Визначення порогу чутності аудіометричним методом

Мета роботи: досліджувати спектральну чутливість вуха на порозі чутності, ознайомитися з роботою клінічного аудіометра.

Контрольні питання для підготовки до лабораторної роботи

1. Диференціальне рівняння незгасаючих гармонійних коливань. Зсув, швидкість і прискорення при гармонійних коливаннях. Зміна енергії при гармонійних коливаннях.

2. Диференціальне рівняння затухаючих гармонійних коливань. Коефіцієнт загасання. Декремент загасання.

3. Вимушені коливання. Явище механічного резонансу. Автоколивання.

4. Складне коливання і його гармонійний спектр.

5. Хвилі в пружному середовищі. Рівняння хвилі. Потік енергії хвилі. Вектор Умова.

6. Об'єктивні характеристики звукової хвилі: інтенсивність (сила) звуку, частота, спектр.

7. Суб'єктивні характеристики звуку: гучність, висота тону, тембр.

8. Психофізичний закон сприйняття звуку Вебера-Фехнера.

9. Ультразвук. Інфразвук.

10. Аудіометрія. Криві рівної гучності. Поріг чутності. Аудіограма.

Література для підготовки до лабораторної роботи

1. А.Н. Ремизов, Медицинская и биологическая физика, 1987, гл.7, стр. 130-150, гл. 151-168.

2. А.Н. Ремизов, Курс физики, электроники, кибернетики для медицинских институтов, 1982, гл. 6, стр. 55-82, гл. 7, стр. 82-91.

3. Н.М. Ливенцев, Курс физики, 1978, ч.1, гл. 4, стр. 67-81, гл.5, стр. 82-114.

4. Н.М. Ливенцев, Курс физики, 1974, гл. 3, стр. 73-100, гл. 4, стр. 100-121.

5. И.А. Эссаулова и др., Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике, 1987, стр. 86-89.

6. Б.Т. Агапов и др., Лабораторный практикум по физике, 1982, стр. 113-119.

Додаткові теоретичні відомості

Розрізняють об'єктивні і суб'єктивні характеристики звуку. Об'єктивними характеристиками звуку, як механічної хвилі, є інтенсивність або сила звуку, частота і частотний спектр. Об'єктивні характеристики звуку можуть бути зміряні відповідними приладами незалежно від людини. Враховуючи, що звук є і об'єктом слухового сприйняття, він оцінюється людиною суб'єктивно. Суб'єктивними характеристиками звуку є: гучність звуку, висота, тембр.

Інтенсивність звуку (I) є його енергетичною характеристикою. Вона визначається кількістю енергії (W), яка переноситься звуковою хвилею за одиницю часу t через одиницю площі поверхні S, розміщену перпендикулярно до напряму розповсюдження хвилі:

I=W/(St). (1)

У системі СІ сила звуку, відповідно до формули (1), вимірюється в [ Вт/м2 ].

Нормальне людське вухо сприймає достатньо широкий діапазон інтенсивності звуку: при частоті n = 1000 Гц від Imin=10-12 Вт/м² (поріг чутності) до Imax=10 Вт/м² (поріг больового відчуття), тобто відношення інтенсивностей звуків для цих порогів складає величину 1013. В зв'язку з цим для порівняння інтенсивності звуку зручно ввести логарифмічну шкалу рівнів інтенсивності, тобто порівняти не інтенсивності звуку, а їх логарифми. Рівень інтенсивності звуку Iо, яка відповідає порогу чутливості, приймають за нульовий рівень шкали. Рівень будь-якої іншої інтенсивності звуку I виражають через десятковий логарифм відносин I/Io:

L = lg (I/Iо) (2)

Рівень інтенсивності звуку вимірюють в Белах (Б) або децибелах (дБ).

(Один Бел рівний десяти децибелам 1 Би = 10 дБ).

Перехід від шкали рівнів інтенсивності звуку до абсолютних значень інтенсивності звуку може бути здійснений через значення нульового рівня Io. Так, наприклад, якщо рівень інтенсивності звуку рівний 4 Бел тобто L = lg (I/Iо) = 4 Бел або (I/Iо) = 104, те значення інтенсивності звуку I рівно: I = Iо104 Вт/м². Підставляючи значення Io набудемо значення I,равное I = 10-8 Вт/м².

Суб'єктивна характеристика звуку - гучність Е, яка відповідає об'єктивній характеристиці, - інтенсивності I, не піддається точному кількісному вимірюванню. Проте, на підставі психо-физического закону Вебера-фехнера можна дати кількісну оцінку гучності шляхом порівняння слухової чутливості від двох джерел звуку (або двох різноманітних слухових роздратувань). Згідно із законом Вебера-Фехнера, рівень гучності даного звуку прямо пропорційний логарифму відносин його інтенсивності I до значення інтенсивності звуку Iо, який відповідає порогу чутності (при рівних частотах звукових коливань):

E = klg (I/Io) (3)

де k - коефіцієнт пропорційності, який залежить від частоти n і інтенсивності звуку I.

Якби коефіцієнт k був постійним величиною, то з формули (2) і (3) виходить, що логарифмічна шкала рівнів інтенсивності звуку відповідає шкалі гучності. В цьому випадку гучність звуку, як і рівень інтенсивності звуку, виразився б в Белах або децибелах. Проте, сильна залежність k від частоти звуку і інтенсивності звуку не дозволяє вимірювання гучності звуку звести до простого використання формули (3).

Умовно вважають, що на частоті n = 1 кГц шкали гучності і рівнів інтенсивності звуку співпадають, тобто k = 1 або

Е = L = lg I/Iо (4)

Одиницею шкали гучності також є Бел (Б) або децибел (дБ). Один Бел гучності є зміна рівня гучності тону частотою 1000 Гц при зміні рівня інтенсивності звуку в 10 разів. Для відмінності від шкали рівня інтенсивності децибел в шкалі гучності називають також фоном. Таким чином, рівень інтенсивності звуку частотою 1 кГц в децибелах, який зміряний за допомогою приладу, чисельно рівний гучності цього звуку у фонах. Гучність звуку на інших частотах можна вимірювати, порівнюючи слухове відчуття досліджуваного звуку із слуховим відчуттям звуку частотою 1 кГц. Отримані в результаті таких вимірювань графіки залежностей інтенсивності звуку (I ) від частоти (n) при постійному рівні гучності (E=const) називаються кривими рівнів рівної гучності (рис.1).

Рис.1 Криві рівної гучності для різних інтенсивностей звуку.

 

На рис.1 приведені чотири таких кривих відповідних кривим рівної гучності для нульового рівня чутності (0 фон), для 40, 80 фон і для больового порогу.

Особливе значення має крива нульового рівня гучності, тобто залежність порогу чутності від частоти звуку. Ця крива називається аудіограмой. Метод дослідження гостроти слуху називається аудіометрією (аудіо - звук, метрія - вимірювання). Гострота слуху визначається мінімальною інтенсивністю звуку (або порогом чутності), що сприймається вухом людини. Вимірювання гостроти слуху показали, що у людини поріг чутності значно відрізняється на різних частотах. Так порогові значення інтенсивності на частотах 1000 і 50 Гц відрізняються між собою майже в мільйон разів. Це свідчить про виражену спектральну чутливість вуха на порозі чутності. Зняти аудіограму - це означає визначити поріг чутності для різних тонів з діапазону звукових частот. Отже, аудіограма є безліччю порогових значень інтенсивності звуку на різних частотах. Методи клінічної аудіометрії дозволяють визначити ослаблення слуху у пацієнта і порівняти гостроту його слуху з нормою. Відмінність між зміряним порогом і середньостатистичним порогом нормального слуху, виражене в дБ, характеризує втрату або ослаблення слуху.

Аудіометр включає (див. рис. 2):

Рис.2

Аудіометрія проводиться за допомогою спеціальних апаратів - аудіометрів. По характеру сигналу, яким вимірюється гострота слуху, аудіометри підрозділяються на тональні і мовні, кращі зразки аудіометрів об'єднують функції цих двох типів аудіометрів. При вимірюванні тональним аудіометром гострота слуху оцінюється по порогу чутності чистих тонів. При мовній аудіометрії гострота слуху визначається або порогом чутності мовного сигналу, або порогом розбірливості мовних звуків.

ИС- джерело звукових сигналів, це або генератор звукових частот (ЗГ) для тональних аудіометрів або мікрофон (М) (або магнітофонний запис сигналу) для мовного аудіометра, деякі аудіометри окрім цього містять і генератори шумів;

ВУС - підсилювач звукових сигналів;

П - переривник сигналу, за допомогою якого визначають відсутність у пацієнта слухових галюцинацій;

АТ - аттенюатор, пристрій дозволяє регулювати необхідний рівень сигналу; цей блок може містити вимірника рівня сигналу (ИУ) в дБ або у Вт/м2;

З - випромінювач звуку, він може бути декількох типів: головні телефони або навушники (Т) для повітряної провідності або спеціальний вібратор (У) - для кісткової провідності (кістковий телефон, аналогічний використовуваному в слухових апаратах).

У сучасних аудіометрах є напівавтоматичний запис аудіограми, яка ведеться безперервно на бланку. В процесі дослідження автоматично міняється частота і інтенсивність сигналу, пацієнт замикає кнопку для порогових значень і друкуючий пристрій (або самописець) відзначає його на бланку аудіограми.

Порядок виконання лабораторної роботи

Завдання 1. Зняти аудіограму за допомогою лабораторного макету аудіометра.

1. Ознайомитися з пристроєм лабораторного макету. Основу використовуваного в даній роботі саморобного аудіометра складає звуковий генератор з фіксованими частотами: 125, 250, 500, 1000, 2000,4000, 8000 Гц. Один з регуляторів інтенсивності звуку дозволяє міняти її значення стрибкоподібно, з кроком 10 дБ, а інший - плавно в межах від 0 до 10 дБ. До аудіометра підключаються телефони і мережевий блок живлення, який забезпечує подачу напруги 9-12 В.

2. Включити аудіометр в мережу і прикласти один з навушників до вуха.

3. Перемикач частот встановити в положення 1000 Гц.

4. Ручку ступінчастого регулювання інтенсивності встановити в положення, при якому з'являється слухове відчуття.

5. Встановити ручку плавного регулювання інтенсивності звуку в положення, при якому слухове відчуття зникає. Зафіксувати положення перемикачів інтенсивності звуку, при якому ще чутний звук в телефоні. Дані по пороговій інтенсивності звуку занести в таблицю.

Таблиця. Результати вимірювань порогової інтенсивності

Частота	Рівень інтенсивності звуку [ дБ ]
Гц	десятки	одиниці	сума

 

6. За отриманими даними побудувати аудіограму.

7. Аналогічних досліджень провести для іншого вуха.

Завдання 2. Зняти аудіограму на клінічному аудіометрі АП-02.

1. Ознайомитися з пристроєм поліклінічного аудіометра АП-02. Аудіометр АП-02 конструктивно оформлений у вигляді переносного приладу (рис.3).

1 - перемикач роду робіт - вмикач телефонів повітряної провідності “ В” і кістковій провідності “ К”.

2 - перемикач “ тон-шум” телефонів повітряної провідності.

3 - перемикач інтенсивності маскуючого шуму.

4 - індикаторна лампочка “ мережа”.

5 - клавіша включення апарату в мережу.

6, 8 - перемикач і кнопка " переривання - подача тону ".

7 - кнопка притиску бланка аудіометра.

9 - притиск для фіксації бланка аудіометра.

10 - перемикач частот.

11 - перемикач інтенсивності тону.

12 - перемикач " переговори ".

13 - лампочка відповідей пацієнта.

Рис. 3. Аудіометр АП-02

Визначення слухового відчуття з допомогою АП-02 здійснюється подачею пацієнтові чистих тонів різної частоти і інтенсивності. Реєстрація результатів проводиться на бланку аудіограми шляхом нанесення крапки на місці перетину планок, пов'язаних з перемикачем частоти 10 і інтенсивності звуку 11.

2. Підготувати аудіометр АП-02 до роботи, для чого необхідно:

а) перевірити заземлення;

б) встановити бланк аудіограми під притиск;

в) ручку перемикача робіт 1 перевести в положення “ В”;

г) ручку перемикача інтенсивності маскуючого шуму 3 - в положення “НІ”;

д) ручку перемикача “ переривання-подачі тону” - у напрямі стрілки;

е) включити аудіометр в мережу.

3. Зняти аудіограму, використавши телефони повітряної провідності, для чого необхідно:

а) одягнути телефони повітряної провідності. Перемикач телефонів повітряної провідності поставити в положення, при якому колір напису “ТОН” відповідає кольору навушника з боку досліджуваного вуха. За допомогою перемикача інтенсивності тону подати через телефон чітко чутний пацієнтом тон;

б) зменшити інтенсивність тону пересуванням ручки перемикача ступенями по 5 дБ до тих пір, поки пацієнт не перестане чути тон;

в) повторити 2-3 рази збільшення і зменшення інтенсивності тону, знайти положення перемикача (мінімальну інтенсивність), при якому пацієнт ще чує звук в телефоні;

г) на місці перетину планок на бланку аудіограми поставити крапку. Ця крапка відповідатиме порогу чутності на даній частоті;

д) так само провести дослідження слуху на інших частотах;

е) крапки, що відповідають порогам чутності на різних частотах, з'єднати лінією, внаслідок чого отримаємо аудіограму для досліджуваного вуха.

 

Оформити протокол лабораторної роботи. У нім повинно бути:

а) коротка теоретична частина, що містить опис об'єктивних і суб'єктивних характеристик звуку і одиниць їх вимірювань, би) відомості про аудіометрію, в) таблицю експериментальних вимірювань, г) результати обробки даних і графіки аудіограм, д) виводи за наслідками досліджень.

 

Завдання для самостійної роботи і самоконтролю

1. Що таке звук? Які умови його розповсюдження в середовищі?

2. Вкажіть об'єктивні і суб'єктивні характеристики звуку і відповідність між ними. Вкажіть одиниці їх вимірювань.

3. У чому полягає психо-физическая суть закону Вебера-фехнера?

4. Що називається аудіометрією? Що таке аудіограма?

5. З яких основних частин складається аудіометр?

6. Що означає ослаблення слуху у пацієнта в середньому на 50дБ?

7. Два звуки частотою n= 1000 Гц відрізняються по рівню гучності на 2 Біла. У скільки разів відрізняються їх інтенсивності?

8. Звук, частотою n= 200 Гц проходить деяка відстань в середовищі, при цьому інтенсивність звуку зменшується від I = 10-6 до 10-10 Вт/м2. На скільки при цьому зменшується рівень гучності (до = 1.25 для n = 200 Гц)?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3