Кафедра медицинской физики

ЯГМА

Кафедра медицинской физики

Лечебный факультет

1 курс

1 семестр

«Акустика»

Составил: Дигурова И.И.

2004 г.

1. Акустика, ее разделы и задачи.

Медицинская акустика.

Акустика – это раздел физики, изучающий вопросы получения, распространения, свойств механических волн, а также их взаимодействие с физическими и биологическими объектами.

Акустика делится на:

- общая акустика (исследует получение и распространение звука, методы звуковых измерений);

- архитектурная акустика изучает вопросы защиты от шумов и получением хорошей слышимости;

- техническая акустика разрабатывает вопросы практического применения звуков в технике;

- биологическая акустика изучает применение звуков живыми организмами;

- медицинская акустика – это физика и биофизика слуха и речи, условия и особенности восприятия человеком, возможности применения звука для диагностика и лечения (следует различать слышимый звук и ультразвук).

Задачей медицинской акустики является разработка гигиенических норм использования звука; разработка звуковых и УЗ-методов диагностики и лечения.

II. Звук как физическое явление. Звуковые волны и их характеристика.

Последовательное отклонение колеблющейся точки от положения равновесия то в одну, то в другую сторону называется механическим колебанием. Распространяющееся в упругой среде механические колебания называются механической волной. Среда является упругой, если между её частицами есть упругие взаимодействия. Для передачи механических колебаний от одной частицы к другой необходим механический контакт частиц меж собой. По направлению колебаний условных частиц среды различают продольные и поперечные волны.

Продольная волна – возникает тогда, когда направление колебания частиц среды совпадает с направлением распространения волны (в твёрдых, жидких и газовых средах).

Поперечная волна – если направление колебания частиц перпендикулярно направлению распространения волны (в твёрдых телах).

Волновая характеристика звука:

1. Амплитуда - это модуль наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия.

2. Период - это время совершения частицей одного полного колебания.

3. Частота - число колебания в единицу в единицу времени n = ¹/_Т [Гц, ¹/_с ,с^-1 ]

4. Длина волны - расстояние между двумя вершинами ближайших тел, колеблющихся в одной фазе [l].

5. Скорость распространения звуковой волны при неподвижном источнике звука.

	u = nl

Наибольшей является скорость распространения магнитной волны в твердом теле (от 5000 до 10000м\с), в воде 1400 м\с, в воздухе при 20 С и при нормальном атмосферном давлении скорость распространения звука равна 340 м\с, с увеличением температуры скорость распространения звука возрастает.

По частоте механические волны разделяются:

1. Инфразвук (частота от 0 до 16 Гц)

2. Слышимый звук (от 16 до 20000 Гц)

3. Ультразвук (свыше 20000 Гц)

Инфразвук и ультразвук не слышны человеку, но воздействуют на человека. Слышимые звуки воспринимаются слуховыми анализаторами человека.

Звуковое поле и его характеристика.

Звуковым полем называется пространство, в котором распространяется звуковая волна. Характеристики звукового поля подразделяются на энергетические и линейные.

Линейные:

1. Звуковое давление - переменное давление воздуха пропорциональное звуку в среде, является добавочным к атмосферному давлению [P, Па].

2. Смещение частиц среды - это отклонение условных частиц от положения равновесия.

3. Акустическое сопротивление - величина, равная отношению звукового давления к скорости колебания частиц среды.

Z = P/u [Па×с/м] Z = r/u

где - плотность среды.

Энергетические:

Интенсивность (сила звука) - величина, численно равная энергии, переносимой через единицу времени при распространении звука: [I]

I=E/s×t

Психофизические характеристики звука.

Психофизика изучает связь физического воздействия с возникновением ощущений. Поскольку звук вызывает слуховые ощущения, то они описываются не только объективно, но и субъективно. Звуки делятся на тоны, звуковые удары, шумы.

Простой тон - это звук определенной частоты.

Сложный тон - это состоящий их кратного количества простых тонов. Графиком сложного тона служит периодическая прямая, но не синус.

Шум - большое количество простых и сложных тонов. Их количество и интенсивность постоянно меняется.

Звуковой удар - это сильное звуковое действие, короткое по времени.

Психофизические характеристики:

1. Высота тона. Ей соответствует объективная физическая характеристика - частота. Чем больше частота, тем сильнее звук.

2. Громкость. Ей объективно соответствует амплитуда и сила звука. Чем больше амплитуда, тем громче звук. Воспринимаемая громкость субъективно зависит от частоты. При одной и той же интенсивности, с увеличением частоты от 16 до 1000 Гц, громкость возрастает. От 1000 до 3000 Гц громкость не меняется. При дальнейшем увеличении частоты громкость уменьшается и исчезает.

3. Тембр. Определяется интенсивностью и количеством простых тонов, входящих в сложные звуки. Наименьшая частота - основная, а остальные овертоны.

Нарастание ощущений высоты и громкости идет по логарифмической шкале.

1. Бел

N_Б = lg(I₂/I₁)

2. Децибел 1дБ=0,1Б

N_дБ = 10×lg(I₂\I₁)

3. Октава - логарифмическая характеристика, применяемая для характеристики частоты.

N_окт = log₂(f₂/f₁), где f - частота, f₁, f₂ - границы частотного интервала.

4. Декада

N_дек = lg(t₂/t₁)

Условия и особенности восприятия звука человеком. Пороговые характеристики. Областьслышимости.

Для того, чтобы услышать:

1. Орган слуха должен быть здоров

2. Частота звука от 16-20000 Гц.

3. Интенсивность звука должна находиться в пределах пороговой характеристики.

Пороговые характеристики определяют границу слухового ощущения на разных частотах.

Порог слышимости - это нижняя граница слухового ощущения, определяющаяся силой звука, который начинает улавливаться на данной частоте.

При частоте 1000 Гц звук становиться слышимым, при интенсивности I = 10^-12 [^квант/м²].

Порог боли - верхняя граница слухового ощущения, определяемая наименьшей силой звука, при которой на данной частоте возникает чувство боли. Для частоты 1000Гц,

I = 10² [^ватт/м²].

Графики, характеризующие зависимость пороговых характеристик по частоте - пороговые кривые.

Область, ими ограниченная, называется областью слышимости.

С возрастом диапазон слышимости уменьшается.

Борьба с шумами.

Часть энергии, звуковой волны поглощается телами, а часть отражается. В закрытых помещениях звук полностью затухает только спустя какое-то время после прекращения действия источника звука. Это может ухудшать восприятие речи в помещении. Реверберация - процесс затухания звука. Время реверберации учитывается при строительстве аудиторий, залов и т.д. шум при этом влияет на человека. Устранение источников вредных шумов или ослабление их действия должно находиться под их контролем.

Борьба с шумами ведется путем применения звукопоглощающих материалов, озеленением улиц и т.д. норма громкости - 40-50 дБ. Предел шума для высоких частот - 80дБ, для низких частот - 100дБ. Контроль производится с помощью шумомера. В нем звуковые колебания преобразуются в электромагнитные колебания. Шкала проградуирована в децибеллах.

Звуковые методы исследования в клинике.

1) Аускультация (выслушивание звуков) – мембрана фонендоскопа прикладывается к телу пациента. Колебания передаются в полую капсулу и там усиливаются за счёт резонанаса столба жидкости (выслушивают дыхательные шумы, хрипы, тоны и шумы сердца).

2) Перкуссия (выстукивание) – здесь прослушивается звучание отдельных частей тела при их выстукивании. Тело человека представляет собой совокупность различных сред (газонаполненных, твёрдых, жидких). При ударе по поверхности тела возникают колебания, одни из которых затухают, а другие усиливаются. Опытный врач по тону перкуторных звуков определяет состояние и топографию внутренних органов.

3) Фонокардиография – это метод графической регистрации тонов и шумов сердца и их диагностических интерпритаций.

4) Аудиограмма – определение остроты слуха.

Тоны и шумы сердца. Фонокардиография.

Сердце – полый мышечный орган, предназначенный для перемещения крови по сосудам. При его работе возникают звуки: тоны и шумы. Они имеют различные частоты и возникают в определённый период сердечной деятельности.

По частоте они делятся на:

1) Инфразвук (менее 16 Гц).

2) Слышимые низкочастотные (16 – 400 Гц).

3) Слышимые среднечастотные (400 – 1000 Гц).

Интенсивность инфразвука самая большая, далее идет слышимый низкочастотный и самая малая интенсивность у среднечастотного. Сердечные тоны возникают при переходе от одного цикла работы к другому. Они являются слышимыми низкочастотными и быстро затухают.

Сердечные шумы возникают при давлении крови в определённых периодах сердечного цикла (они относятся к 3^й группе). Они более продолжительны, но менее интенсивны.

Тоны и шумы слышны примерно одинаково. Это связано с тем, что шумы приходятся на более чувствительную область слуховых восприятий. Для записи тонов и шумов используют фонокардиограф. Он состоит из:

1) Специальный микрофон. Электродинамические конструкции с известной частотной характиристикой.

2) Усилитель сигнала микрофона с системой электрофильтров. Полоса пропускания 10 – 1000 Гц, фильтры выделяют нужную полосу частот звуков сердца.

3) Регистрирующее устройство. Запись производится на бумагу, пластину, магнитную ленту, информация выводится на экран осциллографа.

Принцип работы фонокардиографа:

На определённом участке грудной клетки устанавливается микрофон, преобразующий механические колебания в электромагнитные. Пройдя через фильтры колебания попадают в регистрирующее устройство, которое делает их видимыми.

Фонокардиограмма представляет собой периодическую кривую. Этот метод позволяет установить частоту и интенсивность тонов и шумов, определить характер их нарастания и убывания, установить соотношение во времени с отдельными фазами сердечного цикла.

Аудиометрия. Аудиометр. Аудиограмма.

Аудиометрия делится на

1) тональную (основанную на определении порога слышимости тона различной частоты),

2) речевую, в основе которой лежит определение порога разборчивости речи по отношению к стандартным словам, произносимым врачом,

3) Объективную. Смысл её состоит в том, что при подаче звукового сигнала различной интенсивности и частоты одновременно записываются сигналы и головного мозга.

Прибор аудиометр состоит из:

1) источника звукового сигнала (Это генератор звука синусоидальных колебаний с частотой 63 – 16000 Гц в октавном диапазоне.)

2) Ламповый или полупроводниковый усилитель частот.

3) Частотнонезависимый регулятор интенсивности сигнала. Он проградуирован с учётом снижения интенсивности звукового сигнала по отношению к стандартному порогу слышимости, который взят за «0».

4) Телефон (воздушной или костной проводимости с известной частотной характеристикой).

Результатом исследования является получение аудиограммы – то есть графика зависимости порота слышимости от частоты. График строится на специальном бланке, где по горизонтали откладывается частота в октавном диапазоне, а вниз по вертикали откладывается снижение остроты слуха в Дб по отношению к стандартному порогу слышимости. Аудиограмма строится отдельно для каждого уха. Во время проведения процедуры пациент находится в изолированном помещении. Аудиограмма определяет чувствительность уха на различных частотах, понижение слуха. С её помощью судят о месте поражения слуха и результате лечения.

Дата добавления: 2015-09-30