9

Лабораторная работа

“Аудиометрия”

Теоретическая часть.

Данная лабораторная работа посвящена выяснению некоторых биофизических

характеристик слуха человека.

Слово “аудиометрия “ происходит от двух слов – от латинского audio (слышу) и от греческого metreo (измеряю) - и означает измерение чувствительности слуха человека путем оределения порогов слуха (порогов слышимости). Для осмысленного выполнения лабораторной работы необходимо четко ориентироваться в некоторых терминах и понятиях. Рассмотрим их по порядку:

1.Слух – способность живых систем реагировать на физическую реальность –звуковые волны с целью ориентации в окружающем пространстве.

2.Звуковые (акустические) волны – распространяющиеся по пространству продольные упругие колебания частиц среды (газа, жидкости, твердого тела). Существование в какой-либо точке пространства колебаний частиц среды приводит к изменению давления Р в этой точке. Процесс распространения звуковой волн может быть описан математическим выражением (волновым уравнением), связывающем звуковое давление Р, время t и координату пространства х, то есть в самом общем виде зависимостью:

Р=Р(х,t) (1)

Если рассматривать конкретную,фиксированную точку пространства, то звуковая волна,проходящая через эту точку будет описываться зависимостью

Р=Р(t) (2)

Для реальных звуков эта зависимость носит различный и, как правило, сложный характер. Самой простой и удобной с математической точки зрения звуковой волной является гармоническая волна (гармонический звук). При таком звуке давление в какой-либо точке пространства изменяется по синусоидальному закону:

Р(t)=Р Sin t =РSin 2ft (3)

В этом выражении Р(t)-звуковое давления в данный момент времени, Р- амплитудное значение звукового давления, -круговая частота, f-частота в герцах (гц), t – текущее время.

Значение частоты f в формуле (3) может быть самым различным, однако слуховая система человека в состоянии воспринимать акустические гармонические волны в диапазоне частот от 20 герц до 20 000 герц ( 20 кГц). Это - так называемый частотный диапазон нашего слуха. Звуковые волны, частоты которых меньше 20 Гц принято называть инфразвуком, а звуковые волны, частоты которых больше 20 кГц – ультразвуком. Частотный диапазон слуха у различных видов животных, как правило, не совпадает с частотным диапазоном слуха у человека. Так, например, кошка воспринимает звуковые волны в диапазоне частот от 20 герц до 100 кило-герц, собака – до 60 кГц. У дельфинов диапазон воспринимаемых частот охватывает область от 70 Гц. до 140 – 200 кГц.

Поскольку звуковые волны–это распространяющаяся в пространстве механическая энергия колебаний частиц среды, то они (звуковые волны) характеризуются энергией (Е) и интенсивностью (I)

3. Интенситностью звука I называется количество энергии проходящее через площадку в 1 квадратный сантиметр за 1 секунду. Единица измерения интенсивности звука – 1 ваттсмсм. В научной и практической деятельности эта единица измерения интенсивности звука используется крайне редко. В акустике, как правило, интенсивность звука I оценивают в относительных единицах – в децибелах (русское обозначение дБ, международное dB)

Применение децибел имеет ряд преимуществ. Интенсивности звуков, с которыми приходиться иметь дело в современных условиях, могут различаться в сотни миллионов раз – от тихого шопота до рева реактивных двигателей. Такой огромный диапазон изменений акустической величины создает большие неудобства при сопоставлении их абсолютных значений. Очень удобным оказывается использование логарифмических единиц, так как при этом существенно сужается диапазон численных величин. Bторое, не менее важное обстоятельство, способствовавшее широкому применению децибел в акустике, объясняется замечательным свойством нашей слуховой системы: громкость звука при оценке ее на слух примерно пропорциональна логарифму интенсивности звука.

Децибел, как показывает приставка деци, составляет десятую часть другой, более крупной единицы – бел. Бел – это десятичный логарифм отношения двух интенсивностей. Если известны две интенсивности I1 и I2, то их отношение, выраженное в белах, определяется формулой:

Nlg

I2

I1

(4)

Для практики бел слишком крупная величина, и даже большие отношения интенсивностей выражаются небольшим числом бел. Например, для I2  I1100 lg1002, а если I2  I11000, то lg10003, т.е. любые отношения интенсивностей в границах от 100 до 1000 будут укладываться в пределах одного бела – от 2 бел до 3 бел. Для большей наглядности число, показывающее количество бел, умножают на 10 и полученное произведение считают показателем децибел.

В силу вышесказанного, отношение этих интенсивностей в децибелах определяется по формуле:

I2

(5)

I1

D10 lg

В

втсмсм.

-16

биоакустике международным соглашением принято оценивать интенсивности всех звуков по отношению к эталонной интенсивности I0 (нулевой уровень интенсивности).

За нулевой уровень интенсивности звука принято значение I0 10

Это значение интенсивности соответствует усредненному по многим людям значению абсолютного слухового порога или порога слышимости в области частот наибольшей чувствительности слуха (см. ниже).

Д

(6)

I

ля представления интенсивности звука I в децибелах относительно заданного уровня формула (5) примет вид:

I0

D=10 lg

Значение интенсивности, вычисленное по этой формуле, принято называть уровнем интенсивности звука. Следующая краткая таблица дает нам представление об уровнях интенсивностей окружающих нас звуков:

Очень спокойная комната - уровень интенсивности 20 дБ

Разговор (лекция) - “ 6080 дБ

Поезд метро (вблизи) - “ 100 дБ

Реактивный двигатель (вблизи) - “ 120 дБ

Болевой порог - “ 140 дБ