Под порогом слухового ощущения понимают наименьшую интенсивность звука данной частоты, который ещё воспринимается человеческим ухом. Различные области звукового диапазона воспринимаются ухом неодинаково. Лучше всего слышны звуки средних частот, в особенности в зоне 800 – 2000 Гц, хуже – крайние частоты звукового диапазона: ниже 50 Гц, выше 10000 Гц. Острота слуха зависит от возраста: наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 20 – 30 лет. С увеличением возраста диапазон воспринимаемых частот постепенно сужается, сначала за счёт высоких, а потом и низких частот. К 50 – 60 годам верхняя граница частотного диапазона слуха составляет 10 – 15 кГц, а максимальная чувствительность приходится на 2000 Гц.
Восприятие звуковых частот в виде субъективного ощущения той или иной высоты в значительной мере зависит от интенсивности звуковых колебаний. Субъективной физиологической характеристикой звука является его громкость Е, которая характеризует уровень слухового ощущения. В основе измерения громкости лежит психофизический закон Вебера – Фехнера. Согласно ему при увеличении раздражения в геометрической прогрессии ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии. Из этого закона следует, что уровень громкости звука пропорционален логарифму отношения интенсивностей звуков:
E k lg |
I |
, (7) |
|
||
|
I0 |
|
где I – интенсивность звука; I0 - интенсивность звука на пороге слышимости; k – некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности. Уровень громкости выражают в фонах (фон). Принято считать, что на частоте 1 кГц шкалы громкости и уровня интенсивности совпадают. В этом случае k = 1 и 1 фон = 1 дБ. Переход от L (децибелы) к Е (фоны) для чистых тонов с частотами, отличными от 1 кГц, осуществляются по изофонам (А.Н. Ремизов, Медицинская и биологическая физика, М., 1987г., стр. 156, рис. 8.4).
Пороги слышимости на различных частотах имеют различное значение. Кривая, показывающая зависимость между порогом слышимости на различных частотах и соответствующими частотами, называется аудиограммой.
Знание порогов слышимости на различных частотах важно для постановки правильного диагноза, поскольку позволяет в ряде случаев определить локализацию патологических изменений органа слуха (среднее и внутреннее ухо) и определить возможности оперативного вмешательства.
IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В предстоящей работе проводится определение порогов слышимости на различных частотах и строится аудиограмма для самого студента, выполняющего данную работу.
Студент должен найти пороги слышимости на указанных частотах, по полученным данным построить аудиограмму, определить границы области слышимости и частоту наилучшей слышимости.
За порог слышимости принимается такая интенсивность звука, при которой звук данной частоты еле слышен.
114
Определить границу области слышимости со стороны низших частот н . Для
этого установить частоту 16 Гц (множитель в положении ×1, на шкале 16Гц), затухание установить равным нулю (переключатель шкал ослабления в положении +30 dB, стрелка измерительного прибора на отметке 0 dB). Надев наушники и медленно увеличивая частоту, добиться появления звука. Соответствующая данному звуку частота и есть низшая частота, которую вы уже слышите, т.е. граница области слышимости со стороны низших частот н . Занести найденное значение в таблицу.
С помощью ручки шкалы частот и множителя установить частоту колебаний 20000 Гц (множитель в положении ×100, на шкале 200). Переключатель «пределы шкал ослабления» поставить в положение +30 dB. Ручкой «регулировка выхода» установить по шкале затухания (нижняя шкала электроизмерительного прибора) значение 0 дБ.
Надеть наушники и, медленно вращая ручку «частота», добиться появления звука. Соответствующая данному звуку частота и есть наивысшая частота, которую Вы ещё слышите, т.е. граница области слышимости со стороны высших частот в .
Данные занести в таблицу.
Определить порог слышимости на некоторых частотах (15000, 12000, 10000, 8000, 4000, 2000, 1000, 400, 100, 50 Гц). Для этого выполнить следующие действия:
а) с помощью ручки «регулировка выхода» установить минимальную интенсивность звука, повернув эту ручку против часовой стрелки до упора;
б) установить нужную частоту на генераторе; в) установить переключатель «пределы шкал ослабления» в положение +30 дБ;
г) слегка увеличить интенсивность звука, повернув ручку «регулировка выхода» вправо до тех пор , пока в наушниках появится слабый звук, если стрелка электроизмерительного прибора генератора при этом ещё не вошла в рабочую область шкалы, переключателем «пределы шкал ослабления» добиться того, чтобы звук вновь стал не слышен.
Пункт г) повторить несколько раз, пока стрелка на приборе звукового генератора не войдёт в рабочую область шкалы. После этого необходимо определить порог слышимости в децибелах.
Построение аудиограммы выполняется в полулогарифмическом масштабе: частота откладываются по оси абсцисс в логарифмическом масштабе, а соответствующие им пороги слышимости – в линейном масштабе по оси ординат.
Логарифмический масштаб или логарифмическая шкала.
Логарифмическая шкала – это шкала, размеры делений которой равны логарифмам чисел, а обозначены они самими этими числами. Прежде чем строить шкалу в логарифмическом масштабе, необходимо найти логарифмы частот, для которых в процессе работы будут найдены пороги слышимости:
Частота, Гц |
15000 |
12000 |
10000 |
8000 |
4000 |
2000 |
1000 |
400 |
100 |
50 |
Логарифм |
4,18 |
4,08 |
4,00 |
3,90 |
3,60 |
3,30 |
3,00 |
2,60 |
2,00 |
1,70 |
частоты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
115 |
Рисунок 1. Логарифм частоты. Десятичный масштаб.
1 |
2 |
3 |
4 |
Рисунок 2. Частота, Гц. Логарифмический масштаб.
10 |
100 |
1000 |
10000 |
На рисунке 1 в десятичном масштабе отложены логарифмы частот. На рисунке 2 отложены частоты в логарифмическом масштабе. Сопоставим эти оси. Штрих 1 на рисунке 1 соответствует штриху 10 на рисунке 2. Действительно, lg10 = 1. Штрих 3 на рисунке 1 соответствует штриху 1000, ведь lg1000 = 3. Таким образом, чтобы отложить частоту 50 Гц в логарифмическом масштабе, нужно найти точку 1,70. Она будет соответствовать частоте 50 Гц в логарифмическом масштабе. Конечно, ось «логарифм частоты в десятичном масштабе» на графике отражать не нужно. Рисуем сразу ось «частот в логарифмическом масштабе», откладываем на ней логарифмы частот, а подписываем сами частоты, как на рисунке 2.
Принцип действия генератора ГЗ – 33.
индикатор |
индикатор частоты |
|
выхода |
|
|
выключатель |
ручка |
|
индикатор |
«регулировка |
|
выхода» |
||
«пределы шкал |
||
ручка «частота» |
||
ослабления» |
||
|
||
переключатель |
множитель |
|
пределов шкал |
частоты |
|
ослабления |
|
Звуковой генератор состоит из блока питания, генератора электрических колебаний звуковой частоты, усилителя, схемы регулирования выходного напряжения и вольтметра – индикатор выходного сигнала (индикатор выхода).
116
Принцип действия генератора заключается в следующем: звуковой генератор вырабатывает электрические колебания звуковой и ультразвуковой частоты. Частота генератора изменяется плавно с помощью ручки плавного изменения частоты и ступенями с помощью переключателя, ручка которого на передней панели обозначена «множитель». Синусоидальные колебания усиливаютя затем двухтактным усилителем и поступают на выход генератора. Выходное напряжение может быть уменьшено с помощью специального устройства, называемого аттенюатором (ослабителем).
Мы будем считать ослабление нулевым, если переключатель «пределы шкал ослабления» стоит в положении +30 dB, и в дальнейшем, при каждом отсчёте от числа, стоящего в окне «пределы шкал ослабления», будем вычитать 30дБ. Поэтому при определении уровня затухания пользуемся формулой:
L = «предел» + «шкала» – 30 (дБ), где L – уровень затухания,
«предел» – число, стоящее в окне «пределы шкал ослабления», «шкала» – число, указываемое стрелкой на шкале индикатора выхода (отсчитывается по нижней шкале, где указаны значения в dB).
117
Лабораторная работа № 27
Определение порогов слышимости на различных частотах
Студент:
Группа:
Преподаватель:
Дата:
Оценка:
118