Martyna Witkowska Weronika Wirtek Grupa: 13 Grupa zajęciowa: 8 SPRAWOZDANIE nr 2 Temat: Podstawy biofizyki zmysłu słuchu. Badanie progu pobudliwości ucha ludzkiego. Drgania mechaniczne (wibracje) są to zmiany wielkości fizycznej występujące w funkcji czasu i polegające na tym, że jej wartości są na przemian rosnące i malejące względem pewnego poziomu odniesienia. Wibracje są niskoczęstotliwościowymi drganiami akustycznymi rozprzestrzeniającymi się w ośrodkach stałych. Fala mechaniczna - fala rozchodząca się w ośrodkach sprężystych poprzez rozprzestrzenianie się drgań tego ośrodka. Przykładami fal mechanicznych są fale morskie, fale dzwiękowe, fale sejsmiczne. a) Powstawanie oraz mechanizm rozchodzenia: - powstaje na skutek wychylenia fragmentu ośrodka sprężystego z położenia równowagi, co następnie powoduje drgania fragmentu wokół tego położenia; - drgający fragment będzie oddziaływał na sąsiadujące fragmenty, pobudzając je do takich samych drgań. W ten sposób fala będzie przemieszczało się w ośrodku. b) Własności fali mechanicznej: odbicie, załamanie, prostoliniowe rozchodzenie się fali w ośrodkach jednorodnych, dyfrakcja. c) Równanie fali harmonicznej (płaskiej). Falę harmoniczną - opisuje równanie fali biegnącej, które jest rozwiązaniem równania falowego w jednym wymiarze (wzdłuż np. osi z). Wielkością drgającą jest pewna wielkość fizyczna y (np. wysokość nad poziomem morza, gęstość, natężenie pola elektrycznego). Dla fali o okresie T i długości rozwiązanie równania falowego można przedstawić w postaci: wzór uproszczony: gdzie: A amplituda fali T okres drgań, długość fali, częstość kołowa zwana krótko częstością lub pulsacją fali k liczba falowa, Ć faza początkowa. W przypadku, gdy fale mają tą samą częstotliwość i poruszają się w przeciwnych kierunkach, występuje stacjonarne zjawisko falowe, przy którym ruch cząsteczek w różnych punktach pola falowego jest różny, ale pole jako całość pozostaje niezmienne. Takie fale nazywamy falami stojącymi. Interferencja fal - zjawisko powstawania nowego, przestrzennego rozkładu amplitudy fali (wzmocnienia i wygaszenia) w wyniku nakładania się dwóch lub więcej fal. Warunkiem interferencji fal jest ich spójność. Fala stojąca - fala, której grzbiety i doliny nie przemieszczają się. Powstaje na skutek interferencji dwóch takich samych fal poruszających się w przeciwnych kierunkach. Zwykle efekt ten powstaje np. poprzez nałożenie na falę biegnącą fali odbitej. Fala akustyczna - to rozchodzące się w ośrodku zaburzenie gęstości (i ciśnienia) w postaci fali podłużnej, któremu towarzyszą drgania cząsteczek ośrodka. Falą akustyczną nazywa się zarówno falę, która powoduje wrażenie słuchowe (dzwięk), jak i fale o częstotliwościach i amplitudach przekraczających zakres ludzkich zmysłów, ponieważ właściwości fizyczne tych fal są bardzo podobne. Równanie fali akustycznej : Dla fal akustycznych w powietrzu, przy prędkości dzwięku v w m/s, obowiązuje wzór: Nie można przyjąć stałej wartości prędkości dzwięku, ponieważ zależy ona od temperatury. gdzie : - f - częstotliwość - - długość fali - - prędkość fazowa fali Dzwięki ze względu na częstotliwość f dzielimy na: - infradzwięki (f < 16 Hz); - dzwięki słyszalne (16 Hz < f < 20 kHz); - ultradzwięki (f > 20 kHz); - hiperdzwięki (f > 1 GHz). Krzywa izofoniczna (izofona) jest to krzywa łącząca punkty określające poziom natężenia dzwięków o różnych częstotliwościach wywołujących to samo wrażenie słuchowe. Zjawisko rezonansu zjawisko fizyczne, zachodzące dla drgań wymuszonych, objawiające się pochłanianiem energii poprzez wykonywanie drgań o dużej amplitudzie przez układ drgający dla określonych częstotliwości drgań. Efekt Dopplera zjawisko obserwowane dla fal, polegające na powstawaniu różnicy częstotliwości wysyłanej przez zródło fali oraz zarejestrowanej przez obserwatora, który porusza się względem zródła fali. Dla fal rozprzestrzeniających się w ośrodku, takich jak na przykład fale dzwiękowe, efekt zależy od prędkości obserwatora oraz zródła względem ośrodka, w którym te fale się rozchodzą. Ucho składa się z trzech części: ucha zewnętrznego, ucha środkowego oraz ucha wewnętrznego. Ucho zewnętrzne i środkowe odpowiadają głównie za słuch, ucho wewnętrzne zawiera także elementy odpowiedzialne za równowagę. Elementy odpowiedzialne za słuch : Okienko owalne (przedsionka) , Okienko okrągłe, Ślimak. Dzięki małżowinie usznej dzwięki z naszego otoczenia wpadają do kanału słuchowego, gdzie wprawiają w ruch błonę bębenkową i przedostają się dalej ślimakiem do nerwów słuchowych. Dolna granica słyszalności (również próg słyszalności, próg absolutny, próg detekcji sygnału) jest określona przez poziom ciśnienia akustycznego, przy którym ucho zaczyna odbierać wrażenia dzwiękowe. Poziom ten zależy od częstotliwości. Statystycznie ucho jest najbardziej czułe dla tonu o częstotliwości ok. 4 kHz. Dla tonu o częstotliwości 1 kHz definiuje się nominalną wartość odniesienia ciśnienia akustycznego. Jest ona określona na poziomie 20 Pa, co odpowiada natężeniu dzwięku 10- 12 W/m2. Próg bólu wartość ciśnienia akustycznego, przy której jest odczuwany ból ucha. Jest ona słabo zależna od częstotliwości i wynosi 140 dB dla dzwięków sinusoidalnych oraz 120 dB dla szumów. Audiometria obiektywna- jest to badanie słuchu, podczas którego pacjent jest wyłączony z czynnego udziału, a badania polegają na rejestracji potencjałów elektrycznych w układzie nerwowym (np. pniu i korze mózgu), a w najprostszym przypadku jest to obserwacja potencjałów elektrycznych na powierzchni czaszki w okolicy ośrodka słuchu. Audiometria subiektywna- jest to badanie słuchu, podczas którego pacjent potwierdza fakt słyszenia poszczególnych dzwięków podawanych przez badającego. Ogólnie w audiometrycznym badaniu słuchu chodzi o to, aby sprawdzić próg słyszalności człowieka z zaburzeniami słuchu. Dzwięk można rozpatrywać w aspekcie fizycznym, tzn. jako falę akustyczną wywołującą zjawisko słuchowe lub w aspekcie psychologicznym, jako wrażenie słuchowe wywołane przez tą falę. W związku z tym rozróżnia się cechy dzwięku fizyczne (obiektywne) oraz psychologiczne (subiektywne). Cecha obiektywna (fizyczna) Cecha subiektywna (psychologiczna) nazwa Symbol jednostka nazwa Częstotliwość Hz wysokość Głośność (poziom Natężenie W/m2 natężenia) Widmo E= f () barwa Prawo Webera-Fechnera prawo wyrażające relację pomiędzy fizyczną miarą bodzca a reakcją zmysłu. Mówi ono, że odpowiedz układu biologicznego zależy nie od bezpośredniej wielkości a od względnej zmiany działającego bodzca. gdzie: - W wrażenie zmysłowe, - k doświadczalnie wyznaczany współczynnik proporcjonalności, - B wielkość bodzca, - B0 wielkość bodzca porównawczego. W zależności od rozpatrywanego rodzaju bodzca, przyjmuje się odpowiedni bodziec porównawczy, zwykle umowną, najniższą wartość bodzca rejestrowaną przez dany zmysł. Na przykład, gdy bierzemy pod uwagę natężenie dzwięku, bodzcem porównawczym będzie próg słyszalności, czyli 10-12w/m2. Cechy dzwięku: - fizyczne (obiektywne): częstotliwość, natężenie, widmo; - psychologiczne (subiektywne): wysokość, głośność, barwa dzwięku. Poziom natężenia dzwięku - logarytmiczna miara natężenia dzwięku w stosunku do pewnej umownie przyjętej wartości odniesienia, wyrażana w decybelach. Wielkość ta wyznaczana jest ze wzoru: gdzie: - L poziom natężenia dzwięku; - I natężenie dzwięku; - I0 wartość odniesienia, wynosząca 10 12 W/m2. Poziom natężenia dzwięku wyraża się w belach (B) lub decybelach (dB); 1B= 10dB. Poziom natężenia dzwięku o dowolnej częstotliwości jest równy 1B, jeżeli jego natężenie I jest 10-krotnie większe niż natężenie wzorcowe I0 : Nateżenie dzwięku: I = P/4Ąr2 gdzie: I natężenie; P moc; r odległość zródła od dzwięku. Próba Rinnego - określa czas słyszenia drgań widełek ustawionych kolejno na wyrostku sutkowatym (przewodnictwo kostne) i przy małżowinie (przewodnictwo powietrzne). Słyszenie polega na odbiorze fal akustycznych we właściwym receptorze znajdującym się w uchu wewnętrznym (narząd Cortiego). Podczas wsłuchiwania się w dzwięk kamertonu przy przyłożeniu go do wyrostka sutkowego odbierane są drgania przewodzone przez kość. Podczas przełożenia kamertonu do przodu i słuchania dzwięku tuż przy przewodzie słuchowym zewnętrznym słyszalne jest drganie widełek kamertonu w powietrzu. Są to dwa typy przewodnictwa dzwięków: pierwszy to tzw. przewodnictwo kostne, drugi zaś typowe przewodnictwo powietrzne. W przypadku prawidłowo słyszącego ucha dzwięki wytwarzane przez kamerton znajdujący się w okolicy ujścia przewodu słuchowego zewnętrznego (przewodnictwo powietrzne) słyszane są lepiej (dłużej), niż dzwięki wytwarzane przez kamerton przyłożony do wyrostka sutkowatego (przewodnictwo kostne). Wynik ten określamy jako próba Rinnego dodatnia. W przypadku niedosłuchu przewodzeniowego, przewodnictwo kostne pozostaje mniej upośledzone, dzięki czemu dzwięki kamertonu przystawionego do wyrostka sutkowatego słyszane są lepiej (dłużej), niż dzwięki przenoszone drogą przewodnictwa powietrznego. Wynik takiej próby określamy jako próba Rinnego ujemna. W niedosłuchu czuciowo-nerwowym przewodnictwo powietrzne upośledzone jest w równym stopniu jak przewodnictwo kostne przez co wynik próby Rinnego jest dodatni. W niektórych przypadkach wynik badania może być fałszywie ujemny. W celach przesiewowej diagnostyki próba Rinnego powinna być zawsze wykonywana wraz z próbą Webera, gdyż tylko połączenie wyników obu prób pozwala na ustalenie wstępnej diagnozy. Obustronnie dodatnia próba Rinnego wraz z lateralizacją Webera do jednego ucha wskazuje na niedosłuch czuciowo-nerwowy w uchu przeciwnym do lateralizacji (słabszym). Ujemna próba Rinnego wraz z lateralizacją Webera do tego samego ucha wskazuje na niedosłuch przewodzeniowy we wskazanym uchu. Natężenie dzwięku - jest to energia E przenoszona w jednostce czasu t przez jednostkę powierzchni S prostopadłej do kierunku przenoszenia: Poziom natężenia dzwięku - jest to logarytmiczna miara natężenia dzwięku, służy ona do porównań natężenia dzwięku lub odpowiadających im ciśnień akustycznych: gdzie: L - poziom natężenia dzwięku, I - natężenie dzwięku, którego poziom natężenia określamy, I - natężenie wzorcowe. Poziom natężenia wyraża się w belach (B) lub decybelach (dB) ; 1B= 10dB Ucho lewe Ucho prawe v U=k(v)f v U=k(v)f Hz V Hz V Wejściówka M5 1.Co nazywamy falą akustyczną. Podać i omówić równanie fali płaskiej. Jaki jest mechanizm rozchodzenia się fali akustycznej w ośrodku 2. Od czego i w jaki sposób zależy prędkość fali. Obliczyć długość fali o częstości 5 MHz, rozchodzącej się w ośrodku z prędkością 340m/s 3. Wymienić i omówić obiektywne i subiektywne cechy dzwięku. Zdefiniować natężenie dzwięku, określić jego jednostkę. 4.Oblicz poziom natężenia dzwięku w punkcie odległym od zródła o 1000 cm, jeżeli moc zródła wynosi 4Ą mW. Natężenie odniesienia wynosi 10-12 W/m2. 5. Co nazywamy progiem pobudliwości ucha ludzkiego. Omówić różnice w przewodnictwie kostnym i powietrznym.