АКУСТИКА. ПРИРОДА ЗВУКА. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА.СЛУХОВОЙ АППАРАТ ЧЕЛОВЕКА

Курс физики для студентов 1 курса медицинского факультета ОшГУ
Кафедра естественнонаучных дисциплин

Цель:
Изучить физический процесс - звук, его природу, его параметры и особенности его восприятия.

Актуальность:
Для того, чтобы в дальнейшем понять функцию органа слуха человека, принципы аудиометрии, необходимо прежде всего знать природу звука. В повседневной жизни широко используется звуковоспроизводящая аппаратура различного типа. Звуковые явления чрезвычайно важны для медицины, особенно для оценки слуховых ощущений.
Поэтому знания по акустике являются важными в подготовке врача.

Звук. классификация звуков.
Объективные характеристики звукауровень интенсивности звука.
Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука
Физические основы звуковых методов исследования в клинике
Понятие о звукопроводящей и звуковоспринимающей системах уха человека

Занятия № 3


Тема: Снятие спектральной характеристики уха на пороге слышимости


Цель занятия: Изучение основных физических характеристик звуковых колебаний и ознакомление с основами аудиометрии; получить аудиограммы, определить порог слышимости уха.


Студент должен знать: Физические характеристики звука: частота, интенсивность, спектральный состав звука. Закон Вебера-Фехнера. Понятие о звукопроводящей и звуковоспринимающей системах слухового аппарата человека. Аудиометрия. Фонокардиография. Реверберация. Акустический импеданс
Студент должен уметь: Определять спектральной характеристики чувствительности уха на пороге слышимости (построить аудиограмму).

Акустика – это раздел физики, в котором изучают звук и связанные с ним явления.

Виды звуковых волн

Продольная волна (в твердых, жидких и газообразных средах):

Звук или звуковая волна – механические колебания, распространяющиеся в упругой среде в виде продольных волн, воспринимаемые ухом человека, т.е. лежащие в диапазоне частот ν от 16 Гц до 20000 Гц.

.

Простой или чистый тон – звук, источник которого совершает гармонические колебания (например, камертон или генератор звуковой частоты). Простой тон имеет только одну частоту ν.

Сложный тон – звук, источник которого совершает периодические негармонические колебания (например, музыкальные звуки, гласные звуки аппарата речи).

Любой сложный тон может быть разложен на простые тона по теореме Фурье, поэтому сложный тон имеет набор кратных частот νi. Спектр сложного тона линейчатый

Шум – сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов (например, вибрации машин, скрип, шорох, согласные звуки речи) любых частот. Спектр шума сплошной










В графике шума периодичность отсутствует.
Спектр шума – это множество спектральных линий, сливающихся в сплошной фон. Спектр характеризуется огибающей.

Звуковой удар – это кратковременное звуковое воздействие (взрыв, хлопок).

Скорость (v). Звук распространяется в любой среде, кроме вакуума. Скорость его распространения зависит от упругости, плотности и температуры среды, но не зависит от частоты колебаний.

скорость звука
в воздухе 340 м/с,
в жидкостях и кровенаполненных тканях – около 1500 м/с,
твёрдых телах – 3000-5000 м/с.

2. Частота () - количество колебаний в единицу времени.
частота звука находится в пределах от 16 Гц до 20 кГц.

Звуковым или акустическим давлением называют добавочное давление (избыточное над средним давлением окружающей среды, например над атмосферным давлением), образующееся в участках сгущения частиц в акустической волне

где А – амплитуда волны
 - циклическая частота волны,
- плотность вещества,
υ – скорость распространения волны в веществе

Звуковая волна состоит из чередующихся областей сгущения и разряжения среды.

Давление в области сгущения больше, а в области
разряжения меньше среднего давления среды Р0.

4. Интенсивность звука. Распространение звуковой волны сопровождается переносом энергии. Интенсивность звука - это плотность потока энергии, переносимой звуковой волной.

численно равна средней по времени энергии Е, переносимой волной в единицу времени через единицу площади поверхности, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны

5. Акустический спектр – диаграмма, отражающая частоту тонов, входящих в состав звука, и соответствующие им интенсивности.

Высота звука - субъективная характеристика, определяемая частотой его основного тона: чем больше частота, тем выше звук.

Тембр звука - это качественная характеристика слухового ощущения, в основном обусловленная гармоническим спектром звука.

Громкость звука Е - это уровень слухового ощущения над его порогом. Она зависит, прежде всего, от интенсивности I звука.

Порог слышимости – это минимальная интенсивность I0, которую человек ещё слышит, но ниже которой звук ухом не воспринимается.

Человек лучше всего слышит на частоте 𝝂𝝂 =1000 Гц, значит, порог слышимости на этой частоте минимален (I0=Imin)
интенсивность на пороге слышимости на этой частоте равна
I0=10-12 Вт/м2.
На других частотах интенсивность на пороге слышимости выше.

Порог болевого ощущения или болевой порог – это максимальная интенсивность Imax, воспринимаемая без болевых ощущений.

При интенсивности звука больше порога болевых ощущений происходит повреждение органов слуха.
Порог болевых ощущений на частоте 𝝂𝝂 =1000 Гц самый низкий :
Imax=101 Вт/м2.
На остальных частотах болевой порог выше.

Таким образом, человек слышит звуки в диапазоне интенсивностей звука: I = 10-12 – 101 Вт/м2.

Таким образом, человек слышит звуки в диапазоне интенсивностей звука: I = 10-12 – 101 Вт/м2.

Поэтому вводят понятие уровня интенсивности звука L: ,



где L – уровень интенсивности звука любой частоты,
I - интенсивность данного звука,
I0 – интенсивность звука на пороге слышимости для частоты 1000 Гц (минимально возможная интенсивность).

Логарифм отношения двух интенсивностей в СИ измеряется в Белах (Б).

1 Бел – это уровень интенсивности L такого звука, интенсивность I которого в 10 раз больше пороговой интенсивности.

На практике пользуются единицей измерения уровня интенсивности в 1 децибел (дБ), так как это наименьшее изменение уровня интенсивности, которое может различить человеческое ухо, причём 10 дБ = 1 Б.

Уровень громкости Е данного звука (при определенной частоте колебаний) прямо пропорционален логарифму отношения его интенсивности I к значению I0, соответствующему порогу слышимости:

[фон]

Громкость (уровень громкости) в СИ измеряется в фонах (фон).

На частоте 1000 Гц громкость, выраженная в фонах, равна уровню интенсивности, выраженному в децибелах: E=L

Человек слышит звуки в диапазоне громкости (уровней громкости) Е звука от 0 до 130 фон.

уровень громкости Е зависит от амплитуды колебаний:
маленькая амплитуда – тихий звук, большая амплитуда – громкий звук

Вспомним ещё раз, в каком диапазоне слышит человек:

диапазон частот: ν= 16–20000 Гц;

диапазон интенсивностей: I=10-12 – 101 Вт/м2;

диапазон уровней интенсивности: L= 0 – 130 дБ;

диапазон уровней громкости: Е = 0 – 130 фон.

Звуковые волны вызывают колебания барабанной перепонки.

Чем выше звук, тем больше частота колебаний.

Через молоточек, наковальню и стремя колебания барабанной перепонки передается перепонке овального окна. Благодаря слуховым косточкам размах колебаний уменьшается, зато сила их увеличивается.

31

Аудиограммы: a – воздушное проведение норма;
в – воздушное проведение при заболевании