АКУСТИКА В узком смысле слова под акустикой понимают учение о звуке, т.е об упругих колебаниях и волнах в газах, жидкостях и твердых телах, воспринимаемых человеческим ухом Звуковые явления чрезвычайно важны для медицины, особенно для оценки слуховых ощущений.

ПРИРОДА ЗВУКА. ТОНЫ И ШУМЫ. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА И ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛУХОВОГО ОЩУЩЕНИЯ.

Звуковыми волнами звуком Звуковыми волнами или просто звуком принято называть упругие волны, воспринимаемые человеческим ухом. Диапазон звуковых частот от 20 Гц до 20 к Гц инфразвуком ультразвуком. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20 к Гц – ультразвуком. Скорость распространения звуковых волн в воздухе –.

Акустическим спектром называют набор частот колебаний, присутствующих в данном звуке. Если в звуке присутствуют колебания всех частот от до то такой звук называется шумом.

Тоном Тоном называется звук, который представляет собой колебания одной частоты – простой тон, либо звук, имеющий линейчатый спектр – сложный тон. Относительные интенсивности гармоник в спектре звуковых волн, испускаемых камертоном (1), пианино (2) и низким женским голосом (альт) (3) (f 1 = 220 Гц). По оси ординат отложены относительные интенсивности.

основной частотой – ν 0 обертоны основного тона Наименьшая частота, присутствующая в акустическом спектре, называется основной частотой – ν 0 ; остальные частоты – обертоны основного тона. Камертон Тон характеризуется Тон характеризуется: основной частотой, амплитудой, акустическим спектром, а также величинами, характеризующими звуковую волну: силой звука звуковым давлением.

Сила звука Сила звука – это энергия, переносимая распространяющейся звуковой волной через единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно направлению распространения волны, за единицу времени. Единица измерения силы звука в системе Си:

Звуковая волна состоит из чередующихся областей сгущения и разряжения среды. В каждой точке, через которую проходит волна, давление колеблется около среднего значения с амплитудой Р, которая связана с силой звука соотношением: Давление в области сгущения больше, а в области разряжения меньше среднего давления среды Р 0.

ВЫСОТА, ГРОМКОСТЬ, ТЕМБР ЗВУКА. ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ ШКАЛА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ЗВУКА И ГРОМКОСТИ

Воспринимаемые звуки человек различает по : высоте, тембру, громкости. Частота колебаний высота звука Частота колебаний оценивается ухом как высота звука. Чем больше частота колебаний, тем больше высота воспринимаемого звука. Тембр акустического спектра звука Тембр – это качественная характеристика слухового ощущения, зависящая от акустического спектра звука. громкостью уровень слухового ощущения. Под громкостью понимают уровень слухового ощущения. Громкость тем больше, чем больше сила звука.

Ухо человека имеет наибольшую чувствительность к звукам частотой от 1000 до 4000 Гц. Порог слышимости Порог слышимости – наименьшая сила звука J 0, при которой возникает едва различимое слуховое ощущение. Порог слышимости составляет в среднем для 1000 Гц. При интенсивностях порядка порогом болевого ощущения волна перестает восприниматься как звук, вызывая в ухе лишь ощущение боли и давления. Значение силы звука, при котором это происходит, называется порогом болевого ощущения.

J Вт/м Порог слышимости Порог болевого ощущения 2 ν к Гц 1 к Гц

Наше ухо может воспринимать звуки, отличающиеся по силе в раз, и не чувствительно к малым, изменениям силы звука. Уровни силы звука Уровни силы звука логарифмической шкалы определяются величиной: Единица уровня Единица уровня логарифмической шкалы называется белом (Б). 1 бел соответствует силе звука 1Б=10 дБ Пользуются также единицей в 10 раз меньшей бела и называемой децибелом 1Б=10 дБ

J Вт/м Порог слышимости Порог боли дБ Гц 20 к Гц

ЗАКОН Вебера – Фехнера При увеличении раздражения в геометрической прогрессии ощущение раздражения возрастает в арифметической прогрессии: аJ 0, а 2 J 0, а 3 J 0 L 0, 2L 0, 3L 0. Громкость звука пропорциональна интенсивности звука, выраженной в белах или децибелах:

J Вт/м L Порог слышимости Порог боли дБ фон ν

График зависимости восприятия звука от его интенсивности, частоты колебаний и давлений.

ЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В КЛИНИКЕ

В клинике используют следующие звуковые методы исследования: АУСКУЛЬТАЦИЯ АУСКУЛЬТАЦИЯ – прослушивание дыхательных шумов и хрипов, характерных для заболевания. ФОНОКАРДИОГРАФИЯ – графическая регистрация тонов и шумов сердца. ФОНОКАРДИОГРАФИЯ – графическая регистрация тонов и шумов сердца. ПЕРКУССИЯ – метод исследования, при котором выслушивают звучание отдельных частей тела при их простукивании. ПЕРКУССИЯ – метод исследования, при котором выслушивают звучание отдельных частей тела при их простукивании. Перкуторный метод выявления асцита.

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Ультразвуковые волны Ультразвуковые волны – это механические волны с частотой более Гц. Для возбуждения ультразвука используются 2 явления: ОБРАТНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ МАГНИТОСТРИКЦИЯ

+++ ___ ___ _ E E _ + E пер ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ПРЯМОЙ ОБРАТНЫЙ

обратном пьезоэлектрическом эффекте трансдьюсеры Получение ультразвука базируется на обратном пьезоэлектрическом эффекте. Для получения ультразвука используются специальные преобразователи трансдьюсеры, которые превращают электрическую энергию в энергию ультразвука. Эффект состоит в том, что если к определенным материалам (пьезоэлектрикам) приложить электрическое напряжение, то произойдет изменение их формы.

пьезоэлементу ультразвуковое поле прямом пьезоэлектрическом эффекте Если к пьезоэлементу приложить быстропеременный ток, то элемент начнет с высокой частотой сжиматься и расширяться (т.е. колебаться), генерируя ультразвуковое поле. Детектирование отраженных сигналов базируется на прямом пьезоэлектрическом эффекте. пьезоэлемент функционирует как ультразвуковой датчик Возвращающиеся сигналы вызывают колебания пьезоэлемента и появление на его гранях переменного электрического тока. В этом случае пьезоэлемент функционирует как ультразвуковой датчик.

Ультразвуковая волна имеет малую длину волны Характерным свойством ультразвуковой волны высокой частоты является: поэтому распространяется прямолинейно в форме продольных волн. интенсивное поглощение, отражение от воздушной среды. При действии магнитного поля ферромагнитные вещества слегка деформируются. Поместив, ферромагнитный стержень в переменное магнитное поле, частота которого больше 20 к Гц, можно возбудить его механические колебания той же частоты. В результате в окружающей среде возникает ультразвуковая волна.

ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА ВЕЩЕСТВО

При значительной мощности ультразвук вызывает разрушение структуры вещества. Биологическое действие ультразвука определяется главным образом его интенсивностью и длительностью воздействия. При небольшой интенсивности ультразвука от 1 до 11 возникающие механические колебания частиц производят микромассаж тканей, способствующий улучшению обмена веществ и снабжения тканей кровью и лимфой. Действие ультразвуковых волн Действие ультразвуковых волн на вещество основано на деформациях, происходящих в нем, вследствие поочередного сгущения и разряжения его частиц.

При поглощении ультразвука При поглощении ультразвука в биообъектах происходит преобразование акустической энергии в тепловую. В результате локального нагрева тканей на доли и единицы градусов повышается проницаемость мембран, и как следствие происходит ускорение процессов обмена веществ.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В МЕДИЦИНЕ

Ультразвук в медицине используют для ДИАГНОСТИКИ, ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ, УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ХИРУРГИИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В МЕДИЦИНСКОЙ И ЛАБОРАТОРНОЙ ПРАКТИКИ.