2. 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.
3. 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).
4. 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 !!!
5. 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;
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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).
17. 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.
18. Presek organa sluha (na slici su označeni svi delovi uva
koji su važni za proces pretvaranja zvučnih signala u električne
impulse):
19. 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).
20. 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.
21. 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 !!!
22. 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.
23. 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.
24. 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 )...
25. 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:
26. 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.
27. 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.
28. 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: