Физика слуха. Понятие о звукопроводящей и звуковоспринимающей системах. Физические основы звуковых методов исследования в клинике. Поглощение и отражение звуковых волн

Акустический импеданс.

Звуковое давление р зависит от скорости V колеблющихся частиц среды.

P/V=gc или p=gcV

где g- плотность среды, c – скорость волны в среде.

Произведение gc называется акустическим импедансом.

Физика слуха. Слуховая система получает, перерабатывает и передает информацию. Выделим наружное, среднее и внутреннее ухо. Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода. Ушная раковина не играет существенной роли для слуха. Она способствует определению локализации источника звука.

Обладая двумя звукоприемниками (ушами) человек способен установить направление на источник звука в горизонтальной плоскости (биноуральный эффект). Это объясняется тем, что звук от источника до разных ушей проходит разное расстояние, и возникает разность фаз для волн, попадающих в правую и левую ушные раковины. Если источник звука находится прямо перед лицом человека, то _b=0 и дельта ф=0, если же источник звука расположен сбоку против одной из ушных раковин, то в другую ушную раковину он попадает с запаздыванием.

Кроме фазового различия биноуральному эффекту способствует неодинаковость интенсивностей звука у разных ушей. Звуковая волна проходит через слуховой проход и частично отражается от барабанной перепонки. В результате интерференции падающей к отражающей волн может возникнуть акустический резонанс. Это возникает тогда, когда длина волны в четыре раза больше длины наружного слухового прохода. Длина слухового прохода у человека приблизительно равна 2,3 см. акустический резонанс возникает при частоте V=c/b=3*10²/4*2,3*10^-2=3кГц.

Наиболее существенной частью среднего уха является барабанная перепонка и слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко.

Косточки осуществляют передачу механических колебаний от воздушной среды наружного уха к жидкой среде внутреннего. Основное назначение среднего уха – способность передаче внутреннему уху большей интенсивности звука. Система косточек на одном конце молоточком связана с барабанной перепонкой (площадь S₁=64мм²), на другом стремечком – с овальным окном внутреннего уха (площадь S₂=3мм²). На барабанную перепонку действует звуковое давление р₁, что обуславливает силу F₁=р₁S₁.

На круглое окно внутреннего уха при этом действует сила F2, создающая звуковое давление p2 в жидкой среде. Связь между ними: F₂=p₂S₂.

Система косточек работает как рычаг с выигрышем в силе со стороны внутреннего уха в 1,3 раза у человека.

Функция среднего уха – ослабление передачи колебаний в случае звука большей интенсивности. Это осуществляется рефлекторным расслаблением мышц косточек среднего уха.

Главной частью внутреннего уха является улитка, преобразующая механические колебания в эл-ый сигнал.

Физические основы звуковых методов исследования в клинике

Распространенный звуковой метод диагностики заболеваний – аускультация (выслушивание). Для аускультации используют стетоскоп или фонендоскоп. Фонендоскоп состоит из полой капсулы с передающей звук мембраной, прикладываемой к телу больного, от нее идут резиновые трубки к уху врача. В полой капсуле возникает резонанс столба воздуха, вследствие чего усиливается звучание и улучшается аускультация.

При аускультации легких выслушивают дыхательные шумы, разные хрипы. По изменению тонов сердца и появлению шумов можно судить о состоянии сердечной деятельности.

Для диагностики состояния сердечной деятельности применяют метод, называется фонокардиографией (ФКГ). Этот метод заключается в графической регистрации тонов и шумов сердца. Запись фонокардиограммы производят с помощью фонокардиографа, состоящего из микрофона, усилителя, системы частотных фильтров и регистрирующего устройства.

Отличным от двух выше изложенных методов является перкуссия. В этом методе выслушивают звучание отдельных частей тела при простукивании их. Схематично тело человека можно представить как совокупность газонаполненных (легких), жидких (внутренние органы) и твердых (кость) объемов. При ударе по поверхности тела возникают колебания, частоты которых имеют широкий диапазон. Из этого диапазона одни колебания погаснут довольно быстро, другие же совпадающие с собственными колебаниями пустот, усилятся и вследствие резонанса будут слышимы. Опытный врач по тону перкуторных звуков определяет состояние и топографию внутренних органов.

Понятие о звукопроводящей и звуковоспринимающей системах.

Орган слуха является анализатором звуков, в котором различают звукопроводящую и звуковоспринимающую системы.

Звукопроводящая система включает в себя наружное ухо, среднее ухо и жидкостные среды внутреннего уха.

К звуковоспринимающей системе относят внутреннее ухо и центр слуха коры головного мозга.

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода, закрытого с одного конца барабанной перепонкой. Ушная раковина улавливает звук и участвует в определении локализации источника звука. Звук от источника попадает в наружный слуховой проход в результате дифракции звука на ушной раковине. Это приводит к изменению спектрального состава звуковой волны, попадающей в слуховой проход.

Наружный слуховой проход слегка извилистый канал 2,5-3,0 см. у взрослого человека. Звуковая волна проходит через слуховой проход, частично отражается от барабанной перепонки, и в результате при сложении падающей и отраженной волны может возникнуть акустический резонанс, это происходит при частоте звука 1-4кГц.

Физиологическое значение наружного уха заключается в проведении звуковых волн к барабанной перепонке, которая отделяет наружное ухо от среднего, размер барабанной перепонки составляет 9-10мм., она расположена косо, образуя угол в 120-140 градусов к верхней стенке слухового прохода. Благодаря конусовидной форме и неодинаковому натяжению, барабанная перепонка обладает собственным резонансом, вследствие чего она передает звуковые волны разной частоты одинаково без искажения.

Среднее ухо состоит из ряда сообщающихся полостей – барабанной полости, воздухоносных ячеек сосцевидного отростка и слуховой трубы. Внутренняя стенка барабанной полости является наружной стенкой внутреннего уха. Среднее ухо соединяется с атмосферой через слуховую трубу.

Через систему слуховых косточек (молоточек, наковальня и стремечко) среднее ухо трансформирует звуковые колебания воздуха в звуковые колебания жидкой среды внутреннего уха. Среднее ухо является защитным устройством для внутреннего уха от звуков большей интенсивности.

Внутреннее ухо размещено в пирамиде височной кости, содержит систему полостей с заключенными в них рецепторными структурами органа слуха и вестибулярного аппарата. Внутреннее ухо называется лабиринтом. В лабиринте различают преддверие, улитку и полукружные каналы.

Один из каналов начинается от овального окна – называется вестибулярной лестницей, другой от круглого окна – называется барабанной лестницей. Эти каналы соединены в область купола улитки маленьким отверстием – геликотремой. Эти каналы наполнены перилимфой. Между улитковым каналом и барабанной лестницей проходит основная базилярная мембрана.

На ней находится спиральный (Кортиев) орган, содержащий механочувствительные рецепторные кл-ки, Кортиев орган и является преобразователем механических колебаний в электрические сигналы.

Во внутреннем ухе колебания мембраны овального окна вызывают колебания перилимфы, которые в свою очередь приводят к сложным колебаниям базилярной мембраны. В результате этих колебаний происходит раздражение волосковых клеток и как следствие, генерация электрических сигналов, несущих информацию о характеристиках звуковой волны в центр слухового восприятия коры головного мозга.

Таким образом, во внутреннем ухе прослеживается определенная ф-ная цепь: колебания мембраны овального окна, колебания перилимфы, сложные колебания основной базилярной мембраны, раздражение волосковых клеток, генерация электрического сигнала.

Поглощение и отражение звуковых волн

Звуковыми волнами или звуком называются продольные механические волны с частотой от 16 до 20000Гц, распространяющиеся в упругих средах.

Уравнение звуковой волны:

S=Acos w(t-x/c)

S – смещение колеблющейся частицы среды относительно положения равновесия

A – амплитуда колебаний

W – круговая частота колебаний

x – координата колеблющейся частицы среды

c – скорость распространения звуковой волны

Волновое сопротивление – важнейшая характеристика среды, определяющая условие отражения и преломления волн на ее границе.

Представим, что звуковая волна попадает на границу раздела двух сред. Часть волны отражается, а часть – преломляется. Преломленная волна может поглотиться во второй среде, а может выйти из нее.

Предположим, что плоская волна падает нормально к границе раздела, интенсивность ее в первой среде I₁, интенсивность преломленной (прошедшей) волны во второй среде I₂.

B=I₁/I₂ – коэффициент проникновения звуковой волны

Рэлей показал, что коэффициент проникновения звука определяется формулой

B=L c₁p₁/c₂p₂ / ((c₁p₁/c₂p₂)+1)²

Получаем, что B=1 если c₁p₁₌c₂p₂

При равенстве волновых сопротивлений двух сред звуковая волна пройдет границу раздела без отражения.

Дата добавления: 2014-01-04