Analizatorul auditiv

Caracteristicile sunetului• Frecventa sau tonul – muzical îi corespunde înălţimea (măsurată

în Hz).

• Intenstatea sau amplitudinea- muzical îi corespunde nivelul de intensitate sonoră (măsurat în dB).

• Durata - se calculeaza din momentul impactului pana la disparitia ultimei vibratii percepute.

• Timbrul sau culoarea - carcateristica unui sunet muzical de a se deosebi de alte sunete de aceeasi inaltime, durata si intensitate.

– Ex: doua sau mai multe instrumente interpreteaza concomitent acelasiparagraf. Desi sunt aceleasi note, noi putem deosebi diferenta dintre un pian si o chitara chiar daca ele canta in acelasi timp.

Frecventa sunetului• Frecventa vibratiilor da tonalitatea

sunetului. • Tonurile pure sunt simple unde

sinusoidale. Acestea sunt rar intalnite in realitate de zi cu zi.

• Tonurile emise in mod uzual de instrumente, vocea umana sunt un amestec de sunete cu frecvente diferite:– Frecventele cele mai joase

constitue tonalitatea vocii– Frecventele cele mai inalte

constitue timbrul vocii

• Un amestec de frecvente fara legatura intre ele cum ar fi amplitudinea sau/si periodicitatea acestora se numeste zgomote

Intensitatea sunetului• INTENSITATEA - definită prin puterea vibraţiei pe unitatea de arie cu unitatea W/m2. • PUTEREA este energia transmisă de unda sonoră într-o secundă şi are ca unitate de măsură

wattul - W. • INTENSITATEA sunetului reprezinta puterea sunetului pe unitatea de suprafata si se masoara in

watti/m2

• I= putere/arie

• Deoarece variatia intensitatii sunetului (respectiv puterea sunetului) perceput de urechea umana variaza foarte mult (de la 10-12 W/m2 la 106 W/m2) intensitatea se exprima in mod obisnuit ca logaritmare a raportului dintre intensitatea sunetului si intensitatea sunetul de referinta (10-12

W/m2 )• Majoritatea măsurătorilor de intensitate a sunetului se fac în raport cu o intensitate numită prag

de audibilitate sau 0 iar unitatea utilizată în acest caz este decibelul – dB

Nivelul intesitatii sunetului (beli)= log IS /IS referinta

Nivelul intensitatii sunetului (dB )= 10x log (IS /IS referinta)

Nivelule puterii sunetului (beli) = log putere sunet/putere sunet referinta

Nivelule puterii sunetului (dB) = 10 xlog (PutereS/PutereS referinta)

Sursa de sunetPuterea sunetuluiPac

watts

Nivelul de putere al sunetului Lw

dB re 10−12 W

Racheta 1,000,000 W 180 dB

Motor turbojet avioane 10,000 W 160 dB

Sirena 1,000 W 150 dB

Concert rock, camioane 100 W 140 dB

Mitraliera 10 W 130 dB

Pic-hammer 1 W 120 dB

Trompeta, escavator 0.3 W 115 dB

Latratul cainelui 0.1 W 110 dB

Elicopter 0.01 W 100 dB

Voce tare, plans copil 0.001 W 90 dB

Vorbirea, masina de scris 10−5 W 70 dB

frigider 10−7 W 50 dB

Pragul audibil 10−12 W 0 dB

Presiunea sunetului• Nivelul presiuni sunetului in dB (decibel sound pressure level)

• Intensitatea sunetului = Puterea sunetului /aria ≈patratul presiuni

• Putem caracteriza sunetul fara a tine cont de aria pe care actioneaza si de unitatea de timp

• Pentru ca intensitatea sunetului este direct proportionala cu presiunea2 si aceasta variaza ca si intensitea foarte mult, presiunea sunetului se exprima ca logaritmare a raportului dintre patratul presiunii sunetului si patratul presiunii atmosferice

• Nivelul de presiune al sunetului = log (pres2/pres referinta2)= 2log (pres /pres referinta)

• Nivelul de presiune al sunetului (dB) = 20 log (pres/pres de referinta-atm)

Ex. 1 Presiunea sunetului este de 10 ori mai mare decat cea de referinta (px=

10*po= 2 *10-4)

NPS=20 log 10po/po = 20 log 10= 20 dB

Ex 2 Daca doua persone vobesc cu un nivel al presiunii sunetelor de 70 dB suma

presiunii sunetelor va avea un nivel:

NPS =70dB= 20*log px/po

Log px/po =3,5 => px/po = 3162 (3.16 *103) => px = 3.16 *103 * 2 * 10-5= 6.3 * 10-2

NPS = 20 log 2*6.3 10-2/(2*10-5) =20 log 6.32 * 103= 20 *3.8 =76 dB

Presiunea sunetului

Sursa sunetului Presiunea sunetului Nivelul de presiune al sunetului

pascal dB re 20 μPa

Limita superiaoara teoretica pentru un sunetnedistorsionat intr-un mediu cu presiune de o atmosfera

101,325 Pa 194.0937 dB

Turboreactor de avion la 30 m 630 Pa 150 dB

Pragul dureros 100 Pa 130 dB

Leziuni ale urechii la expuneri scurte 20 Pa approx. 120 dB

Avion la 100m 6 – 200 Pa 110 – 140 dB

Pick hammer la 1 m 2 Pa approx. 100 dB

Leziuni ale urechii la expunere prelungita 6×10−1 Pa approx. 85 dB

Strada la 10 m 2×10−1 – 6×10−1 Pa 80 – 90 dB

Televizor la 1 metru 2×10−2 Pa approx. 60 dB

Vorbirea normala la 1 metru 2×10−3 – 2×10−2 Pa 40 – 60 dB

Camera linistita 2×10−4 – 6×10−4 Pa 20 – 30 dB

Respiratie calma, fosnetul frunzelor 6×10−5 Pa 10 dB

Pragul auditiv la 1000 Hz 2×10−5 Pa 0 dB

Urechea externa:

* pavilionul urechii

* canalul auditiv extern

* membrana timpanica

Urechea medieSistem format din:• 3 oscioare: ciocanul, nicovala, scarita• 2 muschi: muschiul tensor timpanisi muschiul scaritei• ligamente care mentin pozitia oscioarelor

Urechea medie

• Rolurile urechii medii sunt:

– Asigura corespondeta impedantei intre aer si apa prin :

• Scaderea amplitudinii undelor sonore dar cu cresterea fortei acestora de 1,3 ori

• Prin raportul dintre suprafata timpanului si suprafata ferestrei ovale 55mm2:3,2mm2 =17:1

• Forta totala creste de aproximativ 22 de ori (17x1,3)

• Aceasta amplificare a fortei face ca sunetele cu frecventa cuprinsa intre 300 si 3000 Hz sa se transmita in proportie de 50-75%

– Prin contractia muschilor tensor al timpanului si stapedius se produce:

• Cresterea rigiditatii sistemului oscular determinand reducerea transmisiei sunetelor in special al celor cu frecventa joasa atunci cand acestea au o intensitate foarte mare – reflexul acustic

Urechea medie

Doar 1-3% din energia

acustica se transmite

50-75% din energia acustica se transmite

La nivelul urechii medii

Urechea interna

Cohleea

• Este alcatuita din trei canale circulare spiralate alaturate– Scala vestibulara– Ductul cohlear– Scala timpanica

• Cele trei canale sunt separate de:– Membrana Reissner (vestibulara)– Membrana bazilara

• La nivelul ductului cohlear se afla organul Corti

• Scala timpanica si vestibulara contine perilimfa

• Ductul cohlear contine endolimfa• Scala vestibulara comnunica cu

fereastra ovala si cea timpanica cu fereastra rotunda. – 35mm lungime si 2,5 ori rotatie

Organul Corti

• Este situat in ductul cohlear, acoperit de membrana tenctoriala

• Terminatiile interne • ale celulelor paroase sunt fixate

de lamina reticulata sustinuta de celulele cohleare triunghiulare

• Fibrele bazilare lamina reticulata si celule paroase formeaza o unitate compacta

• Membrana tectoriala este fixata la nivelul limbului spiral si nu se poate deplasa iar varfurile cililor sunt fixati in aceasta. Astfel, deplasarea membranei bazilare impreuna cu celulele paroase determina indoirea stereocililor

Membrana bazilara

• Membrana fibroasa prezinta 20000 -30000 fibre bazilare fixate printr-un singur capat la columela (partea centrala a cohleei)

• Prezinta o elasticitate variabila de la baza si pana la helicotrema deoarece:– Lungimea fibrelor creste progresiv ->

0,04 mm baza pana la 0,5 mm vf– diametrul scade de 100 de ori de la

baza spre vf

• Rezonanta cu frecvente inalte la baza(fibre groase si scurte) si cu frecvente joase la varf (fibre subtiri si lungi)

• Undele patrund prin fereastra rotunda si determina vibratia lichidului si a membranei bazilare

• Aceste unde se deplaseaza de-a lungul cohlei.

• Atunci cand vibratiile intra in rezonanta cu fibrele bazilare se produce maximul de amplitudine a membranei si deasemenea disiparea enegiei undei

• Undele cu frecventa joasa, 200Hz intra in rezonata maxima la varful cohlee si deci trebuie sa-o parcurga in intregime

• Undele cu frecvente inalta intra in rezonata la baza cohelei astfel ca energia acestora se disipeaza rapid 8000 Hz

• Undele cu frecventa intermediara vor intra in rezonanta cu membrana bazilara intre vf si baza

Urechea interna - Organul Corti

Celulele paroase

Celulele paroase• Sunt de doua tipuri:

– Celule paroase interne 3500– Celulele paroase externe 12000

• Au diametrul de 8 microni• Fac sinapsa cu teminatile libere ale neuronilor din

ganglionul spiral Corti• Rolul cel mai important il au celulelor paroase interne

care au aprox 90-95% din terminatiile nervoase• Stereocili care vin in contact cu membrana tenctoria

prezinta canale de K care se deschid sau se inchid in functie de directia in care se deplaseaza acestia

• Endolimfa are un potential de + 80 -+100 mV si contine K in conc crescuta 140 mEq

• Potetialul endomembranar este de -70 mV• Diferenta de potential este de 150 mV• Stimularea celulei paroase influx de K

depolarizare influx de Ca eliberare mediator (glutamat)

• Celulele paroase externe –prestina (transportor de anioni)

– Determine modificarea de forma a celulei– Contractia este f rapida 100microsec– Nu e dependenta de Ca sau de ATP

Diferentele anatomice intre celulele paroase interne si externe

From Gelfand (1998)

Aferente in majoritate 95% fac sinapsa cu celulele

paroase interne (dendrite ale ggl spiral)

Eferentele in majoritate fac sinapsa cu celulele

paroase externe (axoni ai nucleului olivar sup) →

Asigura focusul auditiv

Terminatii eferenteTerminatii aferente

Celula paroasa internaCelula paroasa externa

Terminatii aferenteTerminatii eferente

Determinarea frecventei sunetului

• Teoria localizarii:

– Se bazeaza pe capacitatea membranei bazilare de a intra in rezonanta cu sunete la distante variabile in functie de frecventa acestora.

– Este eficienta pentru sunete cu frecventa mai mare de 2000 Hz

• Teoria temporala sau a frecventelor

– Sunetele determina rafale de impulsuri nervoase sincronizate la aceleasi frecvente

– Este eficienta pentru frecvente joase (20 -2000 Hz)

Determinarea intensitatii sunetului

• Intensitatea sunetului este decodata prin 3 mecanisme

• Cresterea amplitudini vibratiei membranei bazale cu cat sunetul este mai puternic va determina:

• Deformare mai mare a stereocililor -> cresterea frecventei impulsurilor

• Cresterea numarului de celule stimulate -> cresterea numarului de fibre nervoase stimulate

• Transmiterea de catre celulele paroase externe de impulsuri prin fibre aferente ale nervului cohlear

Caile de conducere• Neuron 1 – ganglionul spiral Corti

Nervul VIII

• Neuron 2 – nucleii cohleari dorsali si ventrali (bulb sup)

• Neuron 3 – nucleul olivar superior– Contralateral (majoritatea)– Ipsilateral

Lemniscul lateral+/- nc lemniscului lateral

• Neuron 4 – coliculul inferior

• Neuron 5 – nucleul geniculatmedian

Radiatiile auditive

• Cortexul auditiv

Cortexul auditiv primar

Sase harti tonotopice

•Este situat in regiunea supratemporala

a girusului temporal superior.

•Raspunde la frecvente sonore unice

•Neuronii raspund la intervale scurte de

frecventa ( prin fenomenul de inh

laterala)

•Determina tiparele sonore simple

Cortexul auditiv de asociatie• Asociaza diferite frecvente sonore• Asociaza sunetele cu informatii din alte

regiuni senzoriale• Determina tiparele sonore tonale sau

secventele complexe• Transmit informatia catre aria Wernicke

(parte a cortexului auditiv situata in regiunea post a girusului temporal superior

• Leziuni ale ariei primare :– Unilateral: hipoacuzie usoara CL,

pierderea capacitatea de a determina pozitia sursei in spatiu

– Bilateral: hipoacuzie grava

• Leziuni ale ariei secunadare:– Pastreaza capacitatea de a auzi si

interpreta tipare sonore simple– Incapacitetea de a percepe semnificatia

cuvintelor (lezarea ariei Wernicke)

Detectarea directiei sunetelor• Este initiat la nivelul nucleilor olivari superiori:

– Grupul lateral: compara intensitatea sunetelor percepute de cele doua canale auditive pentru acelasi sunet

• Functioneaza optim pentru sunete cu frecventa mare

– Grupul median compara intarzierea aceluiasi sunet perceput de cele doua canale auditive (neuronii prezinta aferente ipsi si contralaterale).

• Neuroni din marginea nucleului raspund maximal la intervale mici de timp, iar cei din marginea opusa la intervale mari

• Functioneaza optim pentru sunete cu frecvente mai mici de 3000Hz

• Forma urechii externe (pavilioanelor) asigura diferentierea sunetele care vin din fata respectiv cel din spate prin modificarea calitatii acestora (cresterea intensitatii sunetelor cand acestea provin din fata)

• Acesta informatie (directia sunetului) este condusa catre cortex posibil pe alte cai decat cea pentru tonuri.

Surditatea• Surditatea nervoasa

– Pentru sunetele cu frecventa joasa se produce prin expunerea la zgomote cu frecventa joasa si intensitate mare

– Pentru toate sunetele: medicamente toxice: kanamicina, cloramfenicol

– Nu exista tratament

• Surditatea de transmisie– Leziuni ale urechii medii:

osteosleroza, infectii grave sau/si repetate, anchiloza fetei sacritei

– Se produce o fibrozare si calcifiere excesiva a sistemului tipano-osicular

– Tratament : chirurgical +/-protezare auditiva