Биофизика звука

1. Физические свойства звука
2. Оценка слухового ощущения
3. Слух и его физическое обоснование

Физические свойства звука

Звуковые колебания и волны есть частью механических колебаний и волн. Различают несколько видов звуковых волн:

• звуковой удар;
• шум;
• тон или музыкальный звук.

Одним из свойств звука является его интенсивность. Она характеризует звук с энергетической точки зрения. Этим же свойством характеризуется любая механическая волна. Для ее записи используют вектор Умова.

Практическим свойством звука является его давление, оно образуется во время прохождения звуковых волн через жидкость или газ. Для плоской волны ее интенсивность и амплитуда связаны, эта зависимость записывается в таком виде:

\(I= {p^2 \over 2ρc}(1),\)

где \(ρ\) - плотность вещества, через которое проходит волна;

       \(c\) - скорость звуковой волны.

Человеком с нормальным слухом воспринимается довольно широкий диапазон звуковой интенсивности, таким образом, при частоте 1000 Гц диапазон интенсивности звука будет от \(I=10^ {-12} Вт/м^2\) или \(p_0=2∙10^ {-5} Па\) до\( I=10 Вт/м^2\) или \(p_{max}=60 Па.\) Этим диапазоном определяются границы слышимости, при чем верхняя граница называется границей слышимости, а нижняя - порогом болевого ощущения.

Нередко применяется шкала уровней интенсивности звуковых волн. Ее создают следующим образом: считая начальной величину \(I_0\), другие размеры интенсивности \(I\) рассчитывают посредством десятичного логарифма их отношения к начальной величине \(I_0\):

\(L_B=lg({I \over I_0}) (2).\)

Выражение через давление запишется следующим образом:

\(L_B=2lg({p \over p_0})(3).\)

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяОнлайн-репетиторЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Оценка слухового ощущения

Физические свойства, рассмотренные выше, являются вполне объективными характеристиками и могут быть измерены приборами в независимости от человека. Но все же звуковые волны являются объектами, воспринимаемыми человеческим ухом, поэтому субъективно их может оценивать человек.

Человеческое ухо способно распознавать высоту тонов.

Количественная оценка громкости возможна в процессе сравнения слуховых ощущений от разных источников. Уровень громкости можно определить по шкале, основанной на законе Вебера-Фехнера. Это психофизический закон, который гласит, что при росте раздражения с геометрической прогрессией, ощущение от него растет с арифметической прогрессией.

С математической стороны это будет означать, что громкость звуковой волны прямо пропорциональна логарифму ее интенсивности. При воздействии двух источников звука с интенсивностями \(I\) и \(I_0\), где \(I_0\) - граница слышимости, закон Вебера-Фехнера запишется следующим образом:

\(E_B=klg({I \over I_0}) (4),\)

где \(k\) – коэффициент, показывающий зависимость между частотой и интенсивностью.

Условно принято считать, что при частоте равной 1000 Гц шкала громкости звука совпадает со шкалой его интенсивности, при этом \(k=1.\)

Громкость иной частоты определяют путем сравнения с образцовой звуковой волной. Для этого с помощью генератора звука воспроизводят звуковую волну частотой 1000 Гц, изменяют ее интенсивность до интенсивности рассматриваемого звука.

Слух и его физическое обоснование

Слуховая система представляет собой связанные приемник звука и головной мозг. Функциями слуховой системы являются прием, обработка и передача информации. При изучении природы слуха выделяют наружное, среднее и внутреннее ухо.

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового канала. С помощью ушной раковины человек или животное способны определить место нахождения источника звука. Благодаря наличию двух ушных раковин, их обладатели без труда определяют направление источника звуковой волны.

Проходя по звуковому каналу, звук фрагментами отражается от барабанной перепонки. Наблюдается процесс интерференции отраженных и падающих волн, при этом может случиться резонанс. Явление резонанса возможно, когда длина звуковой волны вчетверо больше длины слухового прохода.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяОнлайн-репетиторЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Самыми важными частями среднего уха являются барабанная перепонка и слуховые косточки, имеющие определенные мышцы, сухожилия и связки. Косточки играют роль передачи механических колебаний из воздуха в жидкую среду среднего уха. У жидкости внутреннего уха есть волновое сопротивление. Основной функцией внутреннего уха является процесс согласования сопротивлений звуковой волны в воздухе и жидкости внутреннего уха.

Сила воздействия давления звука на барабанную перепонку определяется по формуле:

\(F_0=p_0 S_0 (5),\)

где \(p_0\) - давление звука.

Сила воздействия звука на овальное ухо \(F_1\) способствует возникновению давления звука \(p_1\) жидкого вещества рассчитывается по формуле:

\(F_1=p_1 S_1 (6).\)

Таким образом, система из слуховых косточек играет роль рычага с преимуществом силы внутреннего уха.

При большой интенсивности звука среднее ухо способно уменьшить силу колебаний либо увеличить перемещение наружного давления волны на внутреннее ухо. Среднее ухо с помощью слуховой трубки соединяется с атмосферой.

Основной частью внутреннего уха является улитка, она трансформирует механические колебания в электрические сигналы.

Рядом с улиткой расположены три канала. Вестибулярная лестница является первым каналом, барабанная - вторым. Они объединены в районе купола улитки специальным микроотверстием, именуемым геликотерма. Эти каналы наполнены перилимфой. Пространство между этими двумя каналами именуется улитковым каналом, в котором содержится эндолимфа. Основная мембрана расположена между барабанной лестницей и улитковым каналом. На основной мембране расположен кортиев орган, который обладает рецепторами. Улитка соединена со слуховым нервом.

Механические колебания преобразуются в электрические при помощи кортиева органа.

Основная мембрана является крайне интересной с точки зрения физики. Она способна выбирать частоту. Ученый Гельмгольц сравнивал основную мембрану с настроенными струнами рояля. Ученый Бекеши доказал ошибочное применение теории резонанса в этой сфере. Он показал, что основная мембрана является неоднородной линией передачи механических возбуждений. В присутствии акустического стимулирования в основной мембране протекает волна, которая затухает в зависимости от частоты. При уменьшении частоты растет расстояние продвижения волны к месту затухания.

Некоторые теории гласят о том, что восприятие высоты тона зависит от максимального положения колебаний основной мембраны.

Зачастую глухоту связывают с нарушениями в рецепторном аппарате улитки. В такой ситуации улитка теряет способность преобразовывать механические колебания электрические сигналы. Эту проблему можно решить с помощью имплантации в улитку электродов.