

Рис. 1. Спектр сложного тона Рис. 2. Спектр шума

 

Звуковой удар - это кратковременное звуковое воздействие: хлопок, взрыв и т.п. В норме человек воспринимает довольно широкий диапазон интен­сивностей звука: от порога слышимости до порога болевого ощущения. Интен­сивностью звука называют количество энергии, проходящей через единицу площади поверхности, перпендикулярно к направлению распространения звуковой волны. Абсолютный порог слышимости стандартизован: при частоте звука 1000 Гц интенсивность (1о) составляет 10^-12 Вт/м², а порог болевого ощущения (Іщах) равен 10 Вт/м². Для измерения интенсивности звука применя­ют логарифмическую шкалу - шкалу уровня интенсивности.­

где L - уровень интенсивности звука, I и % соответственно: регистрируемая и принимаемая за начальный уровень шкалы (пороговая) интенсивность звука. Уровень интенсивности выражают в белах (Б) или децибелах (дБ). За 1 Б при­нимают уровень интенсивности звука, интенсивность которого в 10 раз больше І0 (пороговой величины).

Субъективной характеристикой звука является громкость Е, которая ха­рактеризует уровень слухового ощущения. В основе ощущения громкости ле­жит закон Вебера-Фехнера, согласно которому при увеличении раздражения (в данном случае звукового) в геометрической прогрессии ощущение этого раз­дражения возрастает в арифметической прогрессии. Из этого закона следует, что громкость звука пропорциональна логарифму отношения интенсивности звуков:

,

где I - регистрируемая интенсивность звука, 1о - интенсивность звука на пороге слышимости, К - коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности. Громкость выражают в фонах (фон). Принято, что на частоте 1 кГц шкалы громкости (Е) и уровня интенсивности совпадают (I). В этом слу­чае К=1, а 1 фон=1 дБ. Для нахождения соответствия между громкостью и ин­тенсивностью звука на разных частотах пользуются кривыми равной громкости (рис. 3).

Их строят на основании средних данных, полученных у людей с нормальным слухом. Нижняя кривая соответствует интенсивности самых слабых слышимых звуков, т.е. порогу слышимости. Для всех частот этой кривой Е=0 дБ. Для час­тоты 1 кГц интенсивности звука 1о=10^-12 Вт/ . Верхняя кривая соответствует порогу болевого ощущения (Imax).

Метод измерения остроты слуха называется аудиометрией. На приборе (аудиометре) определяют порог слухового ощущения на разных частотах. По­лученная кривая называется спектральной характеристикой слуха на пороге слышимости или аудиограммой.

 

 

Рис. 3. Кривые равной громкости.

 

Рис. 4. Структурная схема аудиометра

Аудиометр представляет собой звуковой генератор чистых тонов различ­ной частоты и

интенсивности. Его схема приведена на рисунке 4.

От электросети через блок питания 1 подается напряжение на генератор элек­трических сигналов 2. Переключатель частот 4 позволяет получить гармониче­ские колебания фиксированной (определенной) частоты в диапазоне от 125 до 8000 Гц. Уровень интенсивности (L) изменяется дискретно переключателем 3 с интервалом 5 дБ на каждой частоте в диапазоне от 0 до 80 дБ. В телефонах воздушной проводимости 6 происходит преобразование электрических колеба­ний в звуковые. Переключатель телефонов 5 позволяет подавать сигнал раз­дельно на каждый телефон.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Приборы и принадлежности: аудиометр, телефоны воздушной проводимости.

Цель работы: изучение некоторых характеристик звуковых колебаний мето­дом аудиометрии.

Порядок выполнения работы

1. На горизонтальной панели прибора (рис.5) установить бланк аудиограммы, для чего необходимо:

- переключатель уровня интенсивности (11) вывести в положение максималь­ной интенсивности (крайнее положение);

- правой рукой нажать и удерживать кнопку прижима бланка (13);

- левой рукой установить бланк аудиограммы, совместив два крайних отвер­стия пластмассовой планки переключателя уровня интенсивности тона (11) с крайними точками заштрихованной области бланка;

- отпустить кнопку прижима, удерживаемую правой рукой.

Рис. 5. Внешний вид прибора

1- лампа ответов пациента; 2 — переключатель рода работ; 3 — переключатель телефонов воздушной проводимости; 4 - переключатель интенсивности маски­рующего шума; 5 - индикаторная лампа; 6 - клавиша включения сети; 7 - кнопка прерывания-подачи тона; 8 — переключатель прерывания—подачи тона; 9 - прижим для фиксации бланка аудиограммы; 10 - переключатель частот; 11— переключатель интенсивности тона; 12 — переключатель ПЕРЕГОВОРЫ; 13 — кнопка прижима.

1. Переключатель частот (10) установить так, чтобы вертикальная сторона планки находилась у линии соответствующей частоте 1000 Гц. Планку переключателя интенсивности тона (11) установить в положение, при котором отверстие в планке против установленной частоты находилось бы на уровне отметки минус 10 по шкале ПОНИЖЕНИЕ СЛУХА, дБ.

2. Включить клавишу «Сеть» (6). При этом должна загореться индикаторная лампа (5). После 10-минутного прогрева прибора можно приступать к изме­рениям.

3. Обследуемого следует посадить так, чтобы он не видел прибора (аудиометра) и дать ему в руку кнопку ответа, разъяснив, что ее необходимо нажимать и удерживать в нажатом состоянии лишь тогда, когда он слышит тон в телефо­не.

4. На обследуемого надевают телефоны воздушной проводимости, так чтобы оголовье, соединяющее два телефона располагалось со стороны затылка, а лента-застежка на теменной части головы.

5. В зависимости от того, с какого уха начинают исследования, переключатель телефонов воздушной проводимости (3) ставят в положение, при котором цвет надписи «Тон» соответствовал цвету чашки телефона со стороны иссле­дуемого уха. Передвинув ручку переключателя интенсивности тона (И) по­дать через телефон в исследуемое ухо отчетливо слышимый обследуемым тон (≈50 дБ). И получив от обследуемого сигнал о слышимости тона (засве­тится лампа, 1), постепенно уменьшать интенсивность тона передвижением ручки переключателя ступенями (шагами) по 5 дБ до тех пор пока обследуемый не перестанет слышать тон (L₁). Зафиксировать в таблице значение уровня интенсивности (L₁), при котором обследуемый перерастет слышать тон на данной частоте. Измерения повторить три раза .

6. Не меняя частоты установить переключатель интенсивности (11) в положе­ние минус 10 и, увеличивая интенсивность звука, зафиксировать его значе­ние, при котором обследуемый услышит звук (L₂). Измерения повторить 3 раза и занести в таблицу.

7. Установить переключатель интенсивности тона (11) в положение минус 10. Сдвинуть переключатель частот в положение, соответствующее следующей частоте (2000 Гц) и повторить процедуру определения порога слышимости на этой частоте в соответствии с п.6—7. Подобным образом проводится исследо­вание слуха на остальных частотах. Порядок последовательности частот при­веден в таблице.

8. Вычислить среднее значение порогового уровня интенсивности звука дня каждой частоты ( дБ) и занести в таблицу.

9. Все полученные точки (средние значения порогового уровня - ) соответст­вующие порогам слышимости на разных частотах для одного уха, соединяют на бланке одной линией, которая представляет собой аудиограмму.

10. Перевести переключатель телефонов (3) в положение, при котором тон будет подаваться в другое ухо и повторить действия п. 6-10. Построить аудиограм­му для другого уха.

Таблица

f, Гц	Уровень интенсивности звука, дБ
Левое ухо
Правое ухо

 

Контрольные вопросы

1. Какую природу и какие физические характеристики имеет звук?

2. Что такое абсолютный порог слышимости?

3. Какая существует зависимость между уровнем ощущения звука и его физи­ческими характеристиками?

4. На каком принципе основан метод аудиометрии?

5. Как можно объяснить различие аудиограмм для правого и левого уха?

Рекомендуемая литература

I Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., Потапенко А.Я., Деев А.И. Биофизика: Учебник, М.: Медицина, 1983.- 272 с.

II Аккерман Ю. Биофизика. М.: Мир, 1964.- 684 с.

III Блохина М.Е., Эссаулова И.А., Мансурова Г.В. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике: Учебное пособие.- М.: Дрофа, 2001.- 288 с.