Министерство здравоохранения Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тверская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения Российской Федерации»
КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ИНФОРМАТИКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ УХА НА ПОРОГЕ СЛЫШИМОСТИ
Методические указания для лабораторной работы № 3
Тверь 2005
Методические указания составлены кафедрой физики ТГМА и предназначены в помощь студентам лечебного, стоматологического, педиатрического и фармацевтического факультетов при подготовке и выполнении лабораторной работы.
Методические указания составили :
доцент Бахтилов В.И.
доцент Шабанова О.М.
Лабораторная работа N3
"ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ УХА НА ПОРОГЕ СЛЫШИМОСТИ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1. Теоретическое изучение физических основ биологической акустики.
2. Изучение устройства и принципа работы аудиометра, аудиотестера.
З. Определение порога слышимости и потери слуха на различных частотах звука.
ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: аудиометр поликлинический, аудиотестер.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Колебания частиц в упругих средах, распространяющиеся в виде продольных волн с частотой от 16 Гц до 20000 Гц, воспринимаемые человеческим ухом, называются звуком. Продольные механические волны с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуком, а выше 20000 Гц - ультразвуком. Они не создают звукового ощущения.
Звук характеризуется следующими физическими характеристиками: амплитудой, частотой, интенсивностью (силой) звука и звуковым давлением.
Интенсивность звука (плотность потока энергии звуковой волны) это энергия звуковой волны, проходящая через единицу площади поверхности за единицу времени. Единицы измерения интенсивности звука: 1 Дж/м2•сек =1Вт/м2 (СИ), внесистемная единица-1 мкВт/см2.
Звуковое давление - это эффективное значение избыточного давления (над атмосферным), которое образуется в участках сгущения частиц в звуковой волне. Звуковое давление связано с
интенсивностью звука соотношением:
I=,
где I – интенсивность звука, ∆Р - звуковое давление,
ρ - плотность среды, с - скорость звука, ω= ρс -удельное акустическое сопротивление среды.
Физические характеристики звука связаны с субъективными характеристиками, воспринимаемыми человеческий ухом, такими как высота, громкость, тембр.
Порогом слышимости называют наименьшую интенсивность звука, вызывающую звуковое ощущение. Порог слышимости зависит от частоты звука и от физиологической особенности конкретного человека.
В человеческом организме нет органа, способного оценивать непосредственно интенсивность звука I, однако изменение уровня слухового раздражения связано с изменением интенсивности. Эта связь была экспериментально установлена Вебером и может быть записана в виде формулы
dL=k,
где: dL - наименьшее ощутимое изменение громкости звука – величины, характеризующей уровень слухового раздражения;
dl - соответствующее изменение интенсивности звука.
Как видно из закона Вебера, наименьшее ощутимое изменение громкости dL зависит от интенсивности I, .что связано с адаптацией уха.
Способность уха к адаптации позволяет человеку различать и сравнивать звуки в огромном диапазоне интенсивности: от
10-12Вт/м2 до величины в 10000 миллиардов раз большей.
Переписав закон Вебера в виде: и решив это дифференциальное уравнение при условииL=0 при I=I0, где I0 - порог слышимости, получаем закон Вебера – Фехнера:
L=k•ln-
уровень громкости пропорционален логарифму отношения интенсивности звука к порогу слышимости. Принимается, что звук с пороговой слышимостью I0, имеет нулевую громкость (нет слухового раздражения).
Коэффициент пропорциональности k зависит от выбора единиц измерения громкости. Обычно полагают k=lg e, тогда, т.к.
lg e ln,
закон Вебера-Фехнера принимает вид: L= lg.
В этой шкале единица громкости называется "беллом* (Б): для изменения громкости на 1Б необходимо увеличить интенсивность звука в 10 раз.
Используются также часто децибеллы: 1дБ=0,1Б.
До сих пор речь шла о субъективном восприятии громкости. Значение /0 для разных людей, вообще говоря, различно. Кроме того, субъективное восприятие громкости различно для разных частот звука.
В технике и медицине используются единицы громкости звука, приведенные к частоте 1000 Гц и усредненному значению порога слышимости I0 = 10-12Вт/м2. В этом случае величина громкости не носит субъективного характера и может быть измерена прибором. Именно эти единицы используются в аудиометрии. Например, уровень громкости 120 дБ=12 Б (предельно допустимый для человека) соответствует интенсивности звука, которая в 1012 раз превышает порог слышимости.
Звук громкостью 130 дБ=13 Б вызывает нарушение в органах слуха и причиняет боль.
Порогу слышимости, соответствующему интенсивности звука приблизительно 10-12 Bт/м2, соответствует уровень громкости звука 0 дБ. Самый громкий из терпимых (но безболезненных) звуков имеет уровень интенсивности 120-130дБ (интенсивность 1-10 Вт/м2); в некоторой степени этот уровень зависит от частоты звука. В таблице 1 приведены примеры интенсивностей различных звуков, которые окружают нас в повседневной жизни.
Таблица 1.
|
Уровень интенсивности звука, дБ |
Интенсивность В/м2 |
Порог слышимости |
0 |
10-12 |
Шелест листьев, сердечные шумы через стетоскоп |
10 |
10-11 |
Тихий шепот (на расстоянии 1 м) |
20 |
10-10 |
Тихая музыка |
30 |
10-9 |
Жилое помещение средних размеров. Разговор обычный. |
40 |
10-8 |
Среднее учреждение |
50 |
10-7 |
Громкий разговор |
60 |
10-6 |
Завод средней величины |
70 |
10-5 |
Интенсивное уличное движение |
80 |
10-4 |
Тяжелый грузовик |
90 |
10-3 |
Поезд метро |
100 |
10-2 |
Ковка стальной пластины (1м), шум авиамотора |
110 |
10-1 |
Рок-группа |
120 |
1 |
Пневматическая дрель (2м), болезненные ощущения |
130 |
10 |
Многотурбинный реактивный самолет при взлете (30м). Физические повреждения |
140 |
100 |
Исследование слуха в клинике производится с помощью различных приборов – аудиометров и аудитестеров. Определяют точки кривой зависимости порога слышимости от частоты. Также строится график зависимости потери слуха от частоты колебаний, называемый аудиограммой.
Потеря слуха – величина, равная разности между порогом слышимости пациента и порогом слышимости нормальным, т.е. отклонение порога слышимости пациента от нормы.