a.a. 2005/2006 Laurea Specialistica in Fisica Corso di Fisica Medica 1 Ricezione del suono 21/3/2006
Orecchio Apparato dell udito e dell equilibrio costituito da organi in gran parte contenuti nello spessore dell osso temporale Assicura la percezione di due tipi di stimoli: quelli sonori quelli dovuti a gravità e accelerazione Due tipi diversi di recettori: - acustici per la sensibilità uditiva - statocinetici per la sensibilità a gravità e accelerazione
L organo Anatomicamente diviso in tre parti
Funzionalità 1. Ricezione dello stimolo fisico orecchio esterno 2. Amplificazione dello stimolo orecchio medio 3. Trasduzione meccanico-elettrica dello stimolo orecchio interno 4. Trasmissione del segnale elettrico al sistema nervoso centrale orecchio interno 5. Elaborazione ed interpretazione del segnale nelle aree associative della corteccia cerebrale cervello e psiche
All interno Dal padiglione al labirinto (nervo acustico)
Anatomia 1 L orecchio è diviso in tre parti L orecchio esterno è formato da: 1) padiglione auricolare 2) condotto uditivo esterno raccoglie le onde sonore e le convoglia verso la membrana del timpano L orecchio medio è una cavità contenente aria: i suoni sono trasmessi per mezzo degli ossicini (martello, connesso con il timpano, incudine e staffa)
Anatomia 2 Gli ossicini mettono in comunicazione il timpano con la finestra ovale con cui comincia l'orecchio interno (sistema timpano-ossiculare) È in comunicazione con la cavità rinofaringea (situata dietro al naso) attraverso la tuba di Eustachio condotto che consente il passaggio dell'aria nella cavità del timpano per rendere uguale la pressione su entrambe le facce della membrana del timpano
Anatomia 3 Orecchio interno 1) labirinto anteriore o coclea (organo udito) 2) labirinto posteriore o vestibolo (organo di equilibrio) 3) condotto uditivo interno Orecchio esterno e medio: sensibilità uditiva Orecchio interno: una parte (condotto cocleare) con recettori acustici un altra con recettori statocinetici (giroscopio anatomico per il controllo dell equilibrio)
Funzione Le onde sonore esterne vengono percepite e raccolte dal padiglione auricolare, entrano nel condotto uditivo esterno dove vengono amplificate e colpiscono la membrana timpanica, che vibra Due muscoli, il tensore del timpano e il muscolo stapedio impediscono che l'intensificazione dei suoni diventi eccessiva (fastidiosa risonanza) Le vibrazioni sono convogliate agli ossicini, che trasmettono gli impulsi alla coclea Da qui gli impulsi raggiungono il nervo acustico che li trasporta al cervello, dove sono riconosciuti come suoni
Intensità sonora E = ½ m (ω A) 2 = ½ (δ S v Δt) ω 2 A 2 I = E / S Δt = ½ δ v ω 2 A 2 Δp 0 = δ A ω v I = ½(Δp 02 / δ v) Δp 0 = 2 I δ v relazione intensità sonora e ampiezza pressione Su una superficie sferica I 1 / I 2 = r 22 / r 1 2 I = E / (4 π r 2 Δt) I martello pneumatico a 1 m = 1 W/m 2 (soglia di dolore) per ottenere I = 10-6 W/m 2 occorre essere a 1 km!
Udibilità valore limite esposizione per i lavoratori
Conversazione Sensazione sonora I = 10-6 W/m 2 δ = 1.2 kg/m 3 v = 340 m/s Δp 0 = 2 I δ v = 3 10-2 N/m 2 p a = 10 5 N/m 2 (1 atmosfera) orecchio umano discerne una parte su 10 7 Massima tollerabilità = 10 N/m 2 (10-4 atm) Soglia di udibilità = 10-5 N/m 2 (10-10 atm) distinzione di 1 parte su 10 10 uno degli organi più sensibili del corpo umano!
Miglioramento? Un fattore 10 meglio percepirebbe la fluttuazione della p a causata dal moto delle molecole! brusio (rumore di fondo) : conchiglia! distinzione di pressione sonora: 10-10 estensione dell ampiezza su 6 ordini di grandezza La sensazione sonora σ è soggettiva: σ non è linearmente proporzionale a I a parità di I, σ dipende dal tipo di suono diverse I sono percepite solo se ΔI I/10 Legge di Weber-Fechner
Legge di Weber-Fechner Orecchio umano apprezza variazioni di intensità tanto più piccole tanto è minore l intensità I ΔI = Δσ I Δσ = ΔI / I Integrando abbiamo: livello di sensazione sonora σ - σ 0 = 10 log (I / I 0 ) I 0 = 10-12 W/m 2 è la minima sensazione sonora troppo grande! unità di misura di σ è il bel (B) 1 decibel 1 db = 1/10 B ΔI = 10-1 I 10 log [(I+ΔI) / I] = 10 log 1.1 = 0.4 db
Intervallo di udibilità sorgente I (W/m 2 ) σ (db) studio radio TV 10-10 20 lieve mormorio 10-9 30 conversazione 10-6 60 strada animata 10-3 90 automobile 10-2 100 martello pneumatico (1 m) 1 120 orchestra 75 elementi 10 2 140 motore jet 10 4 160 Minima sensazione sonora σ 0 = 0 db, 12 ordini di grandezza in intensità, 6 in Δp 0 Δp 0 = 2 I δ v
Ricettori dell equilibrio Il labirinto possiede recettori specializzati: le cupole dei canali semicircolari, sensibili ai movimenti rotatori e quindi alle accelerazioni angolari prodotte dalla rotazione della testa le macule, che rispondono ai movimenti lineari del capo ed alle variazioni di posizione (sensibili quindi a gravità e accelerazione lineare nei movimenti della testa in avanti indietro) I recettori dell'orecchio interno sono quindi degli accelerometri: informano sul movimento e la posizione della testa rispetto alla verticale