Методические указания к работе (рекомендации)

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Звук представляет собой колебания с частотой от 16 Гц до 20 кГц.

Энергетической характеристикой звука является интенсивность, т.е. поток энергии волн, отнесённых к площади, ориентированной перпендикулярно направлению распространения волн в единицу времени:

I= , где

W - энергия волн, переносимая через данную площадку,

S – площадь,

t – время.

На практике для оценки звука удобнее использовать не интенсивность, а звуковое давление, дополнительно возникающее при прохождении звуковых волн в жидкой или газообразной среде.

Для плоской волны интенсивность связана со звуковым давлением соотношением:

I= , (1)

где - плотность среды,

V – скорость звука,

Р – звуковое давление.

Нормальное человеческое ухо воспринимает довольно широкий диапазон интенсивностей звука: так, например, на частоте 1кГц от I =10 Вт/м или р =2*10 Па (порог слышимости) до I =10 Вт/м или р =60 Па (порог болевого ощущения). Отношение этих интенсивностей равно 10 , поэтому удобнее использовать логарифмические единицы и логарифмическую шкалу. Шкала уровней интенсивностей звука создаётся следующим образом: значение I принимают за начальный уровень шкалы, любую другую интенсивность I выражают через десятичный логарифм её отношения к I :

L =lg , (2)

где L - уровень интенсивности данного звука в белах. 1 Бел уровня интенсивности соответствует увеличению интенсивности по сравнению с эталонным 10 раз.

Подставив (1) в (2), получим для звукового давления:

L =2lg .

Обычно уровень интенсивности выражают в децибелах (дБ). 1 дБ=0,1 Б и тогда

L =10*lg .

Для звукового давления:

L =20*lg .

Под порогом слухового ощущения понимают наименьшую интенсивность звука данной частоты, который ещё воспринимается человеческим ухом. Различные области звукового диапазона воспринимаются ухом неодинаково. Лучше всего слышны звуки средних частот, в особенности в зоне 800 – 2000 Гц, хуже – крайние частоты звукового диапазона: ниже 50 Гц, выше 10000 Гц. Острота слуха зависит от возраста: наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 20 – 30 лет. С увеличением возраста диапазон воспринимаемых частот постепенно сужается, сначала за счёт высоких, а потом и низких частот. К 50 – 60 годам верхняя граница частотного диапазона слуха составляет 10 – 15 кГц, а максимальная чувствительность приходится на 2000 Гц.

Восприятие звуковых частот в виде субъективного ощущения той или иной высоты в значительной мере зависит от интенсивности звуковых колебаний. Субъективной физиологической характеристикой звука является его громкость Е, которая характеризует уровень слухового ощущения. В основе измерения громкости лежит психофизический закон Вебера – Фехнера. Согласно ему при увеличении раздражения в геометрической прогрессии ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии. Из этого закона следует, что громкость звука пропорциональна логарифму отношения интенсивностей звуков:

E=k*lg ,

где I – интенсивность звука; I - интенсивность звука на пороге слышимости; k – некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности. Громкость выражают в фонах (фон). Принято считать, что на частоте 1 кГц шкалы громкости и уровня интенсивности совпадают. В этом случае k = 1 и 1 фон = 1 дБ. Переход от L (децибелы) к Е (фоны) для чистых тонов с частотами, отличными от 1 кГц, осуществляются по изофонам (А.Н. Ремизов, Медицинская и биологическая физика, М., 1987г., стр. 156, рис. 8.4).

Пороги слышимости на различных частотах имеют различное значение. Кривая, показывающая зависимость между порогом слышимости на различных частотах и соответствующими частотами, называется аудиаграммой.

Знание порогов слышимости на различных частотах важно для постановки правильного диагноза, поскольку позволяет в ряде случаев определить локализацию патологических изменений органа слуха (среднее и внутреннее ухо) и определить возможности оперативного вмешательства.

В предстоящей работе проводится определение порогов слышимости на различных частотах и строится аудиаграмма для самого студента, выполняющего данную работу.

Построение аудиаграммы выполняется в полулогарифмическом масштабе: частота откладываются по оси абсцисс в логарифмическом масштабе, а соответствующие им пороги слышимости – в линейном масштабе по оси ординат.

Логарифмический масштаб или логарифмическая шкала.

Логарифмическая шкала – это шкала, размеры делений которой равны логарифмам чисел, а обозначены они самими этими числами. Прежде чем строить шкалу в логарифмическом масштабе, необходимо найти логарифмы частот, для которых в процессе работы будут найдены пороги слышимости:

Частота, Гц	15000	12000	10000	8000	4000	2000	1000	400	100	50
Логарифм частоты	4,18	4,08	4,00	3,90	3,60	3,30	3,00	2,60	2,00	1,70

На рисунке 1 в десятичном масштабе отложены логарифмы частот. На рисунке 2 отложены частоты в логарифмическом масштабе. Сопоставим эти оси. Штрих 1 на рисунке 1 соответствует штриху 10 на рисунке 2. Действительно, lg10 = 1. Штрих 3 на рисунке 1 соответствует штриху 1000, ведь lg1000 = 3. Таким образом, чтобы отложить частоту 50 Гц в лога рифмическом масштабе, нужно найти точку 1,70. Она будет соответствовать частоте 50Гц в логарифмическом масштабе. Конечно, ось «логарифм частоты в десятичном масштабе» на графике отражать не нужно. Рисуем сразу ось «частот в логарифмическом масштабе», откладываем на ней логарифмы частот, а подписываем сами частоты, как на рисунке 2.

Принцип действия генератора ГЗ – 33.

Звуковой генератор состоит из блока питания, генератора электрических колебаний звуковой частоты, усилителя, схемы регулирования выходного напряжения и вольтметра.

Принцип действия генератора заключается в следующем: звуковой генератор вырабатывает электрические колебания звуковой и ультразвуковой частоты. Частота генератора изменяется плавно с помощью ручки плавного изменения частоты и ступенями с помощью переключателя, ручка которого на передней панели обозначена «множитель». Синусоидальные колебания усиливаютя затем двухтактным усилителем и поступают на выход генератора. Выходное напряжение может быть уменьшено с помощью специального устройства, называемого аттенюатором (ослабителем).