Презентація на тему:
Елементи біофізики слуху

Людина сприймає інформацію із зовнішнього світу з допомогою всіх своїх органів чуття, які являються інформаційними каналами, пов'язуючи людину із зовнішнім світом.

КОЛИВАННЯ Коливаннями називаються рухи або стани, які мають ту чи іншу степінь повторюваності у часі. Всередині будь-якого живого організму від клітини до високоорганізованих істот повсякчас відбуваються різноманітні процеси, які ритмічно повторюються (биття серця, коливання психічних станів,біоритми і т. ін.).

Коливальними називаються процеси, які так чи інакше повторюються з часом.

ГАРМОНІЧНІ КОЛИВАННЯ Коливання, під час яких коливна величина змінюється з часом за законом синуса або косинуса, називаються гармонічними.

Час, протягом якого здійснюється одне повне коливання, називається періодом коливань (T ) де N – число повних коливань, що здійснює система за час t . Одиницею вимірювання періоду є 1с: [T ]=1с.

Частотою коливань ( ) називається фізична величина, що показує, яке число повних коливань виконує коливна система за одиницю часу

ПРИРОДА ЗВУКОВОЇ ХВИЛІ Розповсюдження коливань у просторі називають хвилею. Поняття «звук» можна розглядати з двох принципово різних позицій. Звук як фізичне явище – це поширення поздовжніх коливань в пружному середовищі. Звук як фізіологічне явище – це специфічне відчуття, викликане дією звукових хвиль на орган слуху. Звукові хвилі – це поздовжні хвилі.

швидкість поширення звукової хвилі в пружному твердому тілі залежить від фізичних властивостей цього тіла (від його пружності та густини). ПОШИРЕННЯ ЗВУКУ В ТВЕРДИХ ПРУЖНИХ ТІЛАХ

ПОШИРЕННЯ ЗВУКУ В ГАЗАХ де k - модуль об’ємної пружності газів; - густина недеформованого середовища.

ПОШИРЕННЯ ЗВУКУ В РІДИНАХ Низка фактів свідчить, про подібність властивостей рідин і твердих тіл (наприклад незначна стисливість рідин) з одного боку, та рідин і газів (наприклад, хаотичність руху молекул, залежність середньої швидкості молекул від температури і т. і.) – з іншого. Процес деформації рідини при поширенні в ній звукової хвилі відбувається як і в газах адіабатично. З наведених та багатьох інших не наведених характеристик рідин випливає ідентичність аналітичних залежностей для швидкості поширення звукових хвиль в твердих тілах, газах і рідинах, а саме:

ІНФРАЗВУКОВІ ТА УЛЬТРАЗВУКОВІ КОЛИВАННЯ Людське вухо сприймає частоти від 16 Гц до 20000 Гц. Звукові коливання з частотою 20000 Гц – ультразвуком. Найбільш високочастотні пружні хвилі у діапазоні 109 -1013 Гц називають гіперзвуком.

ІНФРАЗВУКОВІ ТА УЛЬТРАЗВУКОВІ КОЛИВАННЯ Інфразвук – це механічні хвилі з частотами, меншими за 16 Гц. Інфразвуки вкрай негативно діють на людський організм, тому використовуються у воєнній техніці. Інфразвук певної частоти викликає розлад мозку, сліпоту і т. ін. Інфразвукові хвилі є дуже шкідливими і для інших живих істот.

Ультразвуком називаються механічні хвилі з частотами від 2 ×104 до 1010 Гц. Властивості ультразвуку дозволяють широко використовувати його в техніці і медицині. Ультразвук прискорює проходження процесів дифузії і розчинення, впливає на швидкість хімічних реакцій. Ультразвук великої потужності викликає загибель вірусів і бактерій, це використовується для стерилізації середовищ. При впливі ультразвукових хвиль малої потужності збільшується проникність клітинних мембран і активізуються процеси обміну в тканинах. У медицині ультразвук застосовується для лікування і діагностики. Здатність ультразвукових хвиль створювати механічну і теплову дію на тканини лежить в основі ультразвукової фізіотерапії. У хірургії для різання кісткової тканини застосовують «ультразвуковий» скальпель.

ОСНОВИ АКУСТИКИ Акустика – це наука, яка вивчає звукові явища. Різке збільшення амплітуди (гучності) звуку при збігу частоти звукової хвилі із власною частотою системи, у якій поширюється звук, називається акустичним резонансом. Відбиття звуку від перешкоди і повернення його у вихідну точку називається луною. Ця властивість звуку використовується в ехолотах для визначення глибини океану. Ехолокацію використовують деякі тварини, наприклад, кажани, сови й ін.

ОСНОВИ АКУСТИКИ Звук як фізичне явище характеризується певною частотою, інтенсивністю та набором частот. Це об’єктивні характеристики звуку. Людське вухо сприймає звук за гучністю, висотою і тембром. Це – суб’єктивні характеристики звуку. Інтенсивність звуку визначається потоком енергії в одиниці об’єму простору. Інтенсивність звуку в системі СІ вимірюється і [I] = Вт /м2 Інтенсивність звуку прямо пропорційна квадрату амплітуди хвилі.

ОСНОВИ АКУСТИКИ Гучність звуку – це фізіологічн інтенсивність звуку. Поняття інтенсивності і гучності звуку не рівнозначні. Встановлено, що гучність зростає значно повільніше, ніж інтенсивність звуку. Суб’єктивна гучність звуку не піддається точному кількісному вимірюванню. Висота звуку визначається його частотою. Чим більша частота, тим більша висота звуку. Тембр звуку визначається його спектральним складом.

ОСНОВИ АКУСТИКИ Музикальний тон – це звук, який ми чуємо тоді, коли його джерело здійснює гармонічні коливання. Гучність тона будь-якої даної висоти визначаєтьс амплітудою коливання.

ОСНОВИ АКУСТИКИ Акорд – це одночасне звучання двох або кількох звуків (може викликати приємне – консонанс – та неприємне – дисонанс – слухове відчуття). Шум – це аперіодична складна суміш звуків, спектр якої в певному інтервалі частот є безперервним. Звуковий тиск. Під час поширення звуку відбувається коливання тиску в околі середнього значення характерного для даного середовища. Звуковий тиск – це змінна частина тиску, яка виникає в середовищі під час проходження звука.

СЛУХ Органи слуху встановлюють зв'язок між акустичним збудженням середовища і нашим фізіологічним відчуттям.

СЛУХ Звукове відчуття в органі слуху людини може викликати тільки така звукова хвиля, інтенсивність якої не менша від деякого мінімального значення, яке називають порогом чутності. Людське вухо має неоднакову чутливість до звукових хвиль різних частот. Здорове вухо найбільш чутливе до звуків, частота яких близька до 1000 Гц. При 1000 Гц поріг чутності для людей з нормальним слухом дорівнює близько 1012 Вт/м2. При зростанні інтенсивності звукової хвилі вище певної величини, ця хвиля перестає сприйматися як звук і викликає у вухах людини відчуття болю. Інтенсивність звукової хвилі, яка викликає біль у вусі, називається порогом больового відчуття.

СЛУХ Інтенсивності звуку відповідає відчуття його гучності. Воно зростає значно повільніше, ніж збільшується сила звуку і підкоряється закону Вебера - Фехнера. Закон Вебера – Фехнера: збільшення відчуття (фізіологічної сили звуку S)пропорційне логарифму відношення енергій (інтенсивності I) подразників, які порівнюються де - граничне значення сили звуку на порозі чутності, яке залежить від частоти.

СЛУХ Гучність виражається в белах (Бл), якщо k =1 і в децибелах (дБл), якщо k =10 . Ця одиниця є зручною, оскільки мінімальний приріст гучності, який сприймається вухом, приблизно дорівнює 1 дБл.

ЕФЕКТ ДОППЛЕРА В АКУСТИЦІ Вперше Допплер у 1842 р. звернув увагу на ту обставину, що при переміщенні тільки джерела аботільки приймача, або при їх одночасному переміщенні відносно середовища, в якому поширюється звукова хвиля, частота коливань, яка реєструється приймачем, змінюється. Ефектом Допплера в акустиці називається зміна частоти звукових коливань, які реєструються приймачем коливань, у порівнянні з частотою, яку випромінює джерело звуку, внаслідок відносного руху джерела звуку і приймача. Ефект Допплера спостерігається, наприклад, при русі повз нас автомашини чи тепловоза, на яких працює сирена. При наближенні джерела сигналу (сирени) він сприймається таким, що має більш високий тон (більшу частоту), а при віддаленні від нас сигнал сирени сприймається вухом (чи іншим приймачем звуку) з більш низьким тоном (меншою частотою).

ЕФЕКТ ДОППЛЕРА В АКУСТИЦІ Ефект Допплера ґрунтується на принципі незалежності рухів (принципі суперпозиції). Згідно з цим принципом звукова хвиля, яка випромінюється джерелом, поширюється у середовищі абсолютно незалежно від руху джерела і приймача.

ЕФЕКТ ДОППЛЕРА Джерело і приймач можуть рухатися в будь-яких напрямка хвідносно напрямку поширення звукових коливань. При цьому їх швидкості мають векторно додаватися із швидкістю звукової хвилі згідно з принципом суперпозиції. Таким чином, ми довели, що при взаємному наближенні джерела і спостерігача частота випромінювання, яка реєструється приймачем, збільшується, а при віддаленні – зменшується.

ЕФЕКТ ДОППЛЕРА Ефект Допплера використовується в найрізноманітніших галузях людської діяльності для вимірювання швидкості об’єктів на відстані. Наприклад, у медицині за допомогою ультразвуку вимірюють швидкість проходження крові по судинах (ультразвукові витратоміри).