Описание лабораторного метода

Снятие спектральной характеристики

Уха на пороге слышимости

Цель работы: 1. Изучить характеристики звуковой волны.

2. Познакомится с основами аудиометрии.

 

Литература

1. [ 1 ], §§ 8.1 - 8.3, 8.5.

2. [ 2 ], т. 1, §§ 26, 28 - 30.

 

Вопросы входного контроля

1. Что представляет собой звук? Укажите физические характеристики звука.

2. Перечислите характеристики слухового ощущения и укажите их связь с физическими.

3. Сформулируйте закон Вебера - Фехнера.

4. Укажите единицы уровня интенсивности и громкости звука.

5. Что называется аудиометрией?

6. Что представляет из себя кривая равной громкости?

7. Каковы физические свойства устройства органов слуха человека?

 

Краткая теория

Звук - механическая волна с частотой колебаний от 16 Гц до 20 кГц. Звуковые волны воспринимаются человеческим ухом.

Субъективной характеристикой звука является громкость (Е), которая характеризует уровень слухового ощущения. Слуховое ощущение обусловлено чувствительностью уха к действию звуковой волны. Чувствительность, в свою очередь, зависит от физических характеристик звуковой волны: n - частоты колебаний и I - интенсивности. Интенсивность (I)-энергетическая характеристика звуковой волны, численно равная плотности потока энергии, переносимой волной. Единица измерения интенсивности - Вт/м .

Диапазон интенсивностей, воспринимаемых человеческим ухом, довольно широк. Так при частоте 1000 Гц верхняя граница интенсивности (болевое ощущение) в 10 раз больше нижней границы (порог слышимости).

Для удобства в шкале уровней интенсивности используются логарифмические относительные единицы. В этом случае уровень интенсивности обозначается L^­_Б и L_ДБ:

 

- уровень интенсивности в белах

-уровень интенсивности в децибелах,

 

где I - интенсивность звука с частотой 1000 Гц на пороге слышимости в (Вт/м²), принимаемая за начальный уровень шкалы, I - интенсивность звука на других частотах в (Вт/м ).

Громкость звука согласно психофизическому закону Вебера-Фехнера пропорциональна уровню его интенсивности:

 

или ,

 

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты, интенсивности и индивидуальных особенностей уха.

 

Единица измерения громкости - фон. Принято считать, что на частоте 1000 Гц громкость в фонах равна интенсивности, измеренной в децибелах (), т.е. k = 1. На других частотах связь через коэффициент пропорциональности: .

 

Характер зависимости громкости от интенсивности и частоты можно оценить по кривым равной громкости (рис.1). Эти кривые показывают изменение интенсивности от частоты при постоянном уровне громкости. Нижняя кривая, уровень 0-фон соответствует громкости самых слабых слышимых звуков - порогу слышимости. Верхняя кривая соответствует порогу болевого ощущения.

Для построения кривой равной громкости с помощью звукового генератора создают звук частотой 1000 Гц. В этом случае громкость в фонах равна интенсивности в децибелах, измеренной по прибору.

На других частотах изменяют интенсивность до тех пор, пока не получат ощущение громкости аналогично ощущению на частоте 1000 Гц.

Метод оценки остроты слуха называют аудиометрией. Обычно определяют зависимость интенсивности от частоты при громкости соответствующей порогу слышимости, т.е. Е_Ф = 0. Полученная кривая называется спектральной характеристикой уха на пороге слышимости или аудиограммой.

Система кривых равной громкости дает возможность по 2-м известным величинам из трех (громкость, интенсивность, частота) найти неизвестную.

При сравнении аудиограмм человека с аудиограммой, полученной на основании средних данных у людей с нормальным слухом можно диагностировать заболевание органов слуха.

 

Практическая часть

Приборы: электрический генератор звуковой частоты (20-20000 Гц), головные телефоны, типа ТОН - 2, вольтметр.

 

Описание лабораторного метода

 

Аудиометр представляет собой звуковой генератор чистых тонов различной частоты и интенсивности. На рис. 1 приведена структурная схема.

Основной частью данной установки является генератор электрических колебаний звуковой частоты – ЗГ.

Вольтметр - V необходим для оценки снимаемого напряжения с генератора. В головных телефонах (Т_Ф) происходит преобразование электрических колебаний в звуковые.

 

 

 

Рис. 1. Схема модели аудиометра.

 

Рис. 2. Схема передней панели электрического генератора.

 

1 - множитель частот, служит для 10, 100 и т. д. кратного увеличения частоты, установленного ручкой 2,

2 - ручка установки частоты,

3 - ручка регулировки уровня интенсивности звука,

4 - штекер для подключения наушников.

Поскольку интенсивность звукового сигнала пропорциональна квадрату подаваемого на телефон напряжения от генератора I ~ U , то можно записать:

.

 

Таким образом интенсивность в децибелах L_ДБ можно оценить:

 

= , (1)

где U - напряжение на генераторе, дающее пороговую громкость на частоте 1000 Гц,

U - напряжение на генераторе, дающее пороговую громкость на установленной частоте.

 

Ход работы

Приборы: электрический генератор звуковой частоты в пределах (20-20000 Гц), головные телефоны типа ТОН - 2, вольтметр.

Выполнение работы.

1. Наденьте наушники и включите генератор в цепь.

2. Установите на шкале генератора частоту 1000 Гц.

3. Регулятором уровня интенсивности установите отчетливо слышимый ухом тон.

4. Плавно уменьшая интенсивность, добейтесь пороговой громкости едва различимого, но хорошо узнаваемого тона.

5. Напряжение U при частоте 1000 Гц на пороге слышимости Е = 0 занесите в таблицу 1.

6. По формуле (1) оцените значение интенсивности для частоты 1000 Гц и занесите в таблицу 1.

 

Таблица 1.

 

n, Гц
U, [В] лев.ухо
U, [В] пр.ухо
LДБ лев.ухо
LДБ пр.ухо
LДБ ср. стат.						-10

 

7. Аналогичные измерения напряжения и вычисления L_ДБ провести для частоты 125, 200, 500, 800, 1000, 2000, 3000, 5000, 8000 Гц.

8. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу 1.

9. Повторите действия заданий (2 - 8) для другого уха.

10. По данным таблицы постройте аудиограммы для правого и левого уха.

11. Сравнить полученные данные со среднестатистическими, представленными в таблице 1.

 

 

Вопросы выходного контроля

1. Что можно сказать о громкости звука с физическими характеристиками I₁=60дб, n₁=100Гц, а также I₂=30дб, n₂=1000Гц? Для ответа используйте кривые равной громкости.

2. В каком частотном диапазоне человеческое ухо слышит лучше? Ответ обоснуйте, используя среднестатистическую аудиограмму.

3. Определите интенсивности звуков с частотами n₁=100Гц, n₂=500Гц, n₃=1000Гц, если уровень громкости звуков одинаков и равен Е=40фон?

4. Объясните, как по напряжению, снимаемого с генератора можно судить об интенсивности звукового сигнала, измеряемого в децибелах?

5. Как по аудиограмме на основании теории звукокодирования можно диагностировать нарушения функций областей внутреннего уха?