Основные электроакустические приборы, используемые при аудиологическом обследовании

18 Февраля в 0:04 1798 0


Обычно непосредственным источником звука (т.е. излучателем) при аудиологическом обследовании являются головные телефоны. Как правило, в  таком  обследовании  используются электромагнитные телефоны. Основной принцип действия телефона состоит в следующем. В телефоне существует постоянный магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом.

Электрические колебания от любого генератора звука создают переменный магнитный поток. Совокупность постоянного и переменного магнитных потоков вызывает колебания диафрагмы телефона. Эти колебания диафрагмы и создают звуковые колебания, воспринимаемые ухом наблюдателя при прослушивании телефона.

Сравнительная характеристика акустических и механических систем при сопротивлении силе внешнего воздействия
Сравнительная характеристика акустических и механических систем при сопротивлении силе внешнего воздействия

При пользовании телефонами исключительно важными являются сведения об их амплитудно-частотной характеристике (часто пользуются сокращением "АЧХ"). Данная характеристика описывает амплитуды излучаемых тональных сигналов при их одинаковой интенсивности на разных частотах.

Важность сведений об амплитудно-частотной характеристике иллюстрируется следующим примером. Допустим диапазон воспроизводимых телефоном частот (прямое следствие его амплитудно-частотной характеристики) равен 100-4000 Гц. Заметим, что такие амплитудно-частотные характеристики были весьма типичными для выпускавшихся прежде телефонов, (в настоящее время телефоны имеют значительно более широкие АЧХ).

Совершенно очевидно, что подача на такие телефоны синусоидальных электрических колебаний от звукового генератора с частотой, например, 8000 Гц для тестирования восприятия человеком высоких частот, бессмысленно, так как телефон с указанными выше характеристиками эту частоту в виде звуковых колебаний не воспроизведет.

Обычно, хорошей амлитудно-частотной характеристикой принято считать характеристику, если различия в ней не превышают величин порядка +3 дБ в диапазоне тестируемых частот. При наличии больших неравномерностей этой характеристики желательно на используемые частоты, попадающие на соответствующие неравномерности, вводить необходимые поправки по интенсивности. Например, если в амплитудно-частотной характеристике на частоте 1000 Гц имеется западение, равное 8 дБ. то при тестировании слуха на этой частоте звуковой сигнал необходимо усилить на эту же величину.

Таким образом, информация об амплитудно-частотной характеристике телефонов приобретает существенное значение, так как при больших различиях амплитуд воспроизведения звукового сигнала на разных частотах или вследствие конструктивных ограничений телефона, последний не воспроизводит с одинаковой амплитудой (или вообще не воспроизводит) различные частоты, подаваемые на его вход с выхода генератора.

В этом случае нарушение восприятия обследуемым может происходить не из-за тех или иных нарушений слуховой функции, а в результате несоответствия генерируемого звуковым генератором сигнала и реально воспроизводимого телефоном уровня звукового давления. Частотные характеристики телефонов обычно указываются в заводском паспорте. Вместе с тем, до начала работы и в процессе ее выполнения, весьма желательной является проверка амплитудно-частотных характеристик телефонов. Способы калибровки телефонов изложены ниже.

Следующей характеристикой, которую необходимо учитывать при работе с головными телефонами, является их амплитудная характеристика, которая оценивает амплитуду звукового давления на определенной фиксированной частоте при разном напряжении сигнала на входе телефона. Напомним, что при измерении АЧХ меняется частота сигналов ори определенной фиксированной их амплитуде.

Таким образом, различие амплитудно-частотной и амплитудной характеристик состоит в том, что в первом случае фиксировано входное напряжение тона и меняется частота сигнала, а во втором случае фиксирована частота сигнала, а меняется входное напряжение.

В идеальном случае амплитудная характеристика должна быть линейной. Это означает, что определенному приращению напряжения на входных клеммах телефона должно соответствовать определенное приращение выходного звукового давления генерируемого телефоном, одинаковое во всем диапазоне подаваемых напряжений.

Естественно, что при такой прямой пропорциональности точки отдельных измерений на графике зависимости звукового давления (ось ординат) от уровня напряжения электрического тока на входе телефонов (ось абсцисс) аппроксимируются прямой, в идеальном случае расположенной под углом 45 градусов к абсциссе и ординате. Однако может наблюдаться и определенная нелинейность в амплитудной характеристике излучателей. В этом случае необходимо вводить соответствующие коррективы при подаче входного напряжения на телефон, чтобы получить нужное звуковое давление.

Амплитудно-частотная (а) и амплитудная (б) характеристики излучателя
Амплитудно-частотная (а) и амплитудная (б) характеристики излучателя
В "а" - по оси абсцисс - (логарифмическая шкала) - частота сигнала подаваемого на излучатель; в "б" - амплитуда входного напряжения подаваемого на телефон. По оси ординат интенсивность излучаемого сигнала. 1 - линейная ("идеальная"); 2 - нелинейная амплитудно-частотная (а) и амплитудная (б) характеристики

При использовании в аудиологической практике ряда тестов (так называемые бинауральные тесты) звуковые стимулы подаются через два головных телефона на оба уха. В случае использования двух головных телефонов (при одновременном или последовательном включении звуковых сигналов на каждый из телефонов) существенным является сходство их амплитудно-частотной характеристик. Значительное различие этих характеристик может привести в аудиологическом обследовании к неправильному суждению о нарушениях слуха в одном из ушей, либо о нарушениях бинаурального слуха.

В аудиологической практике, как правило, используют несколько основных типов сигналов - тональные сигналы (чистые тоны), шумовые сигналы, короткие звуковые щелчки и речевые сигналы. Для получения этих звуковых сигналов используют разные типы приборов. Так, для получения тональных сигналов используется семейство генераторов тональных сигналов (обычная маркировка отечественных приборов - ГЗ -от начальных букв "генератор звуковой"), генераторы шумовых сигналов (маркировка ГШН - "генератор шума низкочастотный") и генераторы импульсов (ГИ).

Регулировка интенсивности звука осуществляется прибором, получившим название аттенюатора. Аттенюатор представляет собой набор сопротивлений, ослабляющих электрическую амплитуду сигнала (а, следовательно, и сам звуковой сигнал) и отградуированный в десятках дБ и единицах дБ (иногда в десятых дБ). Значительно реже и вполне правомерно используются аттенюаторы, отградуированные в неперах (Нп). Аттенюаторы включаются последовательно между генератором звука и телефонами.

Отметим, что все перечисленные выше приборы (генераторы тонов, шума, коротких импульсов), как правило, имеют встроенные аттенюаторы, с помощью которых можно регулировать интенсивность звуковых сигналов.

Если таких встроенных аттенюаторов нет, то весьма важным моментом, который необходимо учитывать аудиологу при тестировании слуха с помощью оценки обследуемым звуковых сигналов, является согласование сопротивлений между звуковым генератором, аттенюатором и телефонами. Например, если входное сопротивления аттенюатора выше выходного сопротивления звукового генератора, то реально интенсивность звукового сигнала будет ниже, чем та, которая была предъявлена на вход слуховой системы.

Поэтому при отсутствии такого согласования можно допустить ошибки в оценке абсолютных значений, в основном интенсивности, предъявляемых сигналов со всеми вытекающими отсюда погрешностями оценки слуховой функции.

Важно отметить, что во всех аудиологических кабинетах имеются приборы, получившие название аудиометров. В настоящее время их насчитывается десятки типов, многие из них оснащены специализированными компьютерами с фиксированными программами, позволяющими обрабатывать полученные данные. Основное назначение аудиометров -измерить пороги слышимости тональных звуковых сигналов у обследуемого на разных частотах.



Поэтому главными их компонентами являются генераторы тона, шума, аттенюаторы, а также прилагающиеся телефоны. Кроме того, современные аудиометры оснащены печатающими устройствами (принтерами), позволяющими получать информацию о состоянии слуховой функции на бланках, отпечатанных соответствующим образом (аудиограммах).

Схематическое изображение искуственного уха
Схематическое изображение искуственного уха:
1 - тестируемый телефон; 2 - объем, моделирующий объем наружного уха; 3 - измерительный микрофон

Рассмотрим процедуру проверки амплитудно-частотных характеристик телефона. Помимо начальной проверки амплитудно-частотных характеристик телефонов (даже в случае наличия заводского паспорта с этими данными такую проверку желательно осуществить), по мере пользования телефонами могут возникнуть те или иные изменения в этих характеристиках. Поэтому такую проверку при регулярном пользовании телефонами рекомендуется проводить не реже одного раза в 2-3 месяца. Для калибровки телефонов используют соответствующие комплекты аппаратуры.

Использование искусственного уха требует некоторых разъяснений. Дело в том, что при использовании головных телефонов, с акустической точки зрения, последние работают на замкнутый объем. Имеется в виду замкнутый объем, создаваемый мембраной головного телефона, прилегающей к ушной раковине, с одной стороны, и ушной раковиной, наружным слуховым проходом и замыкающей его барабанной перепонкой, с другой. Искусственное ухо физически моделирует эту ситуацию: объем его камеры равен 6 см3, что в среднем должно соответствовать указанному выше замкнутому объему между диафрагмой телефона и барабанной перепонкой.

В камеру искусственного уха помещается тестируемый телефон, после его помещения остается указанный выше объем, равный 6 см3. Замыкает этот объем измерительный микрофон с известными амплитудно-частотными характеристиками, близкими к линейным. Далее на разных частотах производится измерение звукового давления, излучаемого телефоном при разных частотах тонального сигнала, после чего выходной сигнал выводится на соответствующее регистрирующее устройство (экран осциллографа, самописец).

При  рассмотрении  электроакустических   приборов необходимо отметить еще одно обстоятельство. Иногда бывает необходимо использовать короткие тональные сигналы (например, длительностью до 200-300 мс). В случае использования таких коротких тональных сигналов переходный процесс (момент их включения и выключения) создает широкий спектр, а при их малой длительности (10-30 мс) приближает эту короткую тональную посылку к короткому звуковому щелчку, который также характеризуется достаточно широким спектром.

Для снятия этих нежелательных эффектов используют специальные электронные ключи, вырезающие короткую тональную посылку из непрерывного, создаваемого генератором тона. Такие ключи обеспечивают включение тональной посылки в нулевую или всегда одинаковую фазу тона. Включение тональной посылки в нулевую или всегда одинаковую фазу тона существенно сужает спектр звукового сигнала при его включении, т.е. приближает его к чистому тону.

Кроме того, неизбежно имеющиеся переходные процессы при этом всегда идентичны. Для того чтобы полностью исключить такой переходный процесс с помощью упомянутых электронных ключей создают определенное время нарастания и спада амплитуды сигнала, что минимизирует спектральные искажения при его исключении.

Значительную роль в аудиологических исследованиях играет не только амплитудный, но и костный путь проведения звука. Костный путь проведения легко обнаруживается при вибрации приложенного к костям черепа звучащих камертонов. Ими широко пользовались в 19-м веке и до середины прошлого столетия. В результате такой стимуляции возникает отчетливое слуховое ощущение. В настоящее время для вызова слухового ощущения при костном проведении звука, наряду с камертонами, пользуются вибраторами.

Вибраторы представляют собой устройства, возбуждаемые приложенным к ним синусоидально изменяющимся напряжением разной частоты, что и вызывает слуховое ощущение разной высоты. Отметим, что вибраторы (они должны входить в комплектацию аудиометров), которые прикладываются, как правило, к сосцевидному отростку для появления слухового ощущения, также нуждаются в калибровке.

Обычный способ калибровки вибратора состоит в сопоставлении порога слухового ощущения с порогами слышимости, определеными у тех же испытуемых при воздушном способе подведения звуков (субъективный метод калибровки), или в использовании аналога черепа с соответствующей выходной частью, так называемого искусственного мастоида, выпускаемого некоторыми зарубежными фирмами (например, фирмой Брюль и Къер, Дания (Bruel & Kjaer)).

Основные физиологические механизмы, определяющие возникновение слухового ощущения при стимуляции вибраторами (т.е. при костной проводимости), будут рассмотрены ниже.

Предыдущий раздел этой главы завершался изложением основных физических характеристик акустического импеданса. Предваряя последующее изложение, отметим, что измерение акустического импеданса играет существенную роль при оценке функционирования звукопроводящей системы среднего уха (барабанная перепонка - цепь слуховых косточек) и деятельности мышц среднего уха при действии звуковых сигналов.

В измерениях тимпанограммы используются три основных подсистемы (три типа приборов):
1) калиброванный воздушный насос, варьирующий точно измеряемое давление воздуха в наружном слуховом проходе;
2) отградуированная и регулируемая электроакустическая система, состоящая из генератора звука, аттенюатора и звукового излучателя для подачи в наружный слуховой проход звуковых сигналов;
3) отградуированная электроакустическая система, измеряющая звуковое давление в наружном слуховом проходе после предъявления звукового сигнала подсистемой "2".

Выходы первых 2 подсистем и вход третьей подсистемы монтируются в оконечное устройство. Принципиальным при этом является герметическое закрытие наружного слухового прохода оконечным устройством с вмонтированными в него подсистемами приборов. Основной результат измерения состоит в сопоставлении амплитуды звукового сигнала генерирующей звук системы с результатом измерения звукового давления микрофоном 3-й подсистемы. Такое измерение путем несложных, обычно аппаратурных, преобразований позволяет определить акустическое сопротивление системы среднего уха.

В общем виде, тип пропорциональности между тест-сигналом, развивающим звуковое давление в наружном слуховом проходе, и акустическим сопротивлением барабанной перепонки и структур среднего уха имеет диагностическое значение при оценке состояния системы среднего уха в норме и патологии.

Схематическое изображение трех подсистем, предназначенных для измерения акустического импеданса
Схематическое изображение трех подсистем, предназначенных для измерения акустического импеданса

В заключение укажем, что к настоящему времени имеется большое количество разных типов импедансометров, включающих в себя не только отградуированные все 3 подсистемы измерения акустического импеданса, но и их программное компьютерное сопровождение с определением типа нарушений (если таковые имеются) в тимпанограммах.

Кроме того, в этих системах предусмотрено графическое выведение информации на двухкоординатные самописцы или на специализированные принтеры по соответствующим программам компьютерного обеспечения импедансометра. Очевидно, что калибровка таких систем может проводиться только в специализированных учреждениях.

Я.А. Альтман, Г. А. Таварткиладзе
Похожие статьи
  • 24.02.2013 37044 15
    Тональная пороговая аудиометрия

    Тональная пороговая аудиометрия осуществляется при помощи аудиометров, которые производятся многими фирмами и отличаются друг от друга по функциональным возможностям и по возможностям управления. В них предусмотрен набор частот 125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, и 8000 Гц (в...

    Аудиология
  • 24.02.2013 24490 7
    Тимпанометрия

    Первые работы, посвященные тимпанометрии, содержали описание отдельных тимпанограмм, характерных для той или иной патологии (Terkildsen, Thomsen, 1959; Brooks, 1968; 1969). Позднее были разработаны классификации тимпанограмм, из которых наибольшее распространение получили взаимно дополняющие...

    Аудиология
  • 20.02.2013 7102 10
    Слуховые вызванные потенциалы. Часть 1

    Исследование этого класса реакций определяется возможностью неинвазивной (т.е. с поверхности черепа) регистрации суммарной электрической активности слуховых центров у человека и животных. В виду малой амллитуды реакций при таком способе регистрации и значительного уровня помех за счет других...

    Аудиология
показать еще
 
Оториноларингология