ЗАНЯТИЕ1. 4 биоф слух анализ
.pdfЗАНЯТИЕ 1.4
ТЕМА: « БИОФИЗИКА СЛУХОВОГО АНАЛИЗАТОРА»
Цель занятия: Усвоение материала о физической природе звука и биофизических механизмах его рецепции.
Студент должен знать: Объективные физические характеристики звуковых волн и их взаимосвязь с субъективным восприятием звука (закон Вебера-Фехнера). Современный механизм рецепции звука. Иметь представления об объективных методах исследования остроты слуха (аудиометрия).
Студент должен уметь: Решать физические задачи по данной теме.
Вопросы, рассматриваемые на занятии:
1.Понятие о слуховой рецепции.
2.Связь между субъективными характеристиками звука и его физическими параметрами. Психо-физический закон Вебера-Фехнера
3.Особенности анатомического строения периферического отдела слухового анализатора (наружное ухо, среднее ухо, внутреннее ухо).
4.Бинауральное восприятие звука.
5.Роль звукопередающих косточек среднего уха в восприятии звука.
6.Современная теория звуковосприятия. Дисперсия частоты звуковых колебаний на основной мембране.
7.Аудиометрия (определение остроты слуха).
Задачи к занятию:
1.Уровни интенсивности звуков с частотами 1=100 Гц и 2 =3000Гц равны L=50 Дб. Определите уровни громкости этих звуков.
2.Определите интенсивность звуков с частотами 1=100Гц, 2=500Гц и 3=1000Гц, если уровень громкости звуков одинаков и равен Е = 40фон.
3.Определите среднюю силу, действующую на барабанную перепонку уха человека (площадь S=66 м2) для двух случаев: а) порог слышимости; б) порог болевого ощущения. Частота равна 1кГц.
4.Уровень громкости звука частотой =5000 Гц равен Е=50 фон. Найдите интенсивность этого звука.
5.Шум на улице, которому соответствует уровень интенсивности звука L1=50дБ, слышен в комнате так, как шум L2=30 дБ. Найдите отношение интенсивности звука на улице и в комнате.
6.По условиям некоторого производства определен допустимый предел уровня шума Е=70 фон. Определите максимально допустимую интенсивность звука. Условно считать, что шум соответствует звуку частотой =1кГц.
7.Разрыв барабанной перепонки наступает при уровне интенсивности звука
L=150 дБ. Определите интенсивность, амплитудное значение звукового давления в волне для звука с =1 кГц, при которых может наступить разрыв барабанной перепонки.
8.Отношение интенсивностей двух источников звука равно: I2/I1=4. Чему равна разность уровней интенсивностей этих звуков?
9.Интенсивность плоской волны в воздухе равна 10-10 Вт/м2. Найдите амплитуду
колебаний частиц молекул воздуха при нормальных условиях и объёмную плотность энергии для частот ν1 = 20 Гц, ν2 = 1000 Гц, ν3 = 20·103 Гц. Скорость звука в воздухе 330 м/с.
10.В лабораторном помещении, находящемся в цехе, уровень интенсивности шума достигла 90 дБ. С целью уменьшения шума было решено обить стены лаборатории звукопоглощающим материалом, уменьшающим интенсивность звука в 1500 раз. Какой уровень интенсивности шума станет после этого в лаборатории?
Примеры решения типовых задач по теме:
«Биофизика слухового анализатора»
Задача 1.
Известно, что человеческое ухо воспринимает упругие волны в интервале частот от ν1=20Гц до ν2=20 кГц. Каким длинам волн соответствует этот интервал в воздухе? В воде? Скорости в воздухе звука и воде равны соответственно υ1=340 м/c и υ2=1400 м/c.
Дано: |
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|||||||
ν 1=20 Гц |
λ=Т∙υ |
|
|
T= |
1 |
=> λ=υ/ν => |
||||||||
|
||||||||||||||
ν2=20∙103 Гц |
λ1= |
340 |
=17м |
|
|
|||||||||
20 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
υв возд = 340 м/c |
λ2= |
340 |
|
=17∙10-3 м =0,017м |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
20 |
10 |
3 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
υв воде = 1400 м/c |
λ3= |
|
1400 |
=70м |
||||||||||
20 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
λ4= |
|
1400 |
|
|
=70∙10-3м =0,07м |
||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
20 10 |
3 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
λ в возд - ?
λ в воде - ?
Ответ: для воздуха λ1= 17 м, λ2 = 0,017 м;
для воды λ3 = 70 м, λ4 = 0,07 м.
Задача 2.
Два звука одинаковой частоты ν = 1 кГц отличаются по громкости на ∆E=20 фон. Во сколько раз отличаются их интенсивности?
Дано:
ν=1 кГц ∆E=20 фон
I 2 ?
I1
Домашнее задание.
Решение:
Исп. закон Вебера - Фехнера:
I E k lg I0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Т.к. ν=1 кГц то k=1, тогда |
E lg |
|
|
|
|
, таким образом уровень |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
громкости E равен уровню интенсивности LgБ т.е |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
E |
L |
gБ |
10 lg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
E E2 E1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
I |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
E 10 lg |
|
|
|
|
; E |
|
|
|
10 lg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
I0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
I |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
I |
1 |
|
|
|
|
|
I |
2 |
|
|
|
I |
1 |
|
|
I |
2 |
|
|
|||||||||||
E 10lg |
|
|
|
|
|
10lg |
|
|
|
|
10lg |
|
|
|
: |
|
|
10lg |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
I0 |
|
|
I |
|
|
|
I1 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
E 10lg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
I |
2 |
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
20 10lg |
|
|
|
|
→ lg |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
I |
2 |
|
|
|
2lg10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
lg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
I |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
lg |
|
|
|
|
|
lg102 |
→ |
|
102 |
100 раз |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Ответ: интенсивности отличаются в 100 раз.
1.Подготовиться к занятию 1.5. по вопросам темы: «Гидродинамика.
Гемодинамика».
2.Подготовиться к зачёту по модулю 1.
3.Самостоятельно решить задачи к занятию 1.5.
4.Оформить конспекты по темам самостоятельного изучения:
1)Особенности молекулярного строения жидкостей.
2)Поверхностное натяжение. Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления.
3)Определение вязкости жидкостей методом Стокса.
4)Математические модели сердечнососудистой системы. Модель Франка.
Литература:
1.Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник / А.Н. Ремизов. –
М.: Дрофа, 2010
2.Ремизов, А. Н. Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина. – М.: Дрофа, 2010.
3.Физика и биофизика. Практикум: учебное пособие для вузов / В.Ф. Антонов и др.
– М. ГЭОТАР-Медиа, 2008
4.Фёдорова, В.Н., Фаустов, Е.В. Медицинская и биологическая физика: учебное пособие для вузов. Курс лекций с задачами. - М.ГЭОТАР-Медиа, 2009.