2.12.3 Вопросы к занятию

1. Что такое звуковые колебания, каковы физические характеристики звука.

2. Какие Вы знаете характеристики слухового ощущения, какова их связь с физическими характеристиками звука.

3. Приведите формулировку закона Вебера-Фехнера применительно к слуховому анализатору.

4. Что такое частотный и динамический диапазон органа слуха, укажите их границы.

5. Что такое порог слышимости, порог болевого ощущения, область слышимости (ответ поясните графиком).

6. Как зависит порог слышимости человеческого уха, от частоты, чем объясняется такая зависимость (ответ поясните графиком).

7. Что такое аудиометрия, как выглядит аудиограмма у здорового человека (ответ поясните графиком).

8. Что такое звукопроводящая система уха.

9. Что такое звуковоспринимающая система уха.

10. Каким образом человеческое ухо анализирует звуки по высоте тона.

11. Назовите основные положения гидродинамической теории слуха.

12. Какова роль косточек среднего уха.

13. Какие Вы знаете звуковые методы исследования в клинике, коротко поясните принципы, на которых они основаны.

14. Что такое перкуссия и аускультация, с какой целью они применяются.

15. Каков механизм действия ультразвука на живую ткань (механическое, термическое, химическое действие).

2.12.4 Теоретическое введение

Аудиометрия это метод исследования остроты слуха, то есть способности человека воспринимать звуки. Звук – это колебания молекул, из которых состоит упругая среда (в данном случае – воздух), распространяющаяся в виде продольной волны с зонами выше или ниже среднего давления. Амплитуда таких изменений давления называется звуковым давлением. Скорость распространения волны в воздухе составляет примерно 335 м/сек. Чтобы звук можно было услышать, он должен превысить определенный уровень звукового давления. Этот слуховой порог зависит от частоты звука. В норме здоровый молодой человек способен слышать в частотных пределах от 16 до 20000 Гц.

Восприятие звуковых волн обеспечивается согласованной работой трех отделов органа слуха: периферическим отделом (среднее ухо), внутренним отделом и центральной слуховой системой. Звуковые волны направляются в слуховую систему через наружный слуховой проход к барабанной перепонке. Мембрана мембранной перепонки замыкает слуховой проход, образуя преграду между ним и средним ухом, в котором находится воздух. Специальная анатомическая система подвижно сочлененных косточек (молоточек, наковальня, стремечко) передает энергию звука во внутреннее ухо. В отличие от среднего, внутреннее ухо заполнено жидкостью (перилимфа) и звуковые колебания передаются в жидкой среде. Рецепторы, расположенные во внутреннем ухе, способны возбуждаться в ответ на изменение давления, вызванное звуковой волной. Возбуждение по центральным отросткам нервных клеток направляется в ЦНС.

Для возбуждения рецепторов внутреннего уха необходимо движение жидкости. Такое движение может быть вызвано не только движением конструкций среднего уха при распространении звука через воздушную среду. Другой путь передачи звуковых колебаний на перилимфу внутреннего уха – колебания костей черепа. Это явление называется костной проводимостью. Хотя в повседневной жизни костная проводимость не так существенна, она широко используется в диагностических целях.

Физические аспекты слуха

Интенсивность звука (Ι) определяется как плотность потока энергии звуковой волны, т.е. количество энергии E, переносимой за одну секунду через единицу площади фронта волны перпендикулярную к направлению распространения волны:

I=E/S*t (1)

[ I ] = Дж/м^{2 *}с = Вт/м² (2)

Звуковое давление P связано с интенсивностью звука I соотношением:

I=P²/(ρ*ύ) (3)

и определяется как максимальное добавочное давление (над средним атмосферным давлением воздуха), образующееся в участках сгущения частиц воздуха в звуковой волне, выражается в Па. При изучении звуков вводится также понятие удельного акустического сопротивления среды Z = ρ*υ, характеризующее ее акустические свойства. В приведенных формулах ρ - плотность среды, υ - скорость звука.

Кроме величин, характеризующих звуковую волну: (интенсивность звука и звуковое давление), к другим физическим параметрам звука относятся частота (период), амплитуда и фаза колебаний. Колебания с частотой меньше 16 Гц не воспринимаются ухом и называются инфразвуком. Механические продольные колебания с частотой выше 20000 Гц не слышны и называются ультразвуком.

Звуки могут быть простыми, состоящими из одного синусоидального колебания (чистые тона, образующиеся при гармоническом колебании среды, например, от камертона), и сложными, характеризующимися колебаниями нескольких различных частот. Сложный тон образуется как результат сложения нескольких простых тонов, когда к основному тону (тону наименьшей частоты) добавляются простые тона - обертоны, которые создают тембр, то есть “окраску” звука.

График такого тона есть сложная периодическая кривая, которая методами гармонического анализа может быть разложена на простые колебания. Совокупность их называется акустическим спектром. Для сложного тона он линейчатый (рис.1).

Шум (треск, шелест и другое) - звук, представляющий собой результат сложения беспорядочно изменяющихся по частоте, длительности и интенсивности сложных тонов. Спектр шума сплошной (рис.2). Звуковой удар - это кратковременное звуковое воздействие, например хлопок или взрыв.

Звуки оцениваются и по субъективному восприятию их слуховым аппаратом. Выделяются так называемые физиологические характеристики звука: высота звука, тембр, громкость. Они связаны с физическими характеристиками.

Высота звука зависит от частоты колебаний. Для сложных тонов она определяется частотой основного тона. Тембр сложного тона зависит от акустического спектра. Громкость звука (уровень слухового ощущения) связана с интенсивностью звука и зависит от амплитуды и частоты колебаний.

_{Аудиометрия основана на том, что объектив­ным физическим характеристикам звука соответствуют субъек­тивные звуковые ощущения человека, между которыми нет простой линейной зависимости.}

_{Объективные и субъективные характеристики звука}

_{Физические характеристики звука Звуковые ощущения}

_{А мплитуда (интенсивность) Громкость}

_{Частота Высота тона}

_{Форма (гармонический спектр) Тембр}

_{Уровень громкости звука Е — это уровень слухового ощуще­ния над порогом слышимости.}

_{Порогом слышимости называют минимальную силу звука, ко­торая вызывает едва различимое слуховое ощущение.}

График зависимости восприятия звука от его интенсивности и частоты колебаний представлен на рис.3. Нижняя кривая называется порогом слышимости. Это наименьшая интенсивность звука данной частоты, вызывающее слуховое ощущение.

Рис. 3. Зависимости восприятия звука от его интенсивности(I) и частоты (f)

Верхняя кривая - порог болевого ощущения. Это наибольшая интенсивность звука данной частоты, вызывающая боль. Таким образом, каждая из этих кривых является кривой одинаковой громкости: верхняя соответствует громкости, вызывающей боль на всех частотах звука, нижняя - порог слышимости.

Для количественного описания остроты слуха вводятся пороговые точки. Порог слышимости - это минимальная интенсивность звука данной частоты ещё воспринимаемая человеческим ухом (или минимальное слуховое давление). Для нормального слуха порог слышимости при частоте 1000 Гц принимается равным:

Iо = 10^-12 Вт/м²; Ро = 2×10^-5Па.

Порог дискомфорта - максимальная интенсивность (звуковое давление) звука данной частоты, не вызывающего неприятных ощущений.

При частоте 1000 Гц порог дискомфорта равен:

I_д = 10^-2Вт/м²; Р_д = 2Па.

Болевой порог - это минимальная интенсивность звука (звуковое давление), начиная с которой возникают болевые ощущения.

При частоте 1000Гц болевой порог

I_б = 10Вт/м²; Р_б = 63Па.

Уровень ощущения тона 1000Гц называется уровнем громкости. Из физиологии известно, что вследствие адаптации для любых органов чувств справедлив психофизиологический закон Вебера - Фехнера.

Для слухового восприятия уровень громкости Е по этому закону прямо пропорционален десятичному логарифму отношения интенсивности данного звука I к её пороговому значению:

Е = k×lg(I/I_о) (4)

Для так называемой стандартной частоты 10³ Гц, к которой человеческое ухо обладает наибольшей чувствительностью, коэффициент пропорциональности k принимают равным 1.

Отношение интенсивностей болевого порога и порога слышимости I_б/I₀ = 10¹³.

Поскольку в формулу для громкости на стандартной частоте Е = lg(I/I_о) входит логарифм отношения интенсивностей звуков, то всю шкалу звукового восприятия удобно разделить на 13 уровней или единиц. Эта единица шкалы называется «бел».

Бел - единица шкалы интенсивности звука, соответствующая изменению уровня интенсивности в 10 раз. Количество n белов, характеризующее уровень силы данного звука, показывает степень, в которую надо возвести 10, чтобы получить число, указывающее во сколько раз интенсивность данного звука I больше интенсивности звука Iо на пороге слышимости:

I/I_о = 10ⁿ или I = I_о×10ⁿ = 10^-12×10ⁿ (Вт/м²). (5)

Если два звука I₁ и I₂ по интенсивности отличаются, например, на α белов, то это означает, что I₁/I2 = 10^α

Логарифмируя, получим;

α = lg(I₁/I₂) (бел)

Если уровень интенсивности звука равен 9 белам, то это означает:

9 = lg(I/I_о) или I = I_о×10⁹

Учитывая значение I0, получаем интенсивность данного звука:

I = 10^-12×10⁹=10^-3 (Вт/м²)

Наряду с белами широко применяются децибелы (дБ). В этом случае α будет равно:

α = 10×lg(I₁/I₂)

Шкала громкости построена в соответствии со шкалой интенсивности звука: тоже 13 уровней или единиц громкости, которые тоже называются белом. Коэффициент k в законе Вебера - Фехнера сильно зависит от частоты и принят за единицу только для тона 10³ Гц. Поэтому число белов по шкале громкости и по шкале интенсивности численно совпадают для этого тона. На практике для оценки уровня интенсивности звука часто используется единица в 10 раз меньше бела, называемая децибелом.

Децибел громкости называется фоном E(фон) = 10×lg(I/I_о)

Таким образом, фон соответствует изменению громкости тона 10³Гц при изменении интенсивности звука на 1 децибел.

_{Для удобства измерений силы звука введена специальная от­носительная шкала уровня интенсивности звука Z, в которой изменению интенсивности в 10 раз соответствует единица шка­лы, называемая белом (Б); 0,1 Б называется децибелом (дБ). Таким образом, весь огромный диапазон интенсивности 10}¹³ _{раз соот­ветствует 130 дБ по относительной шкале.}

Метод аудиометрии, особенности использования в медицинской практике

Для выявления нарушений слуха и локализации повреждений слухового аппарата разработаны многочисленные тесты и методы. Аудиометрия как метод исследования остроты слуха, является одним их основных методов диагностики заболеваний слухового аппарата.

Наиболее важным и широко распространенным клиническим тестом является пороговая аудиометрия. Так как острота слуха определяется, главным образом, порогом восприятия, то этот метод сводится к определению наименьшей силы звука, воспринимаемой человеком при разных частотах. Поскольку исследование проводится при условиях порога слышимости, то метод называется пороговым. При этом на каждой частоте пациент слышит гармонический тон, поэтому метод называется тональным.

Метод тональной пороговой аудиометрии это метод исследования слуха пациента, определяющий потери слуха при повышении уровня звукового давления в сравнении с нормой.

Соответствующие приборы для реализации метода называются аудиометрами, а построенные кривые порога слышимости называются аудиограммами. Аудиограммы представляет собой графическое отображение зависимости уровня порога слышимости (в дБ) от частоты звука (Гц). Типичная аудиограмма, полученная в результате обследования здорового пациента молодого возраста представлена на рис.4. В таб. 1 приведены значения порогов слышимости, принятые международным стандартом ISO/R-226 в норме.

Рис. 4. Нормальная кривая порогов абсолютной слуховой чувствительности

Таблица 1

Частота, Гц	100	200	400	800	1000	2000	3150	5000	8000	12500
Уровень интенсивности, дБ	25,1	13,8	7,2	4,4	4,2	1,0	-3,6	-1,1	15,3	11,6

Потеря слуха у пациента определяется сравнением полученной аудиограммы со стандартной. Потерю слуха принято оценивать по повышению уровня звукового давления пациента по сравнению с нормой (т.е. кривая порога слышимости для больного будет расположена выше, чем для этиологически нормального лица).

Ухудшение слуха или глухота это обычная патология, особенно у пожилых людей. На рис 5 показаны аудиограммы для лиц различного возраста по отношению к норме, уже показанной на рис. 4. Видно, что старческая тугоухость сначала становится заметной в высокочастотном диапазоне. У 60-летних на частоте 8 кГц, в среднем, слух снижается приблизительно на 40 дБ, а на частоте 4 кГц на 30 дБ.

Проблема ухудшение слуха чрезвычайно актуальна в настоящее время, когда наблюдается массовое снижение порогов слуха, особенно у молодежи. Вопрос о патогенезе ранней тугоухости остается открытым, наблюдаемые отклонения слухового восприятия часто связывают с особенностями воздействия внешней среды.

Рис. 5. Прогрессивная возрастная потеря чувствительности на высоких частотах

На рис.6. показана аудиограмма, снятая относительно нулевого уровня для 20-летнего и 60-летнего испытуемых. Видно, что кривая зависимости уровня порога слышимости (в дБ) от частоты звука (Гц) в пожилом возрасте сдвигается вверх. Обычно на практике снимают аудиограммы относительно стандартных порогов. Рис.7. Аудиограммы для лиц 20-летнего и 60-летнего пациентов снятые относительно стандартных порогов интенсивности.

Рис.6. Аудиограммы, снятые относительно нулевого уровня порога слышимости в пожилом возрасте

Рис.7. Аудиограммы для лиц 20-летнего и 60-летнего пациентов снятые относительно стандартных порогов интенсивности

Выполнение работы и составление отчета по лабораторной №12

ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ

И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ