Fiziološka akustika, frekvenc. i dinamički opseg čujnosti

1. Fiziološka akustika
Čulo sluha
Dinamički opseg čujnosti
Frekvencijski opseg čujnosti

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: