Средства измерений в области физиологической акустики

Аудиометрия (от лат. audio — cлышу и… метрия), акуметрия (от греч. akъo — слышу), измерение остроты слуха. Так как острота слуха определяется главным образом порогом восприятия звука, то аудиометрия сводится к определению наименьшей силы звука, воспринимаемого человеком. Наиболее простыми методами аудиометрии являются обнаружение восприятия звуков различной громкости, производимых человеческой речью или камертонами с разных расстояний.

В основном аудиометрию производят специальными электроакустическими приборами — аудиометрами. При изменении на аудиометре высоты (от 100 до 8000 гц) и силы звука (от 0 до 125 дб) устанавливают их минимальную интенсивность, при которой звук становится едва слышимым (порог восприятия). Результаты аудиометрии записываются в виде аудиограммы — кривой, нанесённой на специальную аудиометрическую сетку. Определив по шкале пороговую интенсивность звука у обследуемого, устанавливают степень снижения слуха. Аудиометры служат также для определения других, более сложных тестов.

Аудиометры. Одна из основных задач измерений в области физиологической акустики заключается в исследовании общего состояния слуха, определении повреждения слуха в диагностических целях и при подборе слуховых протезов. Приборы, применяемые для этой цели, называются аудиометрами.

Различают аудиометры тональные, речевые и сплошного спектра частот. Результаты измерений аудиометром выражают в децибелах относительно порога слышимости при воздушной и костной проводимостях среднего здорового человеческого уха.

В любой аудиометр входят:

• 1) источник звука (генератор синусоидальных сигналов с телефоном на выходе в тональных аудиометрах; магнитофон, воспроизводящий предварительно записанный текст или речевые колебания, возбуждаемые человеческим голосом в речевых аудиометрах; шумовой генератор с телефоном на выходе, воспроизводящий электрические колебания в диапазоне частот 100 — 5000 Гц в аудиометрах сплошного спектра частот);
• 2) усилитель — прибор, усиливающий сигнал источника звука и корректирующий частотную характеристику аудиометрического тракта, (генератор, усилитель, аттенюатор, телефон, вибратор) так чтобы она соответствовала характеристике порога слышимости среднего человеческого уха; 3) аттенюатор — устройство, регулирующее интенсивность звукового сигнала; 4) телефон или громкоговоритель — устройство, подводящее звуковой сигнал к внутреннему уху при воздушной проводимости;
• 5) аудиометрический вибратор — устройство, подводящее звуковой сигнал к внутреннему уху через костную проводимость при нагрузке на сосцевидный на отросток височной кости (мастоид) или лобную кость.

В измерительной практике наибольшее распространение получили аудиометры синусоидального тона (тональные). Их основными техническими характеристиками являются следующие:

• 1) звуковое давление, развиваемое телефоном и аудиометрическим вибратором в человеческом ухе при любой частоте рабочего диапазона и нулевом положении аттенюатора аудиометра, соответствует порогу слышимости по воздушной и костной проводимости звука;
• 2) рабочий диапазон частот аудиометра с телефоном составляет 100 — 10 000 Гц, с вибратором — 125 — 8000 Гц. Реперные частоты аудиометров с фиксированными частотами равны 125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, 8000 и 10 000 Гц;
• 3) динамический диапазон уровней звукового давления, развиваемого телефоном аудиометра в ухе на различных частотах, должен находиться в пределах от — 10 до 100 дБ относительно порогового давления.

Единообразие аудиометрических измерений, проводимых в различных клиниках страны, может быть обеспечено при условии, что все находящиеся в эксплуатации аудиометры будут иметь единый аудиометрический нуль, т. е. соответствующие порогу слышимости по воздушной и костной проводимостям звуковые давления, развиваемые телефоном и вибратором в ухе среднего слушателя.

Результаты субъективных измерений порогов слышимости в значительной степени зависят от условий и методы измерений, количества обследуемых лиц, их возраста, профессии, тренировки и ряда других причин. Так как эти измерения требуют больших затрат труда и времени, то метрологическое хранение и воспроизведение порога слышимости осуществляют при помощи прибора «искусственное ухо» и телефона (при воздушной проводимости звука), прибора «искусственный мастоид» и аудиометрического вибратора (при костной проводимости звука).

Условия испытаний аудиометров должны соответствовать ГОСТ 20 790–82 и ГОСТ 27 072–86. «Генераторы сигналов диагностические звуковые. Аудиометры. Общие технические требования и методы испытаний».

Прибор «искусственное ухо» предназначен для измерения звукового давления, развиваемого в акустической камере телефонами, применяемыми в аппаратуре связи, радиовещании и аудиометрах. При помощи приборов «искусственное ухо» градуирует (поверяют) измерительные телефоны и телефоны воздушной проводимости аудиометров.

Основными элементами прибора являются: конденсаторный микрофон, усилительно — питающее устройство и камера, образующая с микрофоном и телефоном аудиометра замкнутую воздушную полость объемом 6 см². При помощи микрофона измеряют звуковое давление, развиваемое телефоном в камере, акустическое сопротивление которой, измеренное со стороны телефона, соответствует акустическому сопротивлению статистически среднего человеческого уха.

Предметом метрологического хранения при воздушной проводимости звука являются эквивалентные пороговые уровни звуковых давлений, развиваемые телефоном аудиометра в приборе «искусственное ухо», когда к зажимам телефона подведены пороговые напряжения, т. е. напряжения, измеренные при субъективном определении.

Методы и средства поверки измерительных приборов типа «Ухо искусственное» должны соответствовать ГОСТ 8.154−75. «ГСИ. Приборы измерительные типа „Ухо искусственное“. Методы и средства поверки».

Прибор «искусственный мастоид» применяется для градуировки (поверки) аудиометрических вибраторов и приборов костной проводимости.

Основными элементами прибора являются элементы, имитирующие массу головы, податливость черепа, упругие и диссипативные свойства кожи. Механическое устройство является сопротивлением нагрузки для испыткемого вибратора. С помощью чувствительного элемента измеряют амплитуду колебаний вибратора. Предметом метрологического хранения при костной проводимости являются эквивалентные пороговые амплитуды колебания аудиометрического вибратора, развиваемые при работе на приборе «искусственный мастоид», когда к вибратору приложено пороговое напряжение, т. е. напряжение, измеренное при субъективном определении порога слышимости по костной проводимости.

Поверка аудиометров. Так как коэффициенты усиления усилительного тракта аудиометра, чувствительности телефона и вибратора могут со временем изменяться, то для обеспечения правильности измерений аудиометры необходимо периодически поверять.

Поверка аудиометра включает:

поверку частотного диапазона;

поверку аттенюатора;

определение частотной характеристики телефона;

определение пороговых напряжений телефона;

определение частотной характеристики чувствительности вибратора;

определение пороговых напряжений вибратора.

Частотный диапазон аудиометра поверяют при всех оцифрованных значениях шкалы частот аудиометра методом сравнения с известной частотой по схеме, приведенной на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Блок схема установки для поверки аудиометров

В качестве источника известной частоты применяют звуковой генератор со шкалой плавной расстройки частоты, градуированной в процентах от значения частоты, устанавливаемого по основному лимбу. Наличие шкалы плавной расстройки позволяет определить погрешность аудиометра по частоте непосредственно в процентах.

Частоту генератора сличают с частотой 1000 Гц рабочего эталона частоты с помощью электронного осциллографа по фигурам Лиссажу.

Погрешность аудиометра по частоте не должна превышать ±3%. Требования столь высокой точности вызваны большой неравномерностью частотной характеристики телефонов и аудиометрических вибраторов (доходящей до 20 дБ), вследствие чего незначительное отклонение по частоте от оцифрованного значения может вызвать погрешность измерения 6 — 10 дБ.

Аттенюатор аудиометра поверяют при частотах 1000 и 10 000 Гц методом сравнения с образцовым делителем по схеме, приведенной на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Схема поверки электрических параметров аудиометра

Погрешность аттенюатора не должна превышать ± 0,5% дБ.

Частотную характеристику чувствительности телефона определяют на образцовом приборе «искусственное ухо». При этом телефон устанавливают на прибор «искусственное ухо» и прижимают с силой 5 Н. Подавая от звукового генератора напряжение U_т к клеммам телефона, измеряют электронным вольтметром напряжение U_у, развиваемое прибором «искусственное ухо» под действием звукового давления, создаваемого телефоном.

Измерения проводят в диапазоне частот 125 — 1000 Гц. Строят частотную характеристику чувствительности телефона.

При выходе из строя телефона, входящего в комплект аудиометра, его нельзя заменить телефоном, неотградуированным предварительно на образцовом приборе «искусственного ухо» (под градуировкой телефона понимают определение его частотной характеристики чувствительности).

Пороговые напряжения телефона (эквивалентные пороговые уровни звукового давления) определяют на приборе «искусственное ухо» при частотах 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 6000, 8000 и 10 000 Гц.

Непосредственно измерить эквивалентные пороговые уровни звукового давления, развиваемые телефоном аудиометра, выполнить трудно, вследствие относительно большого уровня собственных шумов прибора «искусственного ухо», по это их измеряют при положении аттенюатора аудиометра «60 «дБ.

Результаты измерения экстраполируют к пороговому уровню по формуле:

L ₀ = L ₆₀ — К ₆₀ ,.

где L₀ — эквивалентный пороговый уровень звукового давления относительно 2.10 ^-5 Па, соответствующий положению аттенюатора «0» дБ;

L₆₀ — измеренный уровень звукового давления, дБ, соответствующий положению аттенюатора «60» дБ;

К₆₀ — затухание, дБ, вносимое аттенюатором при переключении его из положения «60» дБ в положение «0» дБ.

Уровни пороговых напряжений телефона при известной чувствительности определяют по формуле:

L_пор = L _p — L _E

где L_пор — уровень порогового напряжения телефона относительно напряжения 1 в, дБ;

L_p — уровень звукового давления относительно 2•10 ^-5 Па, дБ;

L_E — чувствительность телефона относительно 1 Па / В, дБ.

Частотную характеристику чувствительности аудиометрического вибратора определяют на приборе «искусственный мастоид». На этот прибор устанавливают вибратор и прижимают его с силой 5 Н. Подводя от звукового генератора напряжение U_в к клеммам вибратора, измеряют электронным вольтметром напряжение U_м, развиваемое при этом «искусственным мастоидом «.

Измерения проводят в диапазон частот 125 — 8000 Гц.

Чувствительность аудиометрического вибратора вычисляют на частотах 125, 250, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000 Гц по формуле:

Е _в = U_м / U_в• Е _м

где Е_м — чувствительность прибора «искусственный мастоид» .

Чувствительности и их частотные характеристики различных экземпляров отличаются друг от друга, поэтому один вибратор нельзя заменить другим без предварительного определения частотной характеристики чувствительности.

Пороговые напряжения аудиометрического вибратора (эквивалентные пороговые уровни звукового давления) находят на частотах 125, 250, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000, 6000 Гц с помощью прибора «искусственный мастоид» при положении аттенюатора «60» дБ. Полученные результаты экстраполируют к пороговому уровню.