Fiziološka akustika

Čulo sluha

Dinamički opseg čujnosti Frekvencijski opseg čujnosti

Fiziološka akustika nas

upoznaje sa načinom kako

čovek prima i stvara

zvuk.

Čovek preko čula sluha prima zvuk, a preko svog govornog mehanizma generiše zvuk (govor, pevanje).

ČOVEK JE I PRIJEMNIK I GENERATOR ZVUKA!!!

Sve što obrađuje fiziološka akustika je u oblasti SUBJEKTIVNOG, a to znači onog što čovek oseća kada se nađe u polju zvučnih talasa.

Čulo sluha Primarni zadatak sluha je:

- najpre, očuvanje čovekovog integriteta, tj. spašavanje života, - a tek posle, obrada (ne)korisnih i (ne)ugodnih informacija.

Čovek sluhom dobija 86% svih komunikacijskih informacija.

Pojam sluh objedinjuje sve što je potrebno da bi se stvorio svesni

ili nesvesni slušni doživljaj: - uvo (spoljašnje, srednje i unutrašnje), - slušne nerve i

- nelinearnu dvokanalnu obradu signala.

Čulo sluha je složen i osetljiv mehanizam:

- prijemnik zvuka (kao mikrofon),

- filtar i analizator zvuka –u zajednici sa mozgom,

- sistem za obradu podataka (kao računar).

Čovekovo uvo je daleko više od vrhunskog

mikrofona:

ono je vrlo selektivan frekvencijski analizator,

izvrstan je indikator glasnoće, visine i boje tona,

precizan je lokalizator smera zvučnog izvora,

prihvata frekvenciju u opsegu više od 10 oktava (oko samo jednu),

odnos zvučnih pritisaka koje uvo može da podnese, a da ne dođe

do oštećenja, i onog koje uvo tek može da registruje iznosi 1:106,

uvo ima vlastite automatske sisteme za samozaštitu: mehaničke i

hemijske,

u području svoje najveće osetljivosti, uvo reaguje već na zvučni pritisak koji je 10-10 puta niži od atmosferskog; pri tom zvučnom

pritisku bubna opna treperi amplitudom koja je manja od 10-9cm.

Uvo je najosetljiviji senzorni organ !!!

Organ sluha se može podeliti:

2. funkcionalno na:

- transmisioni aparat (spoljašnje i srednje uvo) koji prenosi signal do perceptivnog aparata i

- perceptivni aparat (unutrašnje uvo, slušni živac, moždani putevi i kortikalni slušni centri) koji obrađuje signal koji je prenešen transmisionim aparatom;

3. topografski na:

- periferni deo (uvo i slušni živac), - centralni deo (moždani putevi i kortikalni slušni

centri).

1. anatomski na:

- spoljašnje uvo,

- srednje uvo i

- unutrašnje uvo;

Spoljašnje uvo

Spoljašnje uvo obuhvata:

- ušnu školjku (elastična

hrskavica slična levku),

- slušni kanal (hrskavičava cev) i

- deo bubne opne sa strane

slušnog kanala.

Osnovne funkcije ušne školjke:

- prikupljanje zvučne energije na ulazu u slušni kanal i usmeravanje

ka slušnom kanalu;

- sakupljanje i prenos zvučnih oscilacija koštanim putem do

unutrašnjeg uva;

- bolja orijentacija u prostoru omogućena je prijemom zvučnih

informacija levim i desnim uvom i

- sprečavanje povratnog dejstva sopstvenog glasa.

Zvučni talasi se kroz slušni kanal

prostiru u obliku longitudinalnih

talasa.

Slušni kanal je sa jedne strane

otvoren a sa druge strane zatvoren

bubnom opnom i zajedno sa

ušnom školjkom se ponaša kao

sklop sličan levku sa

rezonatorskim osobinama.

Zvučni signali sa ulaza ušne

školjke usmeravaju se ka slušnom

kanalu.

Dužina slušnog kanala: (25 - 27)

mm, površina poprečnog preseka:

(30 - 35) mm2.

Slušni kanal ima: - akustičku funkciju (objašnjena je napred) i - zaštitnu funkciju (obložen je voskom koji skuplja

prljavštinu koja dolazi iz okruženja i sprečava je da dođe do bubne opne).

Zvučni signal, koji je pojačan u određenom frekvencijskom opsegu u slušnom kanalu, dolazi do bubne opne.

Bubna opna razdvaja srednje od spoljašnjeg uva.

Bubna opna je eliptična membrana koja vibrira dolaskom zvučnog talasa. Pomoću nje se pretvara akustička energija u mehaničku.

Rezonantne frekvencije

sklopa ušna školjka-slušni kanal su:

(2.7 - 3.5) kHz.

Slušni kanal pojačava zvuk na

srednjim i visokim frekvencijama

(slika); pojačava f = (3 - 4) kHz za

oko 12 dB, a za svega

3dB.

Srednje uvo

Nalazi se između bubne opne

sa spoljašnje strane i koštanog

zida sa unutrašnje strane.

Srednje uvo obuhvata:

- bubnu opnu, sa strane

slušnih koščica, - slušne koščice i

- Eustahijevu cev.

Osnovna namena srednjeg uva:

- verodostojni prenos i pojačanje zvučnog signala iz slušnog

kanala do unutrašnjeg uva,

- zaštita, za osetljive delove unutrašnjeg uva, od naglog prodiranja

zvučnih oscilacija sa velikom zvučnom energijom.

Osnovne karakteristike bubne

opne:

- eliptična membrana debljine oko

0.1 mm,

- veća osa elipse je 1cm, manja

0.85 cm,

- rezonantna frekvencija: (1.2-1.4)

kHZ.

Osnovna namena: prijem,

transformacija i prenos zvučne

energije iz spoljašnjeg ka

srednjem uvu.

Sistem slušnih koščica

- premošćuje šupljinu srednjeg uva,

- povezuje bubnu opnu i ovalni prozor,

- vrši prilagođenje male impedanse vazduha u slušnom kanalu i velike impedanse limfne tečnosti u srednjem uvu; tako se obezbeđuje potpun prenos zvučne energije.

Slušne koščice (čekić: m=23mg, l=6mm; nakovanj: m=27mg,

l=7mm; i uzengija: m=2.5mg, l=4mm) su međusobno povezane

elastičnim vezama i prenose mehaničku energiju sa bubne opne na

opnu na ovalnom prozoru.

Mehanička sila se sa bubne opne preko slušnih koščica povećava 35 - 80 puta zbog odnosa površine bubne opne i površine ovalnog prozora: 3 mm2 : 80 mm2.

Npr. na f = 100Hz, zvučni pritisak u unutrašnjem uvu je 10 puta

veći od zvučnog pritiska na bubnoj opni; na f = (200 -2400) Hz

pojačanje je 15 puta.

Rezonantna frekvencija sistema slušnih koščica je f = 1.2 kHz.

Eustahijeva cev

Preko ovog kanala srednje uvo

je povezano sa usnom šupljinom.

U njemu je vazduh. Otvara se

samo pri gutanju i zevanju.

Osnovna uloga: služi za

izjednačavanje statičkog pritiska

unutrašnjeg i spoljašnjeg uva na

nivou atmosferskog pritiska i za

provetravanje srednjeg uva.

Duga je oko 3 cm, poprečni presek joj je (0.5 - 0.1) cm2.

Unutrašnje uvo

Osnovna funkcija:

prijem i pretvaranje mehaničke energije zvučnih talasa (koja se preko slušnih koščica prenosi na ovalni prozor) u odgovarajuće nervne (električne) impulse koji se preko nervnog snopa prenose do mozga.

Glavni deo unutrašnjeg uva je PUŽ (KOHLEA).

- Puž je koštani šuplji organ ispunjen limfom.

- Puž je koštani kanal debljine (1 - 2) mm, dužine (32 -35)

mm savijen 2.5 puta - u obliku pužastog tela.

- Okruglog je poprečnog preseka, površine 3.3 cm2 na

početku koja se smanjuje idući prema kraju.

Osnovu unutrašnjeg uva čini puž (kohlea) sa ovalnim i

okruglim prozorom ka srednjem uvu i slušnim živcima koji idu

ka nervnom sistemu. Na pužu se nalazi i vestibularni organ.

Puž je podeljen po celoj dužini na gornji i donji deo

BAZILARNOM I RAJSNEROVOM MEMBRANOM.

Razlikuju se tri skale: skala vestibuli, skala timpani i skala

media. Na vrhu kanala se nalazi otvor helikotrema koji spaja

donji i gornji kanal koji funkcionišu kao jedan jer je Rajsnerova

membrana veoma tanka (nema uticaj na prenos energije).

Iznad ćelija je tektorijalna membrana koja uzrokuje savijanje

dlačica usled pomeranja bazilarne membrane. Savijanje dlačica

vrši transformaciju pomeranja čestica elastične sredine u nervne

impulse (električne) koji se preko nervnog snopa prenose

brzinom 30m/s do mozga.

Bazilarna membrana ima ključnu ulogu u prenosu

zvučne energije. Iznad bazilarne membrane nalazi se

pretvarač, KORTIJEV ORGAN. Kortijev organ ima

23500 ćelija; iz svake ćelije vire po nekoliko dlačica u

kojima se nalaze neuroni - završeci akustičkih nerava

koji vode do mozga.

Presek organa sluha (na slici su označeni svi delovi uva

koji su važni za proces pretvaranja zvučnih signala u električne

impulse):

Mehanizam slušanja

Čulo sluha je jedan od najkomplikovanijih organa čoveka.

Zvučni talas se skuplja u spoljašnjem uvu i izaziva mehaničke

vibracije u srednjem uvu.

Slušne koščice pojačavaju zvuk ( ili pritisak na većoj površini bubne opne se pojačava delujući, istom silom, na manjoj

površini ovalnog otvora).

Kad uzengija pritisne ovalni prozor, impuls se prostire kroz

puževu tečnost do okruglog prozora i prouzrokuje talasanje u

bazilarnoj membrani.

Bazilarna membrana je na početnom delu kruta i zategnuta, a

pri kraju debela i opuštena. Zato će mesto najvećih oscilacija u

njoj zavisiti od frekvencije.

Visoke frekvencije će izazvati najveće oscilacije na

početnom delu, a niske na završnom delu membrane.

Bazilarna membrana osciluje frekvencijski selektivno.

Ona se može podeliti po dužini, na svakih 1.3mm, na 24

radne grupe ćelija.

Frekvencijski opseg koji pobuđuje odgovarajuću radnu

grupu zove se BARK.

Frekvencijski opsesi imaju pojasnu širinu od 100 Hz – 500 Hz,

a iznad 500Hz širina im je približno jednaka tercnom pojasu.

Duž bazilarne membrane talas se proširi za 5ms !!!

Mozak prima informacije o zvuku i obrađuje ih.

Srednja vrednost vremena usrednjavanja signala je oko 35 ms, što je dovoljno za praćenje signala do 50 Hz.

Mozak prima i više frekvencije. Vreme usrednjavanja za mlađe

osobe je oko 30 ms, a za starije 100 ms.

Kontrakcija mišića u srednjem uvu ima

važnu ulogu. Ovi mišići se aktiviraju na (75-

90) dB.

Vreme za prenos signala od mišića uva i

nervnih vlakana do mozga koji prihvata

signal i vraća ga mišićima je (300-500) ms.

Čulo sluha reaguje na:

JAČINU, VISINU I

BOJU ZVUKA.

Jačina zvuka (intenzitet), zavisi od:

- snage zvučnog izvora i

- udaljenosti od izvora.

Visina zavisi od frekvencije.

Boju određuje frekvencijski spektar.

Frekvencijski opseg čujnosti

Frekvencijski opseg zvučnih signala koje generišu različiti izvori zvuka pokriva široko frekvencijsko područje, koje se

deli na:

- infrazvuk, f < 20Hz

- čujni zvuk, 20Hz < f < 20kHz

- ultrazvuk, f>20kHz.

Čulo sluha reaguje na zvučno frekvencijsko područje.

Najosetljivije je na zvučne signale u opsegu (500-4000)Hz.

Granice čujnosti su individualne: zavise od godina starosti,

stanja slušnog aparata ( da li je oštećen )...

Dinamički opseg čujnosti Ljudsko uvo može da registruje zvučne signale od praga

čujnosti do praga bola.

Prag čujnosti predstavlja najniži zvučni pritisak (intenzitet

zvuka) koje ljudsko uvo može da registruje.

Prag čujnosti zavisi od frekvencije i predstavlja se krivom

praga čujnosti.

Prag čujnosti na 1000Hz

ima vrednost:

Na niskim frekvencijama pobuđuje se cela bazilarna

membrana pa je potrebna veća energija za njeno pokretanje,

tako da je prag čujnosti viši.

Na višim frekvencijama pobuđuje se samo deo membrane i

manji deo energije je može pokrenuti, tako da je prag čujnosti niži. Izuzetak su veoma visoke frekvencije.

Prag bola predstavlja najviši zvučni pritisak (intenzitet

zvuka) koji ljudsko uvo može da registruje a da ne dođe do

oštećenja organa sluha i neprijatnog osećaja bola.

Prag bola zavisi od frekvencije i predstavlja se krivom praga

bola.

Prag bola na 1000Hz ima vrednost za zvučni pritisak koja

je za 106puta ( za intenzitet 1012) veća od praga čujnosti.

I=1W/m2 ; P=20Pa

Dakle, dinamički opseg čujnosti ljudskog uva na

1000Hz, pokriva

sve vrednosti u

opsegu za:

1. zvučni pritisak:

2. intenzitet zvuka: