Uniwersytet Medyczny w Łodzi
Wydział Wojskowo-Lekarski
Laboratorium z Biofizyki
Audiometryczne badanie słuchu
Audiometryczne badanie słuchu
Część teoretyczna
Obiektywne i subiektywne cechy dźwięku
Dźwięk, fala akustyczna rozchodząca się w ośrodku sprężystym lub wrażenie słuchowe
wywołane tą falą. Przyjmuje się, że człowiek słyszy dźwięki o częstościach od 16 Hz do 20
kHz. Drgania o mniejszej częstości to infradźwięki, a o wyższej ultradźwięki. Najłatwiej
słyszalne są dźwięki o częstości ok. 1000 Hz.
Cechy dźwięku:
1. Obiektywne:
· Natężenie (I)
· Poziom natężenia dźwięku (L)
· Częstotliwość
· Struktura widmowa
2. Subiektywne:
Wysokość dźwięku
Barwa dźwięku
Propagacja fali dźwiękowej w różnych ośrodkach
Rozchodzenie się fal akustycznych
W zależności od kierunku drgania cząstek względem kierunku rozchodzenia się fali
rozróżniamy fale podłużne oraz poprzeczne. W przypadku fal podłużnych cząstki drgają w
kierunku rozchodzenia się fali. Fale podłużne rozchodzić się mogą zarówno w ośrodkach
ciekłych, jak i w ciałach stałych. Dla fal poprzecznych kierunek drgań cząstek jest
prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali. Fale poprzeczne mogą rozchodzić się tylko w
ciałach stałych. Wyjątek stanowią tzw. fale powierzchniowe, które mogą rozchodzić się na
powierzchni cieczy (np. fale na wodzie). Najprostszym rodzajem zaburzenia jest zaburzenie o
przebiegu sinusoidalnym
p = pmsin 2pif
gdzie f jest częstotliwością drgań,
p - amplitudą.
Ciśnienie akustyczne zaburzenia sinusoidalnego w odległości x od źródła fali akustycznej
wynosi
p = pmsin 2pif(t - ta)
gdzie ta jest czasem przejścia zaburzenia od źródła do punktu a.
ta = a/c
Ze zmianą odległości zmieniać się będzie faza p czoła fali, która wynosi
p = 2pi fa/c
Interferencja
Przy rozchodzeniu się w ośrodku kilku fal o tej samej częstotliwości, cząstki w
poszczególnych punktach ośrodka drgają z amplitudami wypadkowymi powstałymi z
sumowania się ciśnień akustycznych wywołanych działaniem wszystkich źródeł zaburzeń, z
uwzględnieniem odpowiednich przesunięć fazowych wynikających z różnicy dróg. Jest to
zjawisko nakładania się fal, czyli interferencji fal.
Dyfrakcja
Dyfrakcja to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali.
Poziom natężenia i poziom głośności dźwięku
Wielkość wyznaczana jako energia fali dźwiękowej dzielona przez czas i powierzchnię, przez którą ta energia przenika nazywana jest natężeniem fali dźwiękowej:
I = W / t*S = P / S
Tutaj:
I - natężenie dźwięku - jednostką jest [W/m2].
t - czas w sekundach [s]
S - pole powierzchni, na którą pada energia dźwiękowa wyrażone w [m2].
P - moc fali dźwiękowej w watach [W]
Prawo Webera - Fechnera
Empiryczne prawo fizjologii określające skalę reakcji ludzkich
zmysłów (wzroku, słuchu) na bodźce fizykalne. Zgodnie z nim zmysły reagują na zmianę
bodźca o określony procent jego aktualnego poziomu (np. wzrok reaguje na wzrost natężenia
oświetlenia o 1%). Rezultatem prawa Webera-Fechnera są logarytmiczne skale służące do charakterystyki tych zjawisk fizykalnych, których opis pierwotnie oparty był na subiektywnym odczuciu ich wielkości (bel, fotometryczna skala wielkości gwiazdowych).
Biofizyka zmysłu słuchu
Ucho zewnętrzne (przewód słuchowy) - jednostronnie zamknięty błoną bębenkową cylinder
w którym powstaje fala stojąca. Ze względu na rozmiary kanału słuchowego najlepiej
transmitowane (wzmacniane) będą dźwięki o częstotliwości:
f = 3173 Hz
v = 330 m/s, l = 26 mm.
Wzmocnienie dźwięku w kanale słuchowym wynosi około 15 dB.
Ucho środkowe składa się z trzech kosteczek: młoteczka, kowadełka i strzemiączka. Kosteczki przenoszą drgania powietrza do cieczy wypełniającej ucho wewnętrzne. Efekt wzmocnienia osiągany jest dzięki różnicy w powierzchni błony bębenkowej i okienka owalnego oraz dzięki efektowi dźwigni.
Całkowite wzmocnienie w uchu środkowym wynosi około 50 dB.
Mięśnie występujące w uchu środkowym pozwalają na ograniczenie dostępu do ucha
wewnętrznego dźwiękom o zbyt wielkim natężeniu (amplitudzie).
Podstawy audiometrii
Audiogram wykonuje się mierząc ubytek słuchu dla generowanych częstotliwości z zakresu
125 - 10000 HZ (odpowiednio: 125, 500, 1000, 2000, 3000, 4000, 6000, 8000, 10000 Hz).
Przyjmuje się, że głuchotę oznacza ubytek na poziomie 120 dB.
Audiolog robiąc badanie generuje z urządzenia dźwięki odpowiadające w/w częstotliwościom, dla każdej częstotliwości generowany jest dźwięk o określonej mocy (w przedziale co 10 dB). Gdy osoba badana zareaguje na generowany dźwięk, ustala się jego najmniejszą słyszaną wartość w dB - nazywaną progiem słyszenia dźwięku.
Izofony
Izofona jest krzywą o takiej samej głośności dźwięku. Jeżeli porównuje się ze sobą dźwięki o różnych wysokościach ( częstotliwości ) i ustawi taką samą ich głośność, wtedy można dla wszystkich słyszalnych wysokości tonu ustalić punkty w polu słuchowym o jednakowej głośności. Jeżeli punkty te połączy się ze sobą, to otrzymujemy wtedy krzywą o takiej samej głośności = izofonę.
Próg słyszalności najmniejsze natężenie dźwięku przy danej częstotliwości, które jest jeszcze
słyszane.
Próg bólu największe natężenie dźwięku przydanej częstotliwości, które jest jeszcze
słyszane.
Ultradźwięki
Fale akustyczne o częstotliwości wyższej niż 16 kHz (tj. przekraczającej
górny próg słyszalności dla człowieka) i niższej od 100 MHz (hiperdźwięk). W naturze
ultradźwięki emitowane są przez niektóre ssaki (m.in. nietoperze i delfiny)
i wykorzystywane przez nie do echolokacji.
Analogiczne zastosowanie znajdują ultradźwięki w technice. Ponadto, ze względu na silną
zależność właściwości rozchodzenia się ultradźwięków w danym ośrodku od jego budowy,
służą one do badania struktury różnych ciał, m.in. organizmów żywych (tzw.
ultrasonografia). Zogniskowanych wiązek ultradźwięków używa się do odrywania ciał
stałych z bardziej elastycznego podłoża (usuwanie kamienia nazębnego, rozbijanie kamieni
nerkowych, oczyszczanie powierzchni metali przed lutowaniem itd.).
Infradźwięki
Fale akustyczne (dźwięk) o częstotliwości mniejszej od 20 Hz. Infradźwięki
nie są słyszane przez człowieka, lecz przy odpowiednim poziomie ciśnienia akustycznego
mogą oddziaływać powodując zaniepokojenie, nudności itp.
W naturze towarzyszą eksplozjom, trzęsieniom ziemi, wyładowaniom atmosferycznym itp.
Infradźwięki są słabo tłumione w skorupie ziemskiej i w wodzie, mogą się rozchodzić na
znaczne odległości.
Część praktyczna
Badanie audiometryczne w laboratorium pozwoliło mi określić krzywe progowe dla mojego prawego i lewego ucha.
Jak widać z audiogramu krzywe te nie są jednakowe. Ucho lewe wychwytuje fale o niższej wartości poziomu natężenia dźwięku niż ucho prawe.
Przeprowadzony pomiar może być obarczony błędem niepewności, co spowodowane było niezachowaniem warunku, polegającego na absolutnej ciszy w pomieszczeniu, w którym bada się słuch za pomocą audiometru.
1