Всі лабораторні роботи / AUDI1_W

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА audi_w. doc

Определение порога слышимости аудиометрическим методом

Цель работы: исследовать спектральную чувствительность уха на пороге слышимости, ознакомиться с работой клинического аудиометра.

Контрольные вопросы для подготовки к лабораторной работе

1. Дифференциальное уравнение незатухающих гармонических колеба- ний. Смещение, скорость и ускорение при гармонических колебаниях. Изменение энергии при гармонических колебаниях.

2. Дифференциальное уравнение затухающих гармонических колебаний. Коэффициент затухания. Декремент затухания.

3. Вынужденные колебания. Явление механического резонанса. Автоколебания.

4. Сложное колебание и его гармонический спектр.

5. Волны в упругой среде. Уравнение волны. Поток энергии волны. Вектор Умова.

6. Объективные характеристики звуковой волны: интенсивность (сила) звука, частота, спектр.

7. Субъективные характеристики звука: громкость, высота тона, тембр.

8. Психофизический закон восприятия звука Вебера-Фехнера.

9. Ультразвук. Инфразвук.

10. Аудиометрия. Кривые равной громкости. Порог слышимости. Аудиограмма.

Литература для подготовки к лабораторной работе

1. А.Н. Ремизов, Медицинская и биологическая физика, 1987, гл.7, стр. 130-150, гл. 151-168.

2. А.Н. Ремизов, Курс физики, электроники, кибернетики для медицинских институтов, 1982, гл. 6, стр. 55-82, гл. 7, стр. 82-91.

3. Н.М. Ливенцев, Курс физики, 1978, ч.1, гл. 4, стр. 67-81, гл.5, стр. 82-114.

4. Н.М. Ливенцев, Курс физики, 1974, гл. 3, стр. 73-100, гл. 4, стр. 100-121.

5. И.А. Эссаулова и др., Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике, 1987, стр. 86-89.

6. Б.Т. Агапов и др., Лабораторный практикум по физике, 1982, стр. 113-119.

Дополнительные теоретические сведения

Различают объективные и субъективные характеристики звука. Объективными характеристиками звука, как механической волны, являются интенсивность или сила звука, частота и частотный спектр. Объективные характеристики звука могут быть измерены соответствующими приборами независимо от человека. Учитывая, что звук является и объектом слухового восприятия, он оценивается человеком субъективно. Субъективными характеристиками звука являются: громкость звука, высота, тембр.

Интенсивность звука ( I ) является его энергетической характеристикой. Она определяется количеством энергии (W), которая переносится звуковой волной за единицу времени t через единицу площади поверхности S, размещенную перпендикулярно к направлению распространения волны:

I=W/(St) . (1)

В системе СИ сила звука, в соответствии с формулой (1), измеряется в [Вт/м²].

Нормальное человеческое ухо воспринимает достаточно широкий диапазон интенсивности звука: при частоте  = 1000 Гц от I_min=10^-12 Вт/м² (порог слышимости) до I_max=10 Вт/м² (порог болевого ощущения ), т.е. отношение интенсивностей звуков для этих порогов составляет величину 10¹³. В этой связи для сравнения интенсивности звука удобно ввести логарифмическую шкалу уровней интенсивности, т.е. сравнить не интенсивности звука, а их логарифмы. Уровень интенсивности звука I_о, которая соответствует порогу чувствительности, принимают за нулевой уровень шкалы. Уровень любой другой интенсивности звука I выражают через десятичный логарифм отношений I/I_o:

L = lg (I/I_о) (2)

Уровень интенсивности звука измеряют в Белах (Б) или децибелах (дБ) .

( Один Бел равен десяти децибелам 1 Б = 10 дБ ).

Переход от шкалы уровней интенсивности звука к абсолютным значениям интенсивности звука может быть осуществлен через значение нулевого уровня I_o. Так, например, если уровень интенсивности звука равен 4 Бел, т.е. L = lg (I/I_о) = 4 Бел или (I/I_о) = 10⁴, то значение интенсивности звука I равно: I = I_о10⁴ Вт/м². Подставляя значение I_o получим значение I,равное I = 10^-8 Вт/м².

Субъективная характеристика звука - громкость Е, которая соответствует объективной характеристике - интенсивности I, не поддается точному количественному измерению. Однако, на основании психо-физического закона Вебера-Фехнера можно дать количественную оценку громкости путем сравнения слуховой чувствительности от двух источников звука (или двух разнообразных слуховых раздражений). Согласно с законом Вебера-Фехнера, уровень громкости данного звука прямо пропорционален логарифму отношений его интенсивности I к значению интенсивности звука I_о , который отвечает порогу слышимости (при равных частотах звуковых колебаний), т.е.:

E = klg (I/I_o) , (3)

где k - коэффициент пропорциональности, который зависит от частоты  и интенсивности звука I .

Если бы коэффициент k был постоянной величиной, то из формулы (2) и (3) выходит, что логарифмическая шкала уровней интенсивности звука отвечает шкале громкости. В этом случае громкость звука, как и уровень интенсивности звука, выразился бы в Белах или децибелах. Однако, сильная зависимость k от частоты звука и интенсивности звука не позволяет измерение громкости звуку свести к простому использованию формулы (3).

Условно считают, что на частоте  = 1 кГц шкалы громкости и уровней интенсивности звука совпадают, т.е. k = 1 или

Е = L = lg I/I_о (4)

Единицей шкалы громкости также является Бел (Б) или децибел (дБ). Один Бел громкости есть изменение уровня громкости тона частотой 1000 Гц при изменении уровня интенсивности звука в 10 раз. Для отличия от шкалы уровня интенсивности децибел в шкале громкости называют также фоном. Таким образом, уровень интенсивности звука частотой 1 кГц в децибелах, который измерен с помощью прибора, числено равен громкости этого звука в фонах. Громкость звука на других частотах можно измерять, сравнивая слуховое ощущение исследуемого звука со слуховым ощущением звука частотой 1 кГц. Полученные в результате таких измерений графики зависимостей интенсивности звука (I ) от частоты ( ) при постоянном уровне громкости (E=const) называются кривыми уровней равной громкости (рис.1).

Рис.1 Кривые равной громкости для различных интенсивностей звука.

На рисунке 1 приведены четыре таких кривых соответствующих кривым равной громкости для нулевого уровня слышимости ( 0 фон), для 40, 80 фон и для болевого порога.

Особенное значение имеет кривая нулевого уровня громкости, т.е. зависимость порога слышимости от частоты звука. Эта кривая называется аудиограммой. Метод исследования остроты слуха называется аудиометрией ( аудио - звук, метрия -измерение). Острота слуха определяется минимальной интенсивностью звука (или порогом слышимости ), воспринимаемой ухом человека. Измерения остроты слуха показали, что у человека порог слышимости значительно отличается на различных частотах. Так пороговые значения интенсивности на частотах 1000 и 50 Гц отличаются между собой почти в миллион раз. Это свидетельствует о выраженной спектральной чувствительности уха на пороге слышимости. Снять аудиограмму - это значит определить порог слышимости для различных тонов из диапазона звуковых частот. Следовательно, аудиограмма представляет собой множество пороговых значений интенсивности звука на различных частотах. Методы клинической аудиометрии позволяют определить ослабление слуха у пациента и сравнить остроту его слуха с нормой. Различие между измеренным порогом и среднестатистическим порогом нормального слуха, выраженное в дБ, характеризует потерю или ослабление слуха.

Аудиометр включает в себя (см. рис. 2):

Рис.2

Аудиометрия проводится с помощью специальных аппаратов - аудиометров. По характеру сигнала, которым измеряется острота слуха, аудиометры подразделяются на тональные и речевые, лучшие образцы аудиометров объединяют функции этих двух типов аудиометров. При измерении тональным аудиометром острота слуха оценивается по порогу слышимости чистых тонов. При речевой аудиометрии острота слуха определяется либо порогом слышимости речевого сигнала, либо порогом разборчивости речевых звуков.

ИС- источник звуковых сигналов, это или генератор звуковых частот (ЗГ) для тональных аудиометров или микрофон (М) (или магнитофонная запись сигнала) для речевого аудиометра, некоторые аудиометры кроме этого содержат и генераторы шумов;

УС - усилитель звуковых сигналов;

П - прерыватель сигнала, с помощью которого определяют отсутствие у пациента слуховых галлюцинаций;

АТ - аттенюатор, устройство позволяющее регулировать необходимый уровень сигнала; этот блок может содержать измеритель уровня сигнала (ИУ) в дБ или в Вт/м²;

ИЗ - излучатель звука, он может быть нескольких типов: головные телефоны или наушники (Т ) для воздушной проводимости или специальный вибратор (В ) - для костной проводимости (костный телефон, аналогичный используемому в слуховых аппаратах).

В современных аудиометрах имеется полуавтоматическая запись аудиограммы, которая ведется непрерывно на бланке. В процессе исследования автоматически меняется частота и интенсивность сигнала, пациент замыкает кнопку для пороговых значений и печатающее устройство (или самописец) отмечает его на бланке аудиограммы.

Порядок выполнения лабораторной работы

Задание 1. Снять аудиограмму с помощью лабораторного макета аудиометра.

1. Ознакомиться с устройством лабораторного макета. Основу используемого в данной работе самодельного аудиометра составляет звуковой генератор с фиксированными частотами: 125, 250, 500, 1000, 2000,4000, 8000 Гц. Один из регуляторов интенсивности звука позволяет менять ее значение скачкообразно, с шагом 10 дБ, а другой - плавно в пределах от 0 до 10 дБ. К аудиометру подключаются телефоны и сетевой блок питания, который обеспечивает подачу напряжения 9-12 В.

2. Включить аудиометр в сеть и приложить один из наушников к уху.

3. Переключатель частот установить в положение 1000 Гц.

4. Ручку ступенчатой регулировки интенсивности установить в положение, при котором появляется слуховое ощущение.

5. Установить ручку плавной регулировки интенсивности звука в положение, при котором слуховое ощущения исчезает. Зафиксировать положение переключателей интенсивности звука, при котором еще слышен звук в телефоне. Данные по пороговой интенсивности звука занести в таблицу.

Таблица . Результаты измерений пороговой интенсивности

Частота	Уровень интенсивности звука [дБ]
Гц	десятки	единицы	сумма
250
500
1000
2000
4000
8000

6. По полученным данным построить аудиограмму.

7. Аналогичные исследования провести для другого уха.

Задание 2. Снять аудиограмму на клиническом аудиометре АП-02.

1. Ознакомиться с устройством поликлинического аудиометра АП-02. Аудиометр АП-02 конструктивно оформленный в виде переносного прибора (рис.3).

1 - переключатель рода работ - включатель телефонов воздушной проводимости “В” и костной проводимости “К”.

2 - переключатель “тон-шум” телефонов воздушной проводимости.

3 - переключатель интенсивности маскирующего шума.

4 - индикаторная лампочка “сеть”.

5 - клавиша включения аппарата в сеть.

6, 8 - переключатель и кнопка "прерывание - подача тона".

7 - кнопка прижима бланка аудиометра.

9 - прижим для фиксирования бланка аудиометра.

10 - переключатель частот.

11 - переключатель интенсивности тона.

12 - переключатель "переговоры ".

13 - лампочка ответов пациента.

Рис. 3. Аудиометр АП-02

Определение слухового ощущения с помощью АП-02 осуществляется подачей пациенту чистых тонов разной частоты и интенсивности. Регистрация результатов проводится на бланке аудиограммы путем нанесения точки на месте пересечения планок, связанных с переключателем частоты 10 и интенсивности звука 11.

2. Подготовить аудиометр АП-02 к работе, для чего необходимо:

а) проверить заземление;

б) установить бланк аудиограммы под прижим;

в) ручку переключателя работ 1 перевести в положение “В” ;

г) ручку переключателя интенсивности маскирующего шума 3 - в положение “НЕТ”;

д) ручку переключателя “прерывания-подачи тона” - в направлении стрелки;

е) включить аудиометр в сеть.

3. Снять аудиограмму, использовав телефоны воздушной проводимости, для чего необходимо:

а) одеть телефоны воздушной проводимости. Переключатель телефонов воздушной проводимости поставить в положение, при котором цвет надписи “ТОН” соответствует цвету наушника со стороны исследуемого уха. С помощью переключателя интенсивности тона подать через телефон четко слышимый пациентом тон;

б) уменьшить интенсивность тона передвижением ручки переключателя ступенями по 5 дБ до тех пор, пока пациент не перестанет слышать тон;

в) повторить 2-3 раза увеличение и уменьшение интенсивности тона, найти положение переключателя (минимальную интенсивность), при котором пациент еще слышит звук в телефоне;

г) на месте пересечения планок на бланке аудиограммы поставить точку. Эта точка будет соответствовать порогу слышимости на данной частоте;

д) подобным образом провести исследование слуха на других частотах;

е) точки, что отвечают порогам слышимости на разных частотах, соединить линией, в результате чего получим аудиограмму для исследуемого уха.

Оформить протокол лабораторной работы. В нем должно быть:

а) краткая теоретическая часть, содержащая описание объективных и субъективных характеристик звука и единиц их измерений, б) сведения об аудиометрии, в) таблицу экспериментальных измерений, г) результаты обработки данных и графики аудиограмм, д) выводы по результатам исследований.

Задание для самостоятельной работы и самоконтроля

1. Что такое звук? Каковы условия его распространения в среде ?

2. Укажите объективные и субъективные характеристики звука и соответствие между ними. Укажите единицы их измерений.

3. В чем заключается психо-физическая сущность закона Вебера-Фехнера ?

4. Что называется аудиометрией ? Что такое аудиограмма ?

5. Из каких основных частей состоит аудиометр ?

6. Что означает ослабление слуха у пациента в среднем на 50дБ ?

7. Два звука частотой = 1000 Гц отличаются по уровню громкости на 2 Бела. Во сколько раз отличаются их интенсивности?

8. Звук, частотой = 200 Гц проходит некоторое расстояние в среде, при этом интенсивность звука уменьшается от I = 10^-6 до 10^-10 Вт/м². На сколько при этом уменьшается уровень громкости ( k = 1.25 для  = 200 Гц) ?