Патологічна фізіологія / Оториноларингологія / Організація системи охорони здоров'я / Онкологія / Неврологія і нейрохірургія / Спадкові, генні хвороби / Шкірні та венеричні хвороби / Історія медицини / Інфекційні захворювання / Імунологія та алергологія / Гематологія / Валеологія / Інтенсивна терапія, анестезіологія та реанімація, перша допомога / Гігієна і санепідконтроль / Кардіологія / Ветеринарія / Вірусологія / Внутрішні хвороби / Акушерство і гінекологія
ГоловнаМедицинаОториноларингологія
« Попередня Наступна »
Кочкін Р.В.. Імпедансна аудіометрія, 2006 - перейти до змісту підручника

Фізичні основи і базові поняття акустичної импедансометрии

Імпеданс - опір, який чиниться об'єктом або системою, потоку енергії.

Сам термін був придуманий відомим британським фізиком і інженером Олівером Хевісайда (Heaviside) в 1886 році. Проте його дослідження були пов'язані аж ніяк не з акустикою, а з розробкою теорії електричного кола.





Olliver Heaviside

(1850-1925)



У 1919 році А. Г. Вебстер (Webster) переніс положення електричної теорії на механічні та акустичні системи.



Т.ч., існують певні аналогії між еквівалентними елементами електричних, механічних і акустичних систем. Спочатку розглянемо деякі аспекти механічного імпедансу.



Механічний імпеданс (Zm) можна визначити як відношення сили, прикладеної до об'єкта, (F) до результуючої швидкості (V):

Zm=F / V.

На його величину впливають 3 фактори - тертя, маса і жорсткість системи. Тому імпеданс являє собою результат взаємодії резистивних і реактивних компонентів:

1. резистансу R,

2. реактанс маси (позитивного реактивного опору) Хm,

3. реактанс жорсткості (негативного реактивного опору) Xs.

Ці компоненти і відносяться відповідно до тертя, масі і жорсткості.



Тертя на малюнку зображено гребенчатой ??поверхнею, по якій рухається блок (маса). Частина енергії, яка додається до системи, тертя розсіює - перетворює на тепло. Резистанс (R) не залежить від частоти і знаходиться в одній фазі з прикладеною силою.

Реактанс (X), навпаки, забезпечує накопичення енергії системою. Він складається з двох компонентів - реактанс маси і реактанс жорсткості. Реактанс маси (Хm) обумовлений масою системи. Оскільки маса має властивість інерції, то додаток сили F до маси M - mass призводить до прискорення маси, згідно з формулою:

F=MA,

де A-прискорення.

Якщо застосовувана сила змінюється по синусоїді (що і відбувається при дії звукових коливань), то Xm буде пов'язаний з частотою за формулою:

Xm=M * 2? F ,

де f - частота. Т.ч., величина реактанс маси Xm прямо пропорційна частоті (чинить максимальний опір струму енергії на високих частотах). Для діагностики захворювань середнього вуха, що підвищують масу системи, використовують високочастотні зондувальні тони - 678 Гц і вище. Т.к. прискорення випереджає силу на чверть циклу, то Xm випередить прикладену силу по фазі на 90 °.



Реактанс маси називають також позитивним реактивним опором і відкладають по осі у вгору.



Реактанс жорсткості представлений на малюнку у вигляді пружини. Жорсткість пружини позначається S - stiffness. Прикладена сила стискає (зміщує) пружину згідно з формулою:

F=SD,

де D - величина зсуву. Якщо застосовувати синусоїдальний стимул, то Xs буде пов'язаний з частотою за формулою:

Xs=S / 2? F.

Іншими словами, величина реактанс жорсткості Xs обернено пропорційна частоті (максимальний опір току енергії проявляється на низьких частотах). Для оцінки характеристик жорсткості середнього вуха використовують низькочастотний зондуючий тон 226 Гц. Оскільки зсув відстає від сили на чверть циклу, то Xs відстає від прикладеної сили по фазі на 90 °, тому його також називають негативним реактивним опором. Відкладається Xs по осі у вниз.

Оскільки компоненти жорсткості і маси розрізняються по фазі на 180 °, то загальний реактанс системи дорівнює різниці між ними (Xs-Xm). Оскільки Xs в нормі перевищує Xm, то загальний реактанс (Xt - total) системи буде мати негативний знак (негативний фазовий кут фі на малюнку).

Отже, загальний імпеданс системи - сукупність резистивних і реактивних компонентів:



де i - корінь з -1, показує, що величина загального реактанс не може бути отримана шляхом прямого складання Xs і Xm, т.
к. вони є протилежно спрямованими векторами.

Переходячи до залежності від частоти, отримуємо:



де w (кругова частота) відповідає 2? F. Отже, залежність повного імпедансу від частоти істотна. Оскільки реактанс маси прямо пропорційний частоті, в той час як реактанс жорсткості обернено пропорційно їй, на деякій частоті вони повинні порівнюватися. Це і буде резонансна частота системи, на якій компоненти реактивного опору взаємно погашають один одного, залишаючи тільки компонент R. Внаслідок того, що повний імпеданс на резонансної частоті середнього вуха обумовлений лише тертям, створюються оптимальні умови для проходження звуків, їх відображення мінімально.

Оскільки акустична система лише окремий випадок механічної, а звук являє собою, по суті, механічні коливання, що поширюються в пружних середовищах у вигляді хвиль; та й сам орган слуху відноситься до механорецепторів, цілком логічно перенести розглянуті вище закономірності на людське вухо.

Акустичний імпеданс (Za) - сумарний опір, який чинять структури середнього вуха, при проходженні звукової хвилі.

Якщо стан механічної коливальної системи характеризується зміщенням і коливальної швидкістю окремих матеріальних точок під впливом дії механічних сил, то акустичні системи можна описати, користуючись об'ємними зміщеннями, об'ємними швидкостями (U) і тиском (P) як зовнішнім впливом на систему. З цієї причини в самому простому вигляді АІ можна визначити як відношення звукового тиску до об'ємної швидкості:

Za=P / U.

Виражається АІ в Па * с / м, тобто величиною питомого опору каналу, в якому об'ємна швидкість в 1 м3 / с створюється звуковим тиском в 1 Па. Проте історично склалося вираз АІ в акустичних Омах (дин * с/м5) або мілліОмах (mohm).

Виявилося, що зручніше представляти результати вимірювань опору середнього вуха в одиницях акустичного адміттанса, і сучасне діагностичне обладнання (імпедансні аудіометри, аналізатори середнього вуха) вимірює саме адміттанс.

Акустичний адміттанс (Ya) - поняття, зворотне АІ. Його можна визначити, як легкість проходження звукової хвилі через систему. Виражається в Мо (mho), який є дзеркальною копією Ом'а (ohm). У аудіології величини адміттанса невеликі, тому на практиці використовуються міллімів (mmho). Однак при тімпанометрії адміттанс частіше оцінюється за допомогою одиниць еквівалентного обсягу (см3 або мл), але про це пізніше.

Для решти компонентів імпедансу також є відповідні їм еквіваленти, що позначають, по суті, зворотну величину (див. таблицю).



Останнім часом все частіше вживається термін акустичний імміттанс, а сам метод стали називати імміттансной заудіометрія. Слово імміттанс (immittance) було утворено з двох похідних: імпеданс (impedance) і адміттанс (admittance). Поняття «імміттанс» позначає проходження енергії через систему і є загальним терміном для імпедансу і адміттанса (або їх компонентів), об'єднуючи ці поняття.

Раз вже мова зайшла про термінології, не можна не згадати про комплианса. Сьогодні під цим терміном розуміють сусцептанс жорсткості. Раніше комплианс трактувався більш широко і позначав, по суті, імпеданс / адміттанс вуха (в залежності від апаратури). Справа в тому, що старі «однокомпонентні» прилади вимірювали величину Z / Y на єдиній частоті 226 (220) Гц. Оскільки імпеданс нормального вуха на низьких частотах в основному визначається жорсткістю (англ. - compliance), то результати цих вимірювань позначали як «комплианс». В даному випадку це справедливо. Проте термін «комплианс» не слід вживати стосовно до високо-і многочастотной тімпанометрії (тут вищезгадані співвідношення не діють), а також при патології вуха, що супроводжується підвищенням маси системи. Разом з тим, це поняття дотепер широко поширене. До речі, іноді під комплианса розуміють еквівалентний об'єм зовнішнього слухового проходу (див.
нижче). Т.ч., ситуація з термінами досить заплутана: у старих джерелах слова комплианс-адміттанс-імміттанс вживаються як синоніми, що не зовсім точно.

Продовживши зіставлення імпедансу і адміттанса, звернемося до формул:



В цілому співвідношення між компонентами імпедансу і адміттанса можна представити таким чином. Абсолютні величини відповідних параметрів не змінюються - змінюється лише знак (реактанс жорсткості, а, отже, і загальний реактанс, в нормі - величина негативна, сусцептанс при цьому, навпаки, позитивний). Залежності величин компонентів від частоти також зберігаються: суцептанс маси прямо пропорційний частоті, сусцептанс жорсткості - обернено пропорційний. Кондуктанс від частоти не залежить.

Математично адміттанс можна виразити двома способами: в прямокутної або полярної системах координат. У прямокутній системі адміттанс виражається як сума кондуктанса і загального сусцептанса:

Y=G + jBt,

де j дорівнює

і вказує на те, що кондуктанс і сусцептанс не можуть бути об'єднані шляхом простого додавання, оскільки вони є векторами, що діють у протилежних напрямках.

В полярній системі адміттанс виражається за допомогою його величини і кута фазового зсуву. Кут утворюється вектором адміттанса і горизонтальною віссю і позначається як фазовий кут фі y:



Для розуміння многочастотной багатокомпонентної тімпанометрії важливо знати, як змінюються співвідношення між компонентами адміттанса - жорсткістю і масою - при зміні частоти зондуючого тону в нормі .



На малюнку сусцептанс жорсткості відкладений по осі ординат від нульової позначки вгору, суцептанс маси - вниз, кондуктанс розташований по осі абсцис. Адміттанс системи (| Y |) представлений як вектор суми кондуктанса і загального сусцептанса.

Сусцептанс маси прямо пропорційний, а сусцептанс жорсткості обернено пропорційний частоті. Тому, із зростанням частоти, загальний сусцептанс змінюється від позитивних значень (коли система контролюється жорсткістю - "stiffness-controlled"), до нуля (резонанс) і далі стає негативним (коли система контролюється масою - "mass-controlled"). Отже, на низьких частотах, коли система контролюється жорсткістю, загальний сусцептанс позитивний; на високих, коли система контролюється масою - негативний, на резонансній частоті дорівнює нулю.

Резонанс середнього вуха досягається, коли значення сусцептанса жорсткості і маси стають рівними, тобто загальний сусцептанс становить 0 ММО. У людини резонансна частота зазвичай вимірюється за допомогою тімпанометрії і варіює від 630 до 2000 Гц. Її середнє значення 900 Гц (докладніше про це в розділі про многочастотной тімпанометрії).

Ось як виглядають ті ж співвідношення на прикладі многочастотной тімпанометрії, при використанні зондирующих тонів різних частот. На низьких частотах (в даному випадку 226 і 565 Гц) сусцептанс перевищує кондуктанс (B> G) і вектор адміттанса лежить між 45 ° і 90 °. У міру підвищення частоти, сусцептанс збільшується і в певний момент стає рівним кондуктансу (B=G). Це відповідає фазовому куті 45 °.



При подальшому зростанні частоти (в даному випадку 791 і 904 Гц), кондуктанс починає перевищувати сусцептанс (B
На резонансній частоті (в даному випадку 1017 Гц) загальний сусцептанс стає нульовим (Bt=0). Коли сусцептанси маси і жорсткості стають рівними, кондуктанс (обумовлений тертям) залишається єдиним компонентом, визначальним адміттанс системи.
« Попередня Наступна »
= Перейти до змісту підручника =
Інформація, релевантна" Фізичні основи та базові поняття акустичної импедансометрии "
  1. Кочкін Р.В .. Імпедансна аудіометрія, 2006

  2. Основні питання
    фізичному здоров'ї. 5. Фактори ризику для здоров'я. Гіподинамія, її вплив на
  3. Методологічні проблеми військової психології
    основ, взаємин з іншими дисциплінами, галузями психологічного знання. Донедавна більша частина психологів, при загальній згоді з тим. що "військова психологія є галузь психологічної науки", проте вважали, що у військовій психології "свій шлях" у пізнанні особистості військовослужбовця, військової діяльності, своє "предметне поле". При цьому, на наш погляд, специфіка
  4. Фізіологічні основи фізичної культури
    фізична культура »і« спорт ». На жаль, досить часто ці поняття поєднуються. Фізична культура - це частина загальнолюдської культури, спрямована на використання різного виду рухової активності з метою підтримки і зміцнення свого здоров'я. Спорт - це цілеспрямоване використання спеціалізованих фізичних вправ для досягнення високих результатів їх
  5. Від автора
    засновані провідними фахівцями-акмеології і ті, які відображають авторське бачення їх акмеологічного змісту. Крім того, деякі поняття і категорії є авторською редакцією тих, які були прийняті за основу на початкових етапах створення акмеології. У справжньому варіанті можна зустріти і поняття, викладені в «Психолого-акмеологічному словнику» (відп. ред. К.А.Абульханова і
  6.  Відпускна ціна і економічна ефективність проектованого приладу
      базової техніки визначається за формулою: Цботп=Сб (1 + рн), де Сб - собівартість базової техніки; рн - нормативна рентабельність вироби (рн=20%) Цботп=Корисний економічний ефект нового приладу розраховується від виробництва нового приладу. ЕФП=СбIту - Сп, де Сб, Сн - собівартість базового і нового приладів. ЕФП=Відпускна ціна розраховується за формулою:
  7.  Зазикін В.Г.. Короткий акмеологический словник, 2009
      базові акмеологические поняття і категорії, що відображають нинішній етап її стану та розвитку як науки. У першу чергу це стосується формулювань цілей акмеології, її предмета, об'єкта і
  8.  Лекції. Лекції з валеології, 2011
      фізичному здоров'ї. Поняття про психічне і соціальному здоров'ї. Вплив навколишнього середовища і спадковості на здоров'я
  9.  Методологічні проблеми військової психології
      основ, взаємин з іншими дисциплінами, галузями психологічного знання. До недавнього часу велика частина психологів, при загальній згоді з тим. що «військова психологія є галузь психологічної науки", проте вважали, що у військовій психології «свій шлях» у пізнанні особистості військовослужбовця, військової діяльності, своє «предметне поле». При цьому, на наш погляд, специфіка
  10.  Поняття про фізичне здоров'я
      фізичного здоров'я становить біологічна програма індивідуального розвитку людини, яка опосередкована базовими потребами (харчування, дихання, рух, пізнання навколишнього світу, сексуальне задоволення і т.д.), домінуючими у нього на різних етапах. - Турбота про фізичне здоров'я людини повинна починатися з доембріонального періоду і тривати протягом усього життя,
  11.  Звуки мови
      фізичній природі цих звуків не може вважатися остаточно вирішеним. Якщо в силу будь-яких причин усуваються або послаблюються форманти, що характеризують мовні звуки, то мова стає нерозбірливою, навіть якщо вона має достатню гучністю. Таке усунення і ослаблення формант служить причиною нерозбірливості мови при недосконалої радіопередачі і при користуванні
© medbib.in.ua - Медична Бібліотека