0

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.