Słuch zajęcia 1.doc

1

Słuch

v     Budowa ucha i przebieg dźwięku (fali akustycznej) w uchu:

/

v     Progi słyszalności:

Próg słyszalności (próg absolutny) jest najmniejszym poziomem natężenia dźwięku, który wywołuje spostrzegalne wrażenie słuchowe. W jednej z metod pomiaru progu słyszalności dźwięku prezentuje się słuchaczom za pomocą słuchawek, a pomiaru natężenia dokonuje się za pomocą małego mikrofonu umieszczonego w kanale słuchowym. W innej metodzie dźwięk prezentowany jest przez głośnik, w kabinie bezechowej, a pomiaru dźwięku dokonuje się w tym miejscu pola dźwiękowego, w którym uprzednio usytuowany był środek głowy słuchacza. Rezultaty uzyskane na podstawie dwóch opisanych metod różnią się nieco, ponieważ zarówno głowa, małżowina uszna, jak i przewód słuchowy zewnętrzny mają wpływ na pole dźwiękowe.

Zakres częstotliwości dźwięku wywołującego wrażenie słyszalne rozciąga się od 16Hz do 20kHz, a czułość słuchu zmienia się za zmianą częstotliwości. Największa czułość słuchu przypada na zakres częstotliwości 0,5-5 kHz i wynika między innymi z charakterystyki przeniesienia ucha zewnętrznego i środkowego.

W klinicznej ocenie słuchu progi słyszalności są zwykle wyrażane względem średniego progu, uzyskanego dla młodych, zdrowych słuchaczy z „normalnym” słuchem. Progi wyrażone są w tym przypadku w tzw. Decybelach „poziomu słyszalnego”, dB HL (hearing level) (w Europie) lub za pomocą tzw. Decybeli „poziomu progu słyszalności”, HTL (hearning threshold level) (w USA). Np. próg 40 dB HL dla 1 kHz oznacza, że pacjent ma próg o 40 dB wyższy niż „próg normalny” dla tej częstotliwości. Próg odpowiada w tym przypadku poziomowi ciśnienia dźwięku około 46 dB SPL. Podwyższenie progów normalnych reprezentowany jest przez poziomą linię na górze wykresu oznaczoną jako 0dB, a stopień ubytku słuchu jest wskazany przez to, o ile próg leży poniżej tej linii.

v     Głośność – jest tym atrybutem wrażenia słuchowego, który pozwala na uszeregowanie dźwięków od cichych do głośnych. Głośność jest cechą subiektywną i nie można jej zmierzyć bezpośrednio. Omawiając głośność najlepiej posługiwać się skalą, która nie tylko przyporządkuje wielkości fizyczne (np. natężenie) charakteryzujące dźwięki ich odpowiednikom subiektywnym (np. głośność) ale i taką, która umożliwia porównanie głośności dźwięków o różnej częstotliwości. Jedną z takich skal jest rodzina tzw. „krzywych jednakowej głośności”, które zostały utworzone na bazie zrównania głośności analizowanego dźwięku z głośnością tonu  o częstotliwości 1 kHz i różnych poziomach. Wyznaczona w ten sposób miara głośności nazywana jest poziomem głośności. Poziom głośności dowolnego dźwięku jest równy poziomowi ciśnienia akustycznego tonu standardowego (1kHz), z którym analizowany dźwięk jest jednakowo głośny. Poziom głośności tonu standardowego o częstotliwości 1kHz jest liczbowo równy jego poziomowi ciśnienia akustycznego. Zatem poziom głośności dowolnego tonu jest równy poziomowi ciśnienia akustycznego tonu standardowego (1kHz), z którym jest on jednakowo głośny. Jednostką poziomu głośności jest fon: dźwięk ma tyle fonów, ile decybeli SPL ma ton o częstotliwości 1kHz, który jest jednakowo głośny z analizowanym dźwiękiem.

Skalowanie głośności: tworzy się w celu wyznaczenia zależności wiążących fizyczną miarę dźwięku, jaką jest natężenie, i jego subiektywną ocenę.

Głośność danego dźwięku jest proporcjonalna do natężenie podniesionego do potęgi 0,3. ( G = kl0,3)(jest to prawo potęgowe). Oznacza to, że dwa dźwięki, z których jeden oceniany jest jako dwa razy głośniejszy od drugiego, różnią się o 10 dB. Stevens zaproponował, aby jednostką głośności był son. Głośność jednego sona jest wielkością przyjętą ambiralnie i jest to głośność tonu o częstotliwości 1000 Hz o poziomie 40 dB SPL.

v     Istota selektywności częstotliwości:

Gdy słuchaczowi prezentuje się sygnał sinusoidalny o określonej częstotliwości, to odbiera on (percypuje) wrażenie tonalne o czystej, wyraźniej barwie. Wysokość tego tonu jest związana z jego częstotliwością, a głośnością z natężeniem. Gdy słuchaczowi zaprezentuje się jednocześnie dwa tony, to wrażenie jakie wywoła ten dźwięk, będzie zależeć od tego, jak odległe są one od siebie w dziedzinie częstotliwości. Jeśli tony te są dość odległe, tzn mają częstotliwości równe np. 300 i 1000Hz, to słuchacz wyraźnie usłyszy dwa oddzielne tony: uklad słuchowy dokonuje percepcyjnego rozdzielenia tych tonów. Ucho zachowuje się jak analizator rozkładający dźwięk złożony na składowe tonale. Zdolność percepcyjnego rozłożenia dźwięku na składowe nazywa się rozdzielczością lub selektywnością częstotliwościową. Jeśli składowe dwutonu mają zbliżone częstotliwości np. 1000 i 1030Hz, to słuchacz odbierze pośredni dźwięk, będący mieszaniną dwóch tonów składowych.

Rozdzielczość częstotliwościowa, której źródłem jest specyficzne funkcjonowanie błony podstawnej, jest fundamentalną właściwością naszego słuchu o przejawia się we wszystkich niemal aspektach percepcji dźwięku.

v     Głośność a selektywność częstotliwości:

Gdy całkowite natężenie dźwięku złożonego jest stałe, to wrażenie głośności, jakie ten dźwięk wywołuje zależy od zakresu częstotliwości, na jaki przypadają jego składowe. Gdy szerokość pasma szumu jest mniejsza od szerokości filtru słuchowego, to głośność dźwięku jest w przybliżeniu niezależna od szerokości pasma. Dźwięk ten jest oceniany jako jednakowo głośny z tonem o takim samym natężeniu i częstotliwości równej częstotliwości środkowej pasma tego dźwięku. Jeśli szerokość pasma szumu będzie większa niż pasmo przepustkowe filtru słuchowego, to głośność dźwięku złożonego będzie większa. Wzrost głośności związany z poszerzaniem pasma szumu można wyjaśnić zakładając sumowanie głośności aktywnych filtrów słuchowych.

v     Percepcja wysokości. Wysokość tonów. Skalowanie wysokości.

Wysokość definiuje się jako ten atrybut wrażenia słuchowego, względem którego dźwięki można uporządkować na skali muzycznej. Zmiany wysokości następujących po sobie dźwięków wywołują wrażenie melodii. Przyporządkowanie pewnemu dźwiękowi wysokości rozumiane jest jako wskazanie częstotliwości tonu mającego subiektywnie taką samą wysokość co rozpatrywany dźwięk. Dla sygnałów sinusoidalnych wysokość jest ściśle związana z ich częstotliwością.

Przez analogię do skalowania głośności podejmowano próby skalowania wysokości dźwięków i zaproponowano, aby jednostką wysokości był mel.

v     Lokalizacja dźwięków:

Zdolność zlokalizowania źródeł dźwieku ma zasadnicze znaczenie, bowiem umożliwia orietacje w przestrzeni. Pozwala ona na okreslienie kierunku, z którego dosciera dźwięk i wskazuje kierunek skupienia uwagi wzrokowej. Zasadnicze znaczenie ma w tym przypadku fakt, że mamy dwa niezalezne peryferyjne układy słuchowe: zdolność lokalizacji źródeł dźwięku jest możliwa dzięki temu, że sygnały docierające do obojka uszu są nieznacznie różne, a różnica ta jest efektywnie wykorzystywana przez wyższe piętra układu słuchowego.

v     Źródło dźwięku - to ciało drgające, którego energia jest dostateczna, aby wywołać w narządzie słuchu, najsłabsze wrażenia słuchowe. Inaczej mówiąc natężenie dźwięków słyszalnych musi przekraczać próg słyszalności.

v     Dźwięk jest to fala akustyczna, która rozchodzi się w danym ośrodku ( takim jak; ciało stałe, płyn i gaz) zdolna wytworzyć wrażenie słuchowe, które dla człowieka zawarte jest w paśmie między częstotliwościami granicznymi od ok. 16 Hz do 20 kHz.
Drgania cząsteczek (jako dźwięk), mogą rozchodzić się tylko w ośrodku sprężystym. Wynika z tego, że mamy do czynienia z ruchem falowym, charakteryzuje się tym, iż cząsteczka pobudzona przekazuje energię cząstce sąsiedniej, a sama drga wokół własnej osi. Mamy trzy ośrodki sprężystości: gazowy, ciekły oraz stały
W potocznym znaczeniu dźwięk to każde rozpoznawalne przez człowieka pojedyncze wrażenie słuchowe

v     Drgania akustyczne, których częstotliwość jest tak mała, że nie są słyszalne nazywamy infradźwiękami (niższe niż 20Hz), zaś których częstotliwość jest tak duża, że również nie są słyszalne nazywamy ultradźwiękami(wyższe od 20kHz).

v     Fale dźwiękowe
Jak wszystkie fale mechaniczne, powstają w wyniku drgań wytwarzanych najczęściej przez struny takie jak: gitarowe, skrzypcowe, struny głosowe, pręty, płyty i membrany takie jak: ksylofon, bęben, zamknięte lub otwarte słupy powietrza takie jak. piszczałki, organy, klarnet, a także nagłe zagęszczenia lub rozrzedzenia powietrza np. przy wybuchach.
Cząstki źródła dźwięku (np. cząstki szarpniętej struny), poprzez drgania wokół swoich położeń równowagi, wywierają nacisk na znajdujące się w ich w bezpośrednim sąsiedztwie cząstki ośrodka (np. cząstki powietrza) i w ten sposób wymuszając ich drgania. Drgające w ten sposób cząstki powodują na przemian zagęszczania i rozszerzania ośrodka, w którym się znajdują, czyli zmianę ciśnienia, wytwarzając tym samym falę dźwiękową, którą można traktować też jako falę zmian ciśnienia. Fala dźwiękowa jest więc falą ciśnieniową, co oznacza, że wielkością, która doznaje zaburzenia jest ciśnienie,

v     SKALA DECYBELOWA
Głośne dźwięki to dźwięki mające dużą energię, wzbudzające duże fale; ciche dźwięki mają dużo mniej energii i wzbudzają mniejsze fale.
Ilość energii w dźwięku można zmierzyć, ale głośność mierzy się zwykle w belach lub raczej w dziesiątych częściach bela zwanych decybelami (dB). Skala decybelowa jest logarytmiczna, to znaczy dźwięk 2 dB jest dziesięć razy głośniejszy niż dźwięk 1dB, a dźwięk 20dB jest sto razy głośniejszy.

dB
0- szept ledwie słyszalny- próg słyszalności
10- szelest liści
20- szept
40- normalna rozmowa
50- 60 głosy zwierząt
60- 70 głośna rozmowa
70- froterka elektryczna
80- rozpędzony pociąg
90- ruch uliczny o dużym natężeniu
100- młot pneumatyczny
110- wielka orkiestra symfoniczna, grająca fortissimo
120- grzmot nad głową, koncert muzyki rockowej
130- startujący odrzutowiec
140- start samolotu ponaddźwiękowego- próg bólu
180- startująca rakieta

Ucho ludzkie posiada wrażliwość, która umożliwia rozróżnienie następujących cech dźwięku: wysokości, barwy i natężenia.

Fizyczną miarą wysokości dźwięku jest częstotliwość fali dźwiękowej, przy czym dźwięk jest tym wyższy, im wyższa jest częstotliwość.

Dźwięki o jednakowej wysokości wydawane przez różne źródła wywołują różne wrażenia słuchowe. Różnice są spowodowane tym że charakterystycznym dla danego źródła dźwięku nakładaniem się na podstawowe drgania harmoniczne drgań harmonicznych o większych częstotliwościach i określone są mianem barwy dźwięku. Dźwięki o jednakowej wysokości, lecz różnej barwie różnią się kształtem krzywej drgań.
Dźwięki wytwarzane przez źródła drgające ruchem harmonicznym, których wykres drgań ma kształt sinusoidy, nazywają się tonami.

v     Głos ludzki jest to wibracje, którą wytwarzają struny głosowe człowieka (dźwięki o określonej częstotliwości). Fałdy głosowe w połączeniu z m.in. zębami, językiem i ustami mogą wytworzyć szeroki zakres dźwięków, umożliwiając tym samym całkowitą zmianę znaczenia wypowiedzi poprzez zmianę tonu lub akcentowanie pojedynczych części słów (lub zdań i wypowiedzi).

częstotliwość - liczba drgań wykonanych w czasie 1 sekundy.
Częstotliwość [f] liczymy:
- f = 1/T
- okres drgań [T] - czas trwania 1 drgania
- jednostka - f=1/s=Hz

v     Natężenie dźwięku- jest to moc fali dźwiękowej czyli energia przenoszona przez falę w ciągu 1 min. Poziom natężenia dźwięku wyrażamy w decybelach [dB]
Jednostką natężenia dźwięku jest zamiennie z decybelem W/m2

v     Barwa dźwięku- na drgania tzw. częstotliwości podstawowej (decydującej o wysokości dźwięku) nakładają się w różnych proporcjach zazwyczaj dużo słabsze drgania o wyższych częstotliwościach. Łączny efekt odbieramy jako tzw. barwę dźwięku - brzmienie.

ultradźwięki - fale o częstotliwościach wyższych niż 20 kHz
infradźwięki - fale o częstotliwościach niższych niż 20 Hz
 

v     Poziom natężenia dźwięku – logarytmiczna miara natężenia dźwięku w stosunku do pewnej umownie przyjętej wartości odniesienia, wyrażana w decybelach. Wielkość ta wyznaczana jest ze wzoru:

gdzie:

·       L – poziom natężenia dźwięku

·       I – natężenie dźwięku

·       I0 – wartość odniesienia, wynosząca 10–12 W/m2

v     Hałas – dźwięki zazwyczaj o nadmiernym natężeniu (zbyt głośne) w danym miejscu i czasie, odbierane jako: "bezcelowe, następnie uciążliwe, przykre, dokuczliwe, wreszcie szkodliwe”. Reakcja na hałas w dużym stopniu zdeterminowana jest nastawieniem psychicznym. Na ochronę przed hałasem, organizm zużywa ogromne ilości energii. Do hałasu nie można się przyzwyczaić i jeśli nawet nie odbieramy go świadomie, to "zawsze przeżywamy go najgłębiej", a zamiast przyzwyczajenia co najwyżej następuje "adaptacja patologiczna". Przyczyną hałasu mogą być dźwięki zarówno intensywne, jak również to wszelkiego rodzaju niepożądane dźwięki wpływające na tło akustyczne, uciążliwe z powodu długotrwałości, jak na przykład stały odgłos pracujących maszyn lub muzak.

v     Percepcja - organizacja i interpretacja wrażeń zmysłowych, w celu zrozumienia otoczenia. Percepcja to postrzeganie; uświadomiona reakcja narządu zmysłowego na bodziec zewnętrzny; sposób reagowania, odbierania wrażeń.

v     Przyczyny uszkodzenia słuchu:

l        zapalenie ucha środkowego

l        przebywanie w intensywnym lub utrzymującym się przez cały czas hałasie

l        czynniki dziedziczne

l        choroby lub uszkodzenia okołoporodowe

l        naturalne procesy starzenia

l        urazy

l        stosowanie leków ototoksycznych

nowotwory