Приборы и оборудование

Лабораторная работы выполняется на учебной установке ФМБ-1, предназначенной для исследования спектральной характеристики уха на пороге слышимости. Аудиометр представляет собой звуковой генератор чистых тонов различной частоты и интенсивности. Структурная схема аудиометра приведена на рисунке 5.

Основной частью прибора является генератор 2 электрических колебаний звуковой частоты, напряжение на который подается от сети через стабилизированный источник питания 1. Кнопки переключения частот 4 «УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ» позволяют получить гармонические колебания различной частоты в звуковом диапазоне. Интенсивность изменяется регуляторами 3 «ИНТЕНСИВНОСТЬ ГРУБО» и «ИНТЕНСИВНОСТЬ ПЛАВНО». В наушниках 6 происходит преобразование электрических колебаний в звуковые сигналы. Кнопки-переключатели «КАНАЛЫ» наушников 5 позволяют подавать сигнал раздельно на правый и левый наушники.

Важным приспособлением является аттенюатор — специальный делитель напряжения, ослабляющий выходное напряжение при каждом новом положении ручек. Наличие двух аттенюаторов с плавной и грубой регулировкой позволяет с достаточной степенью точности ослаблять сигнал в широких пределах. Принципиальная схема аттенюатора, используемого в работе приведена на рис. 6.

 

 

Для рач Для расчета коэффициента ослабления схемы рис. 6 а) представим её в виде эквивалентной схемы рис. 6 б), в которой две части каждого из потенциометров R'=20 кОм и R''=20 кОм представлены раздельно.

 

                                   R'=20 кОм=R3+R1;                             (2.1)

    R''=20 кОм=R4+R2

где R1 и R2 — показания цифрового LCD индикатора на передней панели установки.

Коэффициент ослабления (усиления) по определению:

                                          K=20lg(U_вых/U_вх) [дБ]                    (2.2)

Исходя из схемы рис. 6: U_вых=U_R2. Падение напряжения на сопротивлении R2: , где I_R2R4 – ток через ветвь цепи, содержащую резисторы R2-R4. Общий ток в цепи , где , при этом величина Ro – полное сопротивление ветви R1||(R2+R4), рассчитываемое как . Учитывая, что R2+R4=20 [кОм], получим:

 

                                                                     (2.3)

                                

Падение напряжения на R1 найдем как , где Uвх — входное напряжение, поступающее с генератора, (согласно выражения (2.3)). Тогда получим:

                            (2.4)

В точке соединения резисторов R3-R1 общий ток разветвляется и далее течет по двум веткам: через резистор R1 и параллельную ему цепь R4-R2. Ток через сопротивление R1 равен по закону Ома . Или согласно соотношениям (2.4):

                                                       (2.5)

 

Тогда ток через ветвь R4-R2 найдем как разность между общим током I и током, проходящим через R1:

                           (2.6)

Откуда записывая выходной сигнал Uвых, снимаемый с резистора R2 в виде:

    (2.7)

Подставляя найденные соотношения (2.7) в формулу (2.2), получим коэффициент ослабления в виде:

                                                                                                                                    [дБ]    (2.8)

где R3=20-R1 [кОм], [кОм]. Величины R1 и R2 измеряются встроенным омметром и обрабатываются микропроцессором по формуле (2.8) в [кОм]. В результате чего на экран LCD ЖКД дисплея выводится значение коэффициента ослабления K, рассчитанного по формуле (2.8).

Каждому коэффициенту усиления (ослабления) К соответствует свое определенное значение интенсивности звука L (1.2), причем в ограниченном диапазоне можно считать, что интенсивность L линейно зависит от коэффициента К. Поэтому, чтобы аудиограмма имела обычный вид, изображенный на рис. 4, вводятся поправочные коэффициенты α и k₀, определяемые экспериментально для каждой установки и типа наушников. Коэффициент k₀ определяется для каждого прибора на основании средних данных, полученных у людей с нормальным слухом и условно определяет начало отсчета оси 0L_n. Коэффициент α учитывает зависимость интенсивности звука (1.2) от значений сопротивлений резисторов R1 и R2 для данного прибора.

Таким образом, окончательная расчетная формула для определения порога восприятия для данной частоты:

                                  [дБ]                       (2.9)

 

Для данной установки принять α=149; k₀= −24 дБ. Коэффициенты могут зависеть от типа подключенных наушников, поэтому при смене типа наушников рекомендуется установку перекалибровать.

Пусть, например, в процессе измерения было получено следующее значение коэффициента усиления (ослабления) К, при котором испытуемый начинает слышать звук (по показаниям цифрового измерительного прибора): K=0,19

По формуле (2.9), получаем значение порога восприятия для данной частоты:

                                           [дБ]

Нанеся рассчитанные точки на график для различных частот, получим аудиограмму для правого либо левого уха.

Порядок выполнения

1. Перед включением установки в сеть проверить целостность соединительных сетевых проводов, ознакомится с методикой проведения опыта и разобраться в назначении кнопок и ручек.

2. Включить установку в сеть ~220 В. Поставить переключатель «СЕТЬ» на панели лабораторного модуля в положение «ВКЛ», при этом должен загореться индикатор «СЕТЬ», на LCD дисплее должны отображаться текущие параметры эксперимента.

3. Подключить наушники к выходу «НАУШНИКИ», штекер в гнездо следует вставлять жестко до упора.

4. С помощью кнопок «УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ» установить частоту 1 кГц, ручки «ИНТЕНСИВНОСТЬ ГРУБО» и «ИНТЕНСИВНОСТЬ ПЛАВНО» поставить в среднее положение.

5. Дать параметрам стабилизироваться в течение не менее 5 минут.

6. Надеть наушники на испытуемого. Нажимая кнопки-переключатели «КАНАЛЫ», добиться появления звукового сигнала одновременно в левом и правом наушнике. Во время нажатия кнопок возможно появления помех в наушниках.

7. Используя кнопки-переключатели «КАНАЛЫ» выключить сигнал от одного из наушников (левого либо правого).

8. Вращая ручки «ИНТЕНСИВНОСТЬ ГРУБО» и «ИНТЕНСИВНОСТЬ ПЛАВНО» против часовой стрелки зафиксируйте значение порога восприятия (показания аттенюатора K, выводимого на LCD индикатор) при котором испытуемый перестает слышать звук. Рекомендуется вращать ручки «ГРУБО» и ПЛАВНО» синхронно, приблизительно соблюдая равенство значений R1 и R2, это позволяет снизить ошибки в расчетах, производимых микропроцессором по формуле (2.8).

9. Пересчитайте по формуле (2.9) значение коэффициента ослабления K в значение порога восприятия L_п1, дБ. Данные занесите в таблицу 1.

 

 

 

Частота ν, Гц	Lп1, дБ	Lп2, дБ	Lп3, дБ	Lп4, дБ	Lп5, дБ	Lп6, дБ	, дБ

 

10.  Измерения повторите не менее 3-х раз (L_п1, L_п2, L_п3), каждый раз снижая интенсивность от среднего уровня до значения при котором испытуемый перестает слышать звук.

11.  Не меняя частоты, установить наименьший уровень интенсивности, повернув ручки регулировки ослаблений до упора против часовой стрелки.

12.  Вращая по возможности синхронно ручки «ИНТЕНСИВНОСТЬ ГРУБО» и «ИНТЕНСИВНОСТЬ ПЛАВНО» по часовой стрелки зафиксируйте значение порога восприятия (показания аттенюатора К) при котором испытуемый начинает слышать звук.

13.  Рассчитайте по формуле (2.9) значение порога восприятия L_п4, дБ. Данные занесите в таблицу 1.

14.  Измерения повторите не менее 3-х раз (L_п4, L_п5, L_п6).

15.  Вычислите среднее значение порога восприятия  для данной частоты.

16.  С помощью кнопок «УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ» установить другую частоту аудиометра и повторить измерения аналогично пп. 8-15. Все данные измерений и вычислений заносите в таблицу 1. При переключении частоты рекомендуется перед началом измерения подождать в течение ~ 1 минуты для стабилизации параметров.

17.  Измерения проделать для всех возможных частот аудиометра при которых испытуемый слышит звук.

18.  Используя кнопки-переключатели «КАНАЛЫ» выключить сигнал от наушника, который вы исследовали в предыдущих пунктах и подать его на другой наушник.

19.  Повторите действия, аналогичные пп. 8-16 для всех возможных частот аудиометра при которых испытуемый слышит звук для исследуемого уха. Все данные измерений и вычислений заносите в таблицу 1.

20.  Постройте аудиограммы для левого и правого уха (см. рис. 4).

21.  По окончании работы поставить переключатель «СЕТЬ» на панели установки в положение «выкл», при этом должен погаснуть индикатор сеть и вынуть вилку из розетки.

                                                                    

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что представляет собой звук? Укажите физические характеристики звука.

2. Перечислите характеристики слухового ощущения и укажите, как они связаны с физическими характеристиками звука.

3. Сформулируйте закон Вебера — Фехнера.

4. Укажите единицы уровня интенсивности и громкости звука.

5. Что называется аудиометрией?

6. Что представляет собой аудиометр?

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Ю.А. Владимиров и др. Биофизика. Учебник для мед. ин-тов.- М.: Медицина, 1983г.

2. И.А. Эссаулова, М.Е. Блохина, Л.Д. Гонцов Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике.- М.: Высшая школа, 1987.-271 с.

3. А.С. Батуев Физиология высшей нервной деятельности и сенсорных систем. – СПб.: Питер, 2005.- 317 с.

4. Руководство по оториноларингологии /Под ред. И.Б. Солдатова. М.: Медицина, 1997.-608 с.