Звук – колебания в частотном диапазоне слышимости человека, распространяющиеся в виде волн в упругих средах. Шум – беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков. Источником шума является любой процесс, вызывающий местное изменение давления или механические колебания в твердых, жидких и газообразных средах.
Звуковые ощущения воспринимаются органами слуха человека при воздействии на них звуковых волн частотой в диапазоне от 16 Гц до 20 тыс. Гц. Колебания с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуком, а выше 20 000 Гц – ультразвуком.
По происхождению шум может быть механическим, аэрогидродинамическим и электромагнитным.
Механический шум возникает в результате ударов в сочленяющихся частях машин, их вибрации, при механической обработке деталей, в зубчатых передачах в подшипниках качения и т.п. Мощность звукового излучения поверхности, совершающей колебания, зависит от интенсивности колебаний вибрирующих поверхностей, их размеров, форм, способов крепления и др.
Аэрогидродинамический шум появляется в результате пульсации давления в газах и жидкостях при их движении в трубопроводах и каналах (турбомашины, насосные агрегаты, вентиляционные системы и т.п.).
Электромагнитный шум является результатом растяжения и изгиба ферромагнитных материалов при воздействии на них переменных электромагнитных полей (электрические машины, трансформаторы, дроссели и т.п.).
Воздействие шума на человека проявляется от субъективного раздражения до объективных патологических изменений функции органов слуха, центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, внутренних органов.
Характер шумового воздействия обусловлен его физическими характеристиками (уровнем, спектральным составом и т.п.), длительностью воздействия и психофизиологическим состоянием человека.
Под воздействием шума снижается внимание, работоспособность. Шум нарушает сон и отдых людей.
Все разнообразие невротических и кардиологических расстройств, нарушения функции желудочно-кишечного тракта, слуха и т.д., которые возникают под воздействием шума, объединяются в симптомокомплекс "шумовой болезни" .
С физической точки зрения звук характеризуется частотой колебаний, звуковым давлением, интенсивностью или силой звука. В соответствии с Санитарными правилами и нормами 2.2.4/2.1.8.10-32-2002 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» основными характеристиками шума являются частота колебаний, звуковое давление и уровень звука.
Звуковое давление Р (Па) – переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний, Па.
При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени через поверхность, перпендикулярную направлению распространения волны, называется интенсивностью звука I (Вт/м 2):
,
где Р – звуковое давление, Па; ρ – плотность среды распространания звука, кг/м 3 ; С – скорость звука в воздухе, м/с.
Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты. Слуховой орган человека способен воспринимать звуковые колебания в определенном диапазоне интенсивностей, ограниченном верхним и нижним порогами, зависящими от звуковой частоты (рис.1).
Порог слышимости имеет минимальное значение примерно при частоте 1000 Гц. По интенсивности или силе звука I o он равен 10 -12 Вт/м 2 , а по звуковому давлению P o – 2x10 -5 Па. Порог болевого ощущения на частоте 1000 Гц по интенсивности I макс равен 10 Вт/м 2 , а по звуковому давлению - Р макс = 2х10 -5 Па. Поэтому за эталонный принят звук с частотой 1000 Гц.Между порогом слышимости и болевым порогом лежит область слышимости .
Ухо человека реагирует не на обсалютное, а на относительное изменение звука. По закону Вебера-Фехнера раздражающее действие шума на человека пропорционально десятичному логарифму квадрата звукового давления. Поэтому для характеристики шума пользуются логарифмическими уровнями:
уровнем интенсивности звука L I и уровнем звукового давления L P . Они измеряются в децибелах и определяются соответственно по формулам:
, дБ,
, дБ,
где I и I o - фактическая и пороговая интенсивности звука соответственно, Вт/м 2 ; Р и Р о - фактическое и пороговое звуковое давление соответственно, Па.
Единица измерениябел названа в честьАлександра Грейама Белла – учёного, изобретателя и бизнесмена шотландского происхождения, одного из основоположников телефонии (англ. Alexander Graham Bell ; 3 марта 1847(18470303), Эдинбург, Шотландия - 2 августа 1922, Баддек, провинция Новая Шотландия, Канада).
Рис 1. Область слухового восприятия человека
Один бел крайне малая величина, едва заметное на слух изменение громкости соответствует 1 дБ (соответствует изменению интенсивности звука на 26 % или звукового давления на 12 %).
Логарифмическая шкала в дБ (0…140) позволяет определить чисто физическую характеристику шума независимо от частоты. Вместе с тем, наибольшая чувствительность слухового аппарата человека имеет место при частотах 800…1000 Гц, а наименьшая при 20…100 Гц. Поэтому для приближения результатов субъективных измерений к субъективному восприятию введено понятие корректированного уровня звукового давления . Суть коррекции – введение поправок в измеренное значение уровня звукового давления в зависимости от частоты. Наиболее применяемая коррекция А. Корректированный уровень звукового давления L A = L Р – ΔL A называется уровнем звука .
Основными физическими параметрами, характеризующими шум в какой-либо точке пространства, с точки зрения охраны труда, является; звуковое давление P , интенсивность звукаI, частотаf , звуковая мощностьW, уровни звукового давленияL P , интенсивностиL I и мощностиL w .
Звуковое давление - это переменная составляющая давления воздуха, возникающая в результате колебания источника звука, накладывающаяся на атмосферное давление и вызывающая его флуктуацию (колебание). Таким образом, звуковое давление определяется как разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии источниказвука. Единица измерения – Па (н/м 2).
На слух действует квадрат звукового давления
где Т 0 – время осреднения, Т= 30-100 мс;
Р( t ) – мгновенное значение полного звукового давления.
При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Количество звуковой энергии, отнесенное к единице поверхности и проходящей в одну секунду в направлении распространения волн, называется интенсивностью звука.
Интенсивность J и звуковое давлениеР связаны между собой соотношением
,
(2)
где Р - среднеквадратичное значение звукового давления, Па;
- плотность среды, кг/м 3 .
с – скорость распространения звука, м/с.
Звуковое давление и интенсивность звука являются характеристиками звукового поля в определенной зоне пространства и не характеризуют непосредственно источник шума. Характеристикой непосредственно источника шума является его звуковая мощность (W ). Эта величина характеризует определенное количество энергии, затрачиваемой источником звука в единицу времени на возбуждение звуковой волны. Звуковая мощность источника определяет интенсивность генерируемых волн. Чем выше интенсивность данной волны, тем выше громкость звука. В обычных условиях источник звука излучает энергию независимо от окружающей среды, так же как электрический камин излучает теплоту. Единицей измерения мощности источника звука является Ватт (Вт). В реальных условиях мощность источника звука изменяется в очень широких пределах: от 10 -12 до многих миллионов ватт (табл.1). В таких же широких пределах изменяется звуковое давление и интенсивность.
Ухо человека не может определять звуковое давление в абсолютных единицах, но может сравнивать давление различных источников звука. Именно поэтому, а также, учитывая большой диапазон используемого звукового давления для его определения, пользуются относительной логарифмической шкалой, которая позволяет резко сократить диапазон значений измеряемых величин. Каждому делению такой шкалы соответствует изменение интенсивности звука, звукового давления или другой величины не на определенное число единиц, а в определенное число раз.
Применение логарифмической шкалы оказалось возможным и удобным благодаря физиологической особенности нашего слуха – одинаково реагировать на относительно равные изменения интенсивности звука. Например, возрастания интенсивности звука в десять раз (от 0,1 до 1, от 1 до 10 или от 10 до 100 Вт/м 2) оцениваются как примерно одинаковые приросты громкости. При увеличении любого числа в одном и том же отношении его логарифм также возрастает на одно и то же число единиц (ℓ q 10 = 1, ℓ q 100 = 2 ;ℓq 1000 = 3 и т.д.), что и отражает вышеуказанную особенность слуха.
Десятичный логарифм отношения двух интенсивностей звука называют уровнем одной из них по отношению к другой L . Единицей измерения уровня является Бел (Б ), ей соответствует отношение уравниваемых интенсивностей, равное 10. Если они отличаются в 100, 1000, 10000paз, то уровни имеют разницу соответственно в 2, 3, 4 Бел - слишком большая величина, поэтому в практических измерениях пользуются десятыми долями бела - децибелами (дБ). Можно измерять в децибелах не только отношения, но и сами величины интенсивностей или звуковых давлений. В соответствии с требованиями международной организации по стандартизации (ИСО) условились за нулевой уровень звука принять интенсивность, равнуюJ= 10 -12 Вт/м 2 . Это нулевой (пороговый) уровень звука. Тогда интенсивность любого звука или шума можно записать:
а) уровень интенсивности звука,
|
|
,где J
o
-
пороговое значение
интенсивности, равное 10 -12 Вт/м 2 
б) уровень звукового давления
Таблица 1
Звуковая мощность различных источников
Уровни интенсивности звука и звуковогодавления связаны следующим образом
,
(5)
где о ис о - плотность среды и скорость звука при нормальных атмосферных
условиях;
и с - плотность среды и скорость звука в воздухе при замерах.
Пороговые значения Jo подобраны так, что при нормальных атмосферных условиях ( = о и с = с о ) уровень звукового давленияL равен уровню интенсивностиL y (L = L у )
в) уровень звуковой мощности
,
(6)
где Р 0 - пороговое значение звуковой мощности, равное 10 -12 Вт.
Частотный спектр . Зависимость звукового давления или звуковой мощности как физических величин от времени можно представить в виде суммы конечного или бесконечного числа простых синусоидальных колебаний этих величин. Зависимость среднеквадратичных значений этих синусоидальных составляющих (или соответствующих им уровней в децибелах) от частоты называетсячастотным спектром или простоспектром .
Говоря о спектре, необходимо указывать ширину частотных полос, в которых производится определение спектра. Чаще всего применяются октавные и треть октавные полосы. Октавная полоса (октава) – такая полоса частот, в которой верхняя граничная частотаf гр.в в два раза больше нижнейf гр.н. В треть октавной полосе соотношение равно 1,26. Полоса частот определяется среднегеометрической частотой
.
(7)
Значения среднегеометрических и граничных частот октавных полос, принятых для гигиенической оценки шума, приведены в табл.2.
Таблица 2
Среднегеометрические и граничные частоты октавных полос
|
Среднегеомет- рическая частота, | |||||||||
|
Диапазон частот, |
В практике нормирования и оценки шума под спектром обычно понимают зависимость уровней звукового давления в октавных или треть октавных полосах частот от среднегеометрической частоты этих полос. Спектр представляется в виде таблиц или графиков.
Характер спектра, следовательно, и производственного шума, может быть низкочастотным, среднечастотным и высокочастотным:
– низкочастотный - спектрс максимумом звукового давления в области частот до 300 Гц;
– среднечастотный - спектр с максимумом звукового давления в области частот 300 – 800 Гц;
– высокочастотный – спектр cмаксимумом звукового давления в области частот свыше 800 Гц.
Шумы также подразделяются на:
– широкополосные, с непрерывным спектром шириной более одной октавы (шум подвижного состава, водопада);
– тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона (звон, свист, сирена и т.п.). Тональный характер шума устанавливается измерением в треть октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.
По временным характеристикам шумы разделяются на постоянные, уровень которых за восьмичасовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБ, и непостоянные уровни которых постоянно меняются более чем на 5 Дб..
Человек различает звуки по их частоте и громкости.. Высоту звука определяет его частота, а громкость – его интенсивность. Чем выше частота, тем более высоким воспринимается звук.
Звуки приносят человеку жизненно важную информацию - с их помощью мы общаемся, слушаем музыку, узнаем по голосу знакомых людей. Мир окружающих нас звуков разнообразен и сложен, однако мы достаточно легко ориентируемся в нем и можем безошибочно отличить пение птиц от шума городской улицы.
- Звуковая волна - упругая продольная волна, вызывающая у человека слуховые ощущения. Колебания источника звука (например, струн или голосовых связок) вызывают появление продольной волны. Достигнув человеческого уха, звуковые волны заставляют барабанную перепонку совершать вынужденные колебания с частотой, равной частоте колебаний источника. Свыше 20 тыс. нитевидных рецепторных окончаний, находящихся во внутреннем ухе, преобразуют механические колебания в электрические импульсы. При передаче импульсов по нервным волокнам в головной мозг у человека возникают определенные слуховые ощущения.
Таким образом, в процессе распространения звуковой волны меняются такие характеристики среды, как давление и плотность.
Звуковые волны, воспринимаемые органами слуха, вызывают звуковые ощущения.
Звуковые волны классифицируются по частоте следующим образом:
- инфразвук (ν < 16 Гц);
- слышимый человеком звук (16 Гц < ν < 20000 Гц);
- ультразвук (ν > 20000 Гц);
- гиперзвук (10 9 Гц < ν < 10 12 -10 13 Гц).
Человек не слышит инфразвук, но каким-то образом эти звуки воспринимает. Так как например, опыты показали, что инфразвук вызывает неприятные тревожные ощущения.
Многие животные могут воспринимать ульразвуковые частоты. Например, собаки могут слышать звуки до 50000 Гц, а летучие мыши - до 100000 Гц. Инфразвук, распространяясь в воде на сотни километров, помогает китам и многим другим морским животным ориентироваться в толще воды.
Физические характеристики звука
Одной из важнейших характеристик звуковых волн является спектр.
- Спектром называется набор различных частот, образующих данный звуковой сигнал. Спектр может быть сплошным или дискретным.
Сплошной спектр означает, что в данном наборе присутствуют волны, частоты которых заполняют весь заданный спектральный диапазон.
Дискретный спектр означает наличие конечного числа волн с определенными частотами и амплитудами, которые образуют рассматриваемый сигнал.
По типу спектра звуки разделяются на шумы и музыкальные тона.
- Шум - совокупность множества разнообразных кратковременных звуков (хруст, шелест, шорох, стук и т.п.) - представляет собой наложение большого числа колебаний с близкими амплитудами, но различными частотами (имеет сплошной спектр). С развитием промышленности появилась новая проблема - борьба с шумом. Возникло даже новое понятие «шумовое загрязнение» среды обитания. Шум, особенно большой интенсивности, не просто надоедает и утомляет - он может и серьезно подорвать здоровье.
- Музыкальный тон создается периодическими колебаниями звучащего тела (камертон, струна) и представляет собой гармоническое колебание одной частоты.
С помощью музыкальных тонов создается музыкальная азбука - ноты (до, ре, ми, фа, соль, ля, си), которые позволяют воспроизводить одну и ту же мелодию на различных музыкальных инструментах.
- Музыкальный звук (созвучие) - результат наложения нескольких одновременно звучащих музыкальных тонов, из которых можно выделить основной тон, соответствующий наименьшей частоте. Основной тон называется также первой гармоникой. Все остальные тоны называются обертонами. Обертоны называются гармоническими, если частоты обертонов кратны частоте основного тона. Таким образом, музыкальный звук имеет дискретный спектр.
Любой звук, помимо частоты, характеризуется интенсивностью. Так реактивный самолет может создать звук интенсивностью порядка 10 3 Вт/м 2 , мощные усилители на концерте в закрытом помещении - до 1 Вт/м 2 , поезд метро - около 10 –2 Вт/м 2 .
Чтобы вызвать звуковые ощущения, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью, называемой порогом слышимости. Интенсивность звуковых волн, при которой возникает ощущение давящей боли, называют порогом болевого ощущения или болевым порогом.
Интенсивность звука, улавливаемая ухом человека, лежит в широких пределах: от 10 –12 Вт/м 2 (порог слышимости) до 1 Вт/м 2 (порог болевого ощущения). Человек может слышать и более интенсивные звуки, но при этом он будет испытывать боль.
Уровень интенсивности звука L определяют по шкале, единицей которой является бел (Б) или, что гораздо чаще, децибел (дБ) (одна десятая бела). 1 Б - самый слабый звук, который воспринимает наше ухо. Эта единица названа в честь изобретателя телефона Александра Белла. Измерение уровня интенсивности в децибелах проще и поэтому принято в физике и технике.
Уровень интенсивности L любого звука в децибелах вычисляется через интенсивность звука по формуле
\(L=10\cdot lg\left(\frac{I}{I_0}\right),\)
где I - интенсивность данного звука, I 0 - интенсивность, соответствующая порогу слышимости.
В таблице 1 приведен уровень интенсивности различных звуков. Тем, кто при работе подвергается воздействию шума свыше 100 дБ, следует пользоваться наушниками.
Таблица 1
Уровень интенсивности (L ) звуков
Физиологические характеристики звука
Физическим характеристикам звука соответствуют определенные физиологические (субъективные) характеристики, связанные с восприятием его конкретным человеком. Это обусловлено тем, что восприятие звука - процесс не только физический, но и физиологический. Человеческое ухо воспринимает звуковые колебания определенных частот и интенсивностей (это объективные, не зависящие от человека характеристики звука) по-разному, в зависимости от «характеристик приемника» (здесь влияют субъективные индивидуальные черты каждого человека).
Основными субъективными характеристиками звука можно считать громкость, высоту и тембр.
- Громкость (степень слышимости звука) определяется, как интенсивностью звука (амплитудой колебаний в звуковой волне), так и различной чувствительностью человеческого уха на разных частотах. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в диапазоне частот от 1000 до 5000 Гц. При увеличении интенсивности в 10 раз уровень громкости увеличивается на 10 дБ. Вследствие этого, звук в 50 дБ оказывается в 100 раз интенсивнее звука в 30 дБ.
- Высота звука определяется частотой звуковых колебаний, обладающих наибольшей интенсивностью в спектре.
- Тембр (оттенок звука) зависит от того, сколько обертонов присоединяются к основному тону и какова их интенсивность и частота. По тембру мы легко отличаем звуки скрипки и рояля, флейты и гитары, голоса людей (табл. 2).
Таблица 2
Частота ν колебаний различных источников звука
| Источник звука | ν, Гц | Источник звука | ν, Гц |
|---|---|---|---|
| Мужской голос : | 100 - 7000 | Контрабас | 60 - 8 000 |
| бас | 80 - 350 | Виолончель | 70 - 8 000 |
| баритон | 100 - 400 | Труба | 60 - 6000 |
| тенор | 130 - 500 | Саксафон | 80 - 8000 |
| Женский голос : | 200 - 9000 | Рояль | 90 - 9000 |
| контральто | 170 - 780 | Музыкальные тона : | |
| меццо-сопрано | 200 - 900 | Нота до | 261,63 |
| сопрано | 250 - 1000 | Нота ре | 293,66 |
| колоратурное сопрано | 260 - 1400 | Нота ми | 329,63 |
| Орган | 22 - 16000 | Нота фа | 349,23 |
| Флейта | 260 - 15000 | Нота соль | 392,0 |
| Скрипка | 260 - 15000 | Нота ля | 440,0 |
| Арфа | 30 - 15000 | Нота си | 493,88 |
| Барабан | 90 - 14000 |
Скорость звука
Скорость звука зависит от упругих свойств, плотности и температуры среды. Чем больше упругие силы, тем быстрее передаются колебания частиц соседним частицам и тем быстрее распространяется волна. Поэтому скорость звука в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях, как правило, меньше чем в твердых телах (табл. 3). В вакууме звуковые волны, как и любые механические волны, не распространяются, так как там нет упругих взаимодействий между частицами среды.
Таблица 3.
Скорость звука в различных средах
Скорость звука в идеальных газах с ростом температуры растет пропорционально \(\sqrt{T},\) где T - абсолютная температура. В воздухе скорость звука υ = 331 м/с при температуре t = 0 °C и υ = 343 м/с при температуре t = 20 °C. В жидкостях и металлах скорость звука, как правило, уменьшается с ростом температуры (исключение - вода).
Впервые скорость распространения звука в воздухе была определена в 1640 г. французским физиком Мареном Мерсенном. Он измерял промежуток времени между моментами появления вспышки и звука при ружейном выстреле. Мерсенн определил, что скорость звука в воздухе равна 414 м/с.
Применение звука
Инфразвук в технике пока применять не научились. Зато широкое применение получил ультразвук.
- Способ ориентации или исследования окружающих объектов, основанный на излучении ультразвуковых импульсов с последующим восприятием отраженных импульсов (эха) от различных объектов, называется эхолокацией , а соответствующие приборы - эхолокаторами .
Хорошо известны животные, обладающие способностью к эхолокации - летучие мыши и дельфины. По своему совершенству эхолокаторы этих животных не уступают, а во многом и превосходят (по надежности, точности, энергетической экономичности) современные эхолокаторы, созданные человеком.
Эхолокаторы, используемые под водой, называются гидролокаторами или сонарами (название sonar образован из начальных букв трех английских слов: sound - звук; navigation - навигация; range - дальность). Сонары незаменимы при исследованиях морского дна (его профиля, глубины), для обнаружения и исследования различных объектов, движущихся глубоко под водой. При их помощи могут быть легко обнаружены как отдельные большие предметы или животные, так и стаи небольших рыб или моллюсков.
Волны ультразвуковых частот широко используются в медицине в диагностических целях. УЗИ-сканеры позволяют исследовать внутренние органы человека. Ультразвуковое излучение, в отличие от рентгеновского, безвредно для человека.
Литература
- Жилко, В.В. Физика: учеб. пособие для 11 класса общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В. Жилко, Л.Г. Маркович. - Минск: Нар. Асвета, 2009. - С. 57-58.
- Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: Учебн. для общеобразоват. учреждений. - М.: Дрофа, 2004. - С. 338-344.
- Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Колебания и волны. 11 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики. - М.: Дрофа, 2002. - С. 184-198.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА
Физические и физиологические характеристики звука. Диаграмма слышимости. Уровень интенсивности и уровень громкости звука, единицы их измерения.
Физические характеристики акустических и, в частности, звуковых волн имеют объективный характер и могут быть измерены соответствующими приборами в стандартных единицах. Возникающее под действием звуковых волн слуховое ощущение субъективно, однако, его особенности во многом определяются параметрами физического воздействия.
Интенсивность звука I. как уже отмечалось ранее, представляет собой энергию звуковой волны, попадающей на площадку единичной площади за единицу времени, и измеряется в Вт/м2. Эта физическая характеристика определяет уровень слухового ощущения. который называется громкостью, являющейся субъективным физиологическим параметром. Связь между интенсивностью и громкостью не является прямо пропорциональной. Пока отметим только, что с увеличением интенсивности возрастает и ощущение громкости. Количественную оценку громкости можно выполнить, сравнивая слуховые ощущения, обусловленные звуковыми волнами от источников с различной интенсивностью.
При распространении звука в среде возникает некоторое добавочное давление, перемещающееся от источника звука к приемнику. Величина этого звукового давления Р также представляет физическую характеристику звука и среды его распространения. Она связана с интенсивностью соотношением
Частота звуковых гармонических колебаний определяет ту сторону звукового ощущения, которую называют высотой звука. Если звуковые колебания периодичны, но не подчиняются гармоническому закону, то высота звука оценивается ухом по частоте основного тона (первая гармоническая составляющая в ряду Фурье), период которого совпадает с периодом сложного звукового воздействия.
Слуховые ощущения формируются лишь в том случае, когда интенсивность звуковых волн превышает некоторое минимальное значение, называемое порогом слышимости. Для различных частот звукового диапазона этот порог имеет различные значения, т.е. слуховой аппарат обладает спектральной чувствительностью.
Спектральный состав звуковых колебаний определяется числом гармонических составляющих и соотношением их амплитуд, и характеризует тембр звука. Тембр, как физиологическая характеристика слухового ощущения, в некоторой степени зависит также от скорости нарастания и изменчивости звука.
С увеличением интенсивности звука, естественно, возрастает и ощущение громкости. Однако, звуковые волны с интенсивностью порядка 1-10 Вт/м2 вызывают ощущение боли. Значение интенсивности, при превышении которого возникает боль, называется порогом болевого ощущения. Как и порог слышимости, он тоже зависит от частоты звука, хотя и в меньшей степени. Область интенсивностей звука, заключенная между болевым порогом и порогом слышимости соответствующая частотному диапазону 16-20000 Гц. называется областью слышимости.
Количественная связь между ними устанавливается на основе закона Вебера-Фехнера. связывающего степень ощущения и интенсивность вызвавшего его раздражителя: ощущение растет в арифметической прогрессии, если интенсивность раздражителя увеличивается в геометрической прогрессии Другими словами: физиологическая реакция (в рассматриваемом случае громкость) на раздражитель (интенсивность звука) не прямо пропорциональна интенсивности раздражителя, а возрастает с ее увеличением существенно слабее -- пропорционально логарифму интенсивности раздражителя.
Для установления количественной связи между интенсивностью и громкостью звука введем уровень интенсивности звука (L ) - величину, пропорциональную десятичному логарифму отношения интенсивности звука
Коэффициент п в формуле определяет единицу измерения уровня интенсивности звука. Обычно принимают п=10, тогда величина L измеряется в децибелах (дБ). На пороге слышимости (/ = 1о) уровень интенсивности звука I=0, а на пороге болевого ощущения (I = 10 Вт/м2) -- L = 130 дБ. Если, например, интенсивность звука составляет 10^-7 Вт/м2 (что соответствует нормальному разговору), то из формулы следует, что уровень его интенсивности составляет 50 дБ.
Уровень громкости звука (часто его называют просто громкостью) Е связан с уровнем интенсивности Ј соотношением:
Е = kL ,
где к - некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности звука.
Однако, из-за зависимости порога слышимости от частоты уровень громкости также изменяется с частотой. Например, звук с уровнем интенсивности 20 дБ и частотой 1000 Гц будет восприниматься существенно более громким, чем звук с тем же уровнем интенсивности, но частотой 100 Гц. Одинаковый уровень громкости на этих частотах будет достигнут, если для 1000 Гц уровень интенсивности составляет 20 дБ. а для 100 Гц --50 дБ. По этим причинам для измерения уровня громкости вводится особая единица, называемая фоном.
Для частоты 1000 Гц считается, что уровень интенсивности в децибелах и уровень громкости в фонах совпадают. При других частотах из области слышимости для перехода от децибел к фонам необходимо вводить соответствующие поправки. Этот переход можно осуществить с помощью кривых равной громкости.
Активный транспорт ионов через биомембрану. Виды ионных насосов. Принцип работы натрий-калиевого насоса.
Одним из основных свойств нервной клетки является наличие постоянной электрической поляризации ее мембраны - мембранного потенциала. Мембранный потенциал поддерживается на мембране до тех пор, пока клетка жива, и исчезает только с ее гибелью.
Причина возникновения мембранного потенциала:
1. Потенциал покоя возникает прежде всего в связи с асимметричным распределением калия (ионная асимметрия ) по обе стороны мембраны. Так как концентрация его в клетке примерно в 30 раз выше, чем во внеклеточной среде, существует трансмембранный концентрационный градиент, способствующий диффузии калия из клетки. Выход каждого положительного иона калия из клетки приводит к тому, что в ней остается несбалансированный отрицательный заряд (органические анионы). Эти заряды и обуславливают отрицательный потенциал внутри клетки.
2. Ионная асимметрия является нарушением термодинамического равновесия, и ионы калия должны были бы постепенно выходить из клетки, а ионы натрия - входить в нее. Чтобы сохранить такое нарушение, необходима энергия, расходование которой противодействовало бы тепловому выравниванию концентрации.
Т.к. ионная асимметрия связана с живым состояние и исчезает со смертью, это говорить о том, что эта энергия поставляется самим жизненным процессом, т.е. обменом веществ . Значительная часть энергии обмена веществ тратится на то, чтобы поддержать неравномерное распределение ионов между цитоплазмой и средой.
Активный транспорт ионов/ионный насос - механизм, который может переносить ионы из клетки или внутрь клетки против концентрационных градиентов (локализован в поверхностной мембране клетки и представляет собой комплекс ферментов, использующих для переноса энергию, освобождающуюся при гидролизе АТФ).
Асимметрия ионов хлора тоже может поддерживаться процессом активного транспорта.
Неравномерное распределение ионов приводит к появлению концентрационных градиентов между цитоплазмой клетки и наружной средой: калиевый градиент направлен изнутри наружу, а натриевый и хлорный - снаружи внутрь.
Мембрана не является совершенно непроницаемой и способна в определенной степени пропускать через себя ионы. Эта способность неодинакова для различных ионов в покоящемся состоянии клетки - она значительно выше для ионов калия, чем для ионов натрия. Поэтому основным ионом, который в покое может в определенной мере диффундировать через клеточную мембрану, является ион калия.
В такой ситуации наличие калиевого градиента будет приводить к небольшому, но ощутимому потоку ионов калия из клетки наружу.
В покое постоянная электрическая поляризация клеточной мембраны создается в основном за счет диффузионного тока ионов калия через клеточную мембрану.
Первично-активный транспорт
Действие пассивного транспорта через мембрану, в ходе которого ионы перемещаются по их электрохимическому градиенту, должно быть сбалансировано их активным транспортом против соответствующих градиентов. В противном случае, ионные градиенты исчезли бы полностью, и концентрации ионов по обе стороны мембраны пришли бы в равновесие. Это действительно происходит, когда активный транспорт через мембрану блокируют охлаждением или путём использования некоторых ядов. Существует несколько систем активного транспорта ионов в плазматической мембране (ионные насосы):
1) Натрий-калиевый насос
2) Кальциевый насос
3) Водородный насос.
Натрий-калиевый насос существует в плазматических мембранах всех животных и растительных клеток. Он выкачивает ионы натрия из клеток и загнетает в клетки ионы калия. В результате концентрация калия в клетках существенно превышает концентрацию ионов натрия. Натрий-калиевый насос - один из интегральных белков мембраны. Он обладает энзимными свойствами и способен гидролизовать аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ), являющуюся основным источником и хранилищем энергии метаболизма в клетке. Благодаря этому указанный интегральный белок называется натрий-калийиевой АТФазой . Молекула ATФ распадается на молекулу аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и неорганический фосфат.
Таким образом, натрий-калиевый насос выполняет трансмембранный антипорт ионов натрия и калия. Молекула насоса существует в двух основных конформациях, взаимное преобразование которых стимулируется гидролизом ATФ. Эти конформации выполняют функции переносчиков натрия и калия. При расщеплении натрий-калиевой АТФазой молекулы ATФ, неорганический фосфат присоединяется к белку. В этом состоянии натрий-калиевая АТФаза связывает три иона натрия, которые выкачиваются из клетки. Затем молекула неорганического фосфата отсоединяется от насоса-белка, и насос превращается в переносчик калия. В результате два иона калия попадают в клетку. Таким образом, при расщеплении каждой молекулы ATФ, выкачиваются три иона натрия из клетки и два иона калия закачиваются в клетку. Один натрий-калиевый насос может перенести через мембрану 150- 600 ионов натрия в секунду. Следствием его работы является поддержание трансмембранных градиентов натрия и калия.
Через мембраны некоторых клеток животного (например, мышечных) осуществляется первично-активный транспорт ионов кальция из клетки (кальциевый насос ), что приводит к наличию трансмембранного градиента указанных ионов.
Водородный ионный насос действует в мембране бактериальных клеток и в митохондриях, а также в клетках желудка, перемещающего водородные ионы из крови в его полость.
Вторично-активный транспорт
Существуют системы транспорта через мембраны, которые переносят вещества из области их низкой концентрации в область высокой концентрации без непосредственного расхода энергии метаболизма клетки (как в случае первично-активного транспорта). Такой вид транспорта называется вторично- активным транспортом . Вторично-активный транспорт некоторого вещества возможен только тогда, когда он связан с транспортом другого вещества по его концентрационному или электрохимическому градиенту. Это симпортный или антипортный перенос веществ. При симпорте двух веществ ион и другая молекула (или ион) связываются одновременно с одним переносчиком прежде, чем произойдёт конформационное изменение этого переносчика. Так как ведущее вещество перемещается по градиенту концентрации или электрохимическому градиенту, управляемое вещество вынуждено перемещаться против своего градиента. Ионы натрия являются обычно ведущими веществами в системах симпорта клеток животного. Высокий электрохимический градиент этих ионов создаётся натрий-калиевым насосом. Управляемыми веществами являются сахара, аминокислоты и некоторые другие ионы. Например, при всасывании питательных веществ в желудочно-кишечном тракте глюкоза и аминокислоты поступают из клеток тонкой кишки в кровь путём симпорта с ионами натрия. После фильтрации первичной мочи в почечных гломерулах, эти вещества возвращаются в кровь той же системой вторично-активного транспорта.
В чем сущность гамма-хронографии и гамма-топографии? Сопоставьте диагностическую информацию, получаемую этими методами радионуклидной диагностики.
Изучая же характер пространственного распределения, мы приобретаем сведения о стуктурно-топографических особенностях той или иной части тела, органа или системы. Поэтому по своим функциональным свойствам радиофармацевтические приборы могут быть разделены на физиологически тропные и инертные. Из чего следует, что первые являются оптимальным средством для проведения структурно - топографических исследований, каждое из которых проводится, начиная с момента установления более или менее стабильного распределения РФП в исследуемом органе или системе. Вторые, которые часто называют индикаторами ” транзита ”, используются главным образом для исследования методами гамма - хронографии.
Гамма-хронография - в гаммакамере определяется динамика радиоактивности в виде кривых (гепаторадиография, радиоренография).
Термин «визуализация» образован от английского слова vision (зрение). Им обозначают получение изображения. Радионуклидная визуализация -- создание картины пространственного распределения в органах РФП, введенного в организм (гамма-топография). Для визуализации распределенного в организме РФП в современных радиологических центрах и лабораториях применяют 4 радиодиагностических прибора: сканер, гамма-камеру, однофотонный эмиссионный томограф и двухфотонный
Для обнаружения распределения радионуклидов в разных органах тела используют гамма-топограф (сцинтиграф), который автоматически регистрирует распределение интенсивности радиоактивного препарата. Гамма-топограф представляет собой сканирующий счетчик, который постепенно проходит большие участки над телом больного. Регистрация излучения фиксируется, например, штриховой отметкой на бумаге. На рис. 1, а схематически показан путь счетчика, а на рис. 2, б -- регистрационная карта.
Методики, которые позволяют оценить главным образом состояние функции органа или систем относятся к методикам динамического радионуклидного исследования и носят название - радиометрия, радиография или гамма - хронография
Методики, основанные на принципе определения функции отдельных органов и систем путем получения записи кривой получили следующее название
радиокардиография или гамма - хронография сердца
радиоэнцефалография или гамма - хронография черепа
радиоренография или гамма - хронография почек
радиогепатография или гамма - хронография печени
радиопульмонография или гамма - хронография легких
Методики, которые позволяют получить представление об анатомо-топографическом состоянии внутренних органов и систем относятся к статическим радионуклидным исследованиям и носят название - гамма-топография или сканирование, сцинтиграфия Исследования при статических исследованиях выполняют на сканерах (сканирование) или на гамма - камерах (сцинтиграфия), которые имеют примерно равные технические возможности в оценке анатомо-топографического состояния внутренних органов, однако сцинтиграфия имеет определенные преимущества Сцинтиграфия выполняется более быстро. Сцинтиграфия дает возможность совмещать статические и динамические исследования
Дайте определение явлению аккомодации глаза. Укажите механизм реализации этого явления. Проиллюстрируйте необходимость аккомодации построением изображения равноудаленных от глаза предметов.
Аккомодация - это механизм, позволяющий нам фокусироваться на предмете, независимо от его расстояния до нашего глаза
Сначала анатомия. Ресничная мышца залегающая в ресничном теле, состоит из трех самостоятельных групп мышечных волокон (их даже называют отдельными мышцами): радиальные волокна (от хрусталика к наружной оболочке глаза), циркулярные (вот эти - кольцом как удав) и меридиональные (под самой склерой вдоль меридианов глаза, если считать, что полюсы на глазном яблоке - впереди и сзади). Мышечные волокна сами не прикрепляются к хрусталику, они находятся в толще ресничного тела. Но от ресничного тела к центру, к капсуле хрусталика идут так называемые Цинновы связки. Вся картина напоминает колесо велосипеда, где шина - ресничная мышца, обод - ресничное тело, спицы - Цинновы связки, а ось - хрусталик. Теория аккомодации Гельмгольца: двигательную иннервацию ресничная мышца получает от вегетативной нервной системы, поэтому акт аккомодации приказам коры головного мозга не подчиняется. Мы не можем просто напрячь ресничную мышцу, как могли бы просто поднять руку. Для включения механизма аккомодации нужно перевести взгляд на ближе лежащий предмет. От него в глаз идет расходящийся пучок лучей, для преломления которого оптической силы глаза уже мало, фокус изображения получается за сетчаткой, а на сетчатке появляется расфокусировка. Вот эта расфокусировка изображения воспринятая мозгом, является импульсом к включению механизма аккомодации. Нервный импульс (приказ) бежит по глазодвигательному нерву (в его составе есть парасимпатические вегетативные волокна) к ресничной мышце, мышца сокращается (сжимается кольцо удава), натяжение Цинновых связок уменьшается, они перестают растягивать капсулу хрусталика. А хрусталик - это эластичный шарик, который только натяжением капсулы удерживается в сплющенном состоянии. Как только натяжение капсулы уменьшается, хрусталик становится более выпуклым, преломляющая способность его увеличивается, рефракция глаза усиливается, и фокус изображения близлежащего предмета возвращается на сетчатку. Если теперь перевести взгляд опять вдаль, фокус изображения возвращается на сетчатку, информации о расфокусировке нет, нервного импульса нет, ресничная мышца расслабляется, натяжение Цинновых связок усиливается, они растягивают капсулу хрусталика, и хрусталик становится опять плоским. Таким образом, по Гельмгольцу имеют место следующие положения:
1. механизм аккомодации состоит из двух составляющих: напряжения аккомодации (активный процесс) и расслабления аккомодации (пассивный процесс). звук гармонический колебание визуализация
2. напряжение аккомодации может передвигать фокус только вперед, при расслаблении аккомодации он сам перемещается назад.
3. глаз может сам за счет силы ресничной мышцы компенсировать небольшие степени дальнозоркости - ресничная мышца все время в небольшом напряжении, это называется «привычный тонус аккомодации». Именно поэтому в молодом возрасте бывает скрытая дальнозоркость, которая вылезает со временем. Поэтому одни люди до старости видят вдаль хорошо, а другим с возрастом требуются положительные очки для дали - скрытая дальнозоркость проявилась.
4. близорукость глаз скомпенсировать не может, потому что напряжением аккомодации невозможно передвинуть фокус назад. Поэтому даже слабые степени близорукости проявляются снижением зрения вдаль, поэтому скрытой близорукости не бывает.
Объем аккомодации - это величина в диоптриях, на которую хрусталик способен менять свою оптическую силу. Длина аккомодации - это часть пространства (в метрах или сантиметрах), в пределах которой работает аккомодация, то есть в пределах которой мы можем четко видеть предметы. Длина аккомодации характеризуется положением двух точек - ближайшей точки ясного зрения и дальнейшей точки ясного зрения. Расстояние между ними - это и есть длина аккомодации. Соответственно, на ближайшую точку ясного зрения мы смотрим при максимальном напряжении аккомодации, а на дальнейшую точку - при полном покое аккомодации. Мы выделяем аккомодацию каждым глазом отдельно (это абсолютная аккомодация) и двумя глазами вместе (относительная аккомодация). В оптометрии принято абсолютную аккомодацию характеризовать положением дальнейшей и ближайшей точек ясного зрения, а относительную аккомодацию - объемом.
У эмметропов длина аккомодации - это все пространство, кроме нескольких сантиметров перед самым глазом (ближе, чем ближайшая точка ясного зрения). Соответственно высок объем аккомодации. Ресничная мышца у них натренированная.
Если дальнейшая точка ясного зрения ближе 5 метров - это близорукость, степенью которой будет величина, обратная дальнейшей точке ясного зрения. Например, при отодвигании от глаза текст начинает расплываться в 50 см, значит имеет место близорукость в 2 Д (100 см поделим на 50 см в системе СГС и 1 поделим на 0,5 в системе СИ). Если текст расплывается в 25 см от глаз - близорукость в 4 Д. У близоруких длина аккомодации намного меньше, чем у эмметропов - это область между дальнейшей и ближайшей точками ясного зрения. Заметьте, что все-таки есть лучи, которые фокусируются на сетчатке, значит, острота зрения у малышей с близорукостью все равно будет развиваться. Вблизи они видят хорошо сами, а вдаль смогут хорошо видеть с помощью очков. Соответственно, объем аккомодации у близоруких людей снижен относительно эмметропов. И это понятно. Допустим, ближайшая точка ясного зрения 10 см перед глазом. У эмметропа объем аккомодации - это размах взгляда из бесконечности до 10 см перед глазом. А у миопа - всего лишь от расстояния ближе 5 м до этих самых 10 см перед глазом. Чем больше близорукость, тем меньше объем аккомодации. Миопам просто не приходится тренировать свою ресничную мышцу, они и без ее напряжения видят вблизи хорошо. Поэтому при близорукости изначально мы имеем слабость аккомодации.
С дальнозоркостью сложнее всего. Дальнейшая точка ясного зрения у дальнозорких мнимая, она находится за глазом и практически совпадает с фокусом глаза (напомню, у дальнозорких он позади сетчатки). Это означает, что в природе нет таких лучей, которые сами фокусируются на сетчатке глаза, их можно получить только напряжением аккомодации или собирающими линзами. Отсюда важный вывод: если степень дальнозоркости выходит за пределы возможностей аккомодации, острота зрения развиваться у ребенка не сможет, просто не будет опыта четкого видения. После 12 лет у таких детей развить остроту зрения практически невозможно. Значит, на ребенка с высокой дальнозоркостью очки нужно надевать как можно раньше, чтобы дать возможность развивать остроту зрения. Объем аккомодации у дальнозорких обычно намного выше, чем у эмметропов. У них ресничная мышца как следует накачана, потому что даже при зрении вдаль, когда у эмметропов она отдыхает, у дальнозорких эта мышца работает. При перегрузке ресничной мышцы у дальнозорких начинает отдаляться от глаз ближайшая точка ясного зрения. Помочь здесь можно двумя способами: назначить очки для постоянного ношения, чтобы снять с мышцы излишнюю нагрузку (в этих очках ресничная мышца будет напрягаться вблизи в физиологических условиях, как у эмметропов) или дать очки только для чтения, чтобы облегчить чрезмерные нагрузки. Детям больше подходит первый способ, взрослым, у которых уже сформировался привычный тонус аккомодации - больше нравится второй. Относительную аккомодацию принято всегда характеризовать объемом. И измеряют ее в диоптриях - с помощью пробных линз из набора. В относительной аккомодации выделяют две части: положительную и отрицательную. Отрицательная часть - эта та аккомодация, которую мы затратили, чтобы четко увидеть какой-либо предмет, ее мы определяем методом нейтрализации положительными стеклами: смотрим на какой-нибудь предмет и приставляем к глазам положительные стекла, усиливая их до тех пор, пока предмет не начнет расплываться. Сила стекол, при которых предмет еще виден четко, покажет объем затраченной аккомодации. Положительная часть - это запас аккомодации, то есть та величина, на которую ресничная мышца еще способна сократиться, другими словами, резерв. Определяют ее аналогично отрицательной части, только приставляют к глазам отрицательные линзы.
Для четкого получения изображения предмета АВ, хрусталик изменит свое
фокусное расстояние (оптичекую силу)
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Природа звука и его источники. Основы генерации компьютерного звука. Устройства ввода-вывода звуковых сигналов. Интенсивность звука как энергетическая характеристика звуковых колебаний. Распределение скорости звука. Затухающие звуковые колебания.
контрольная работа , добавлен 25.09.2010
Природа звука, физические характеристики и основы звуковых методов исследования в клинике. Частный случай механических колебаний и волн. Звуковой удар и кратковременное звуковое воздействие. Звуковые измерения: ультразвук, инфразвук, вибрация и ощущения.
реферат , добавлен 09.11.2011
Распространение звуковых волн в атмосфере. Зависимость скорости звука от температуры и влажности. Восприятие звуковых волн ухом человека, частота и сила звука. Влияние ветра на скорость звука. Особенность инфразвуков, ослабление звука в атмосфере.
лекция , добавлен 19.11.2010
Особенности восприятия частоты звуковых колебаний ухом человека, параллельный спектральный анализ приходящих колебаний. Эквивалентная электрическая схема слухового анализатора. Пороги различения интенсивности звука, уровень громкости звуков и шумов.
реферат , добавлен 16.11.2010
Измерение и анализ данных об уровне громкости источников звука вокруг учащихся нашей школы и предложение способов защиты от шума. Физическая характеристика звука. Влияние звуков и шумов на человека. Измерение уровня громкости своего шепота, разговора.
лабораторная работа , добавлен 22.02.2016
Звуковые волны и природа звука. Основные характеристики звуковых волн: скорость, распространение, интенсивность. Характеристика звука и звуковые ощущения. Ультразвук и его использование в технике и природе. Природа инфразвуковых колебаний, их применение.
реферат , добавлен 04.06.2010
Что такое звук. Распространение механических колебаний среды в пространстве. Высота и тембр звука. Сжатие и разрежение воздуха. Распространение звука, звуковые волны. Отражение звука, эхо. Восприимчивость человека к звукам. Влияние звуков на человека.
реферат , добавлен 13.05.2015
Изучение механизма работы человеческого уха. Определение понятия и физических параметров звука. Распространение звуковых волн в воздушной среде. Формула расчета скорости звука. Рассмотрение числа Маха как характеристики безразмерной скорости течения газа.
реферат , добавлен 18.04.2012
Локализация слухового восприятия по уровню интенсивности и временной разнице. Экспериментальное исследование выбора лучших параметров расположения динамиков для создания объемного звука или иллюзии источника звука при изменении угла и высоты между ними.
курсовая работа , добавлен 25.01.2012
Проблема борьбы с шумом и пути ее решения. Физическая характеристика звука. Допустимый уровень шума; вредное воздействие на организм человека звуков, превышающих норму. Измерение и сравнительный анализ уровня громкости различных источников звука в школе.
Звук является объектом слухового ощущения. Он оценивается человеком субъективно. Все субъективные характеристики слухового ощущения связаны с объективными (физическими) характеристиками звуковой волны.
Воспринимаемые звуки человек различает их по тембру, высоте, громкости.
Тембр – « окраска» звука и определяется его гармоническим спектром. Различные акустические спектры соответствуют разному тембру, даже в том случае, когда основной тон у них одинаков. Тембр – это качественная характеристика звука.
Высотатона – субъективная оценка звукового сигнала, зависящая от частоты звука и его интенсивности. Чем больше частота, главным образом, основного тона, тем больше высота воспринимаемого звука. Чем больше интенсивность, тем ниже высота воспринимаемого звука.
Громкость – также субъективная оценка, характеризующая уровень интенсивности.
Громкость главным образом зависит от интенсивности звука. Однако восприятие интенсивности зависит от частоты звука. Звук большей интенсивности одной частоты может восприниматься как менее громкий, чем звук меньшей интенсивности другой частоты.
Опыт показывает, что для каждой частоты в области слышимых звуков
(16 – 20 . 10 3 Гц) имеется так называемый порог слышимости. Это минимальная интенсивность, при которой ухо еще реагирует на звук. Кроме того, для каждой частоты имеется так называемый порог болевых ощущений, т.е. то значение интенсивности звука, которое вызывает боль в ушах. Совокупности точек, отвечающих порогу слышимости, и точек, соответствующих порогу болевых ощущений, образуют на диаграмме (L,ν) две кривые (рис.1), которые пунктиром экстраполированы до пересечения.
Кривая порога слышимости (а), кривая порога боли (б).
Область, ограниченная этими кривыми, называется областью слышимости. Из приведенной диаграммы, в частности, видно, что менее интенсивный звук, соответствующий точке А, будет восприниматься более громким, чем звук более интенсивный, соответствующий точке В, так как точка А более удалена от порога слышимости, чем точка В.
4. Закон Вебера-Фехнера .
Громкость может быть оценена количественно путем сравнения слуховых ощущений от двух источников.
В основе создания шкалы уровней громкости лежит психофизический закон Вебера-Фехнера. Если увеличивать раздражение в геометрической прогрессии (т.е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковое значение).
Применительно к звуку это формулируется так: если интенсивность звука принимает ряд последовательных значений, например, а I 0 , а 2 I 0,
а 3 I 0 ,….(а - некоторый коэффициент, а > 1) и т.д., то им соответствуют ощущения громкости звука Е 0 , 2 Е 0 , 3 Е 0 ….. Математически это означает, что уровень громкости звука пропорционален десятичному логарифму интенсивности звука. Если действуют два звуковых раздражителя с интенсивностями I и I 0, причем I 0 – порог слышимости, то согласно закону Вебера-Фехнера уровень громкости Е и интенсивность I 0 связаны следующим образом:
Е= k lg (I / I 0),
где k – коэффициент пропорциональности.
Если бы коэффициент k был постоянным, то следовало бы, что логарифмическая шкала интенсивностей звука соответствует шкале уровней громкостей. В этом случае уровень громкости звука так же, как и интенсивность, выражалась бы в белах или децибелах. Однако сильная зависимость k от частоты и интенсивности звука не позволяет измерение громкости свести к простому использованию формулы: Е= k lg(I / I 0).
Условно считают, что на частоте 1 кГц шкалы уровней громкости и интенсивности звука полностью совпадают, т.е. k = 1 и Е Б = lg (I / I 0). Чтобы различить шкалы громкости и интенсивности звука, децибелы шкалы уровней громкости называют фонами (фон).
Е ф = 10 k lg(I / I 0)
Громкость на других частотах можно измерить, сравнивая исследуемый звук
со звуком частотой 1 кГц.
Кривые равной громкости. Зависимость громкости от частоты колебаний в системе звуковых измерений определяется на основании экспериментальных данных при помощи графиков (рис. 2), которые называются кривыми равной громкости. Эти кривые характеризуют зависимость уровня интенсивности L от частоты ν звука при постоянном уровне громкости. Кривые равной громкости называют изофонамим.
Нижняя изофона соответствует порогу слышимости (Е = 0 фон). Верхняя кривая показывает верхний предел чувствительности уха, когда слуховое ощущение переходит в ощущение боли (Е = 120 фон).
Каждая кривая соответствует одинаковой громкости, но разной интенсивности, которые при определенных частотах вызывают ощущение этой громкости.
Звуковые измерения . Для субъективной оценки слуха применяется метод пороговой аудиометрии.
Аудиометрия – метод измерения пороговой интенсивности восприятия звука для разных частот. На специальном приборе (аудиометре) определяется порог слухового ощущения на разных частотах:
L п = 10 lg (I п /I 0),
где I п – пороговая интенсивность звука, которая приводит к возникновению слухового ощущения у испытуемого. Получают кривые – аудиограммы, которые отражают зависимость порога восприятия от частоты тона, т.е. это спектральная характеристика уха на пороге слышимости.
Сравнивая аудиограмму пациента (рис. 3, 2) с нормальной кривой порога слухового ощущения (рис. 3, 1), определяют разность уровней интенсивности ∆L=L 1 –L 2 . L 1 – уровень интенсивности на пороге слышимости нормального уха. L 2 - уровень интенсивности на пороге слышимости исследуемого уха. Кривая для ∆L (рис3, 3) называется потерей слуха.
Аудиограмма в зависимости от характера заболевания имеет вид, отличный от аудиограммы здорового уха.
Шумомеры – приборы для измерения уровня громкости. Шумомер снабжен микрофоном, который превращает акустический сигнал в электрический. Уровень громкости регистрируется стрелочным или цифровым измерительным прибором.
5. Физика слуха: звукопроводящая и звукопринимающая части слухового аппарата. Теории Гельмгольца и Бекеши.
Физика слуха связана с функциями наружного (1,2 рис.4), среднего (3, 4, 5, 6 рис.4) и внутреннего уха (7-13 рис. 4).
Схематическое представление основных элементов слухового аппарата человека: 1 – ушная раковина, 2 – наружный слуховой проход, 3 – барабанная перепонка, 4, 5, 6 – система косточек, 7 – овальное окно (внутреннего уха), 8 – вестибулярная лестница, 9 – круглое окно, 10 – барабанная лестница, 11 – геликотрема, 12 - улитковый канал, 13 - основная (базилярная) мембрана.
По выполняемым функциям в слуховом аппарате человека можно выделить звукопроводящую и звукопринимающую части, основные элементы которых представлены на рис.5.
1 – ушная раковина, 2 – наружный слуховой проход, 3 – барабанная перепонка, 4– система косточек, 5 – улитка, 6 – основная (базилярная мембрана, 7 – рецепторы, 8 – разветвление слухового нерва.
Основная мембрана весьма интересная структура, она обладает частотно-избирательными свойствами. На это обратил внимание еще Гельмгольц, который представлял основную мембрану аналогично ряду построенных струн пианино. По Гельмгольцу, каждый участок базилярной мембраны резонировал на определенную частоту. Лауреат Нобелевской премии Бекеши установил ошибочность этой резонансной теории. В работах Бекеши было показано, что основная мембрана является неоднородной линией передачи механического возбуждения. При воздействии акустическим стимулом по основной мембране распространяется волна. В зависимости от частоты эта волна по-разному затухает. Чем меньше частота, тем дальше от овального окна (7 рис.4) распространяется волна по основной мембране, прежде чем она начнет затухать. Так, например, волна с частотой 300 Гц до начала затухания распространяется приблизительно на 25 мм от овального окна, а волна с частотой 100 Гц достигает своего максимума вблизи 30 мм.
Согласно современным представлениям восприятие высоты тона определяется положением максимума колебаний основной мембраны. Эти колебания, воздействуя на рецепторные клетки кортиева органа, вызывают возникновение потенциала действия, который по слуховым нервам передается в кору головного мозга. Головной мозг окончательно обрабатывает поступающие сигналы.
Loading...