ΦΥΣΙΙΚΗ ΤΗΣ ΑΚΟΗΣ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα δύο βασικά συστήµατα παραγωγής και ανίχνευσης του ήχου στον άνθρωπο είναι αφενός ο λάρυγγας και οι στοµατικές κοιλότητες, που αποτελούν τη φυσική πηγή του ήχου, και αφετέρου το αυτί που είναι ο φυσικός δέκτης του ήχου. Οι ήχοι της οµιλίας είναι σύνθετα ακουστικά κύµατα που συνδυαζόµενα αποτελούν τη βάση της δοµής της γλώσσας µέσω της οποίας επικοινωνούµε. Το ανθρώπινο ακουστικό σύστηµα, δηλ. το ανθρώπινο αυτί, είναι στην ουσία ένας πολύ ευαίσθητος ηλεκτροακουστικός µεταλλάκτης, ο οποίος συλλαµβάνει ακουστικά κύµατα ενός µεγάλου εύρους συχνοτήτων, εντάσεων και κυµατοµορφών. Το όργανο αυτό µετατρέπει τις διακυµάνσεις της ακουστικής πίεσης σε ηλεκτρικούς παλµούς οι οποίοι, µέσω του ακουστικού νεύρου, µεταβιβάζονται στον εγκέφαλο που τους επεξεργάζεται, τους αναγνωρίζει και τους µετατρέπει σε αίσθηση. Έτσι, έχουµε την αντίληψη του ήχου. 2. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΝΑΤΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ ΑΥΤΙΟΥ Το αυτί, µέσα στο ίδιο ανατοµικό σύµπλεγµα, περιέχει δύο βασικά αισθητήρια όργανα µε διαφορετική αποστολή. Από τη µια µεριά, το όργανο της ακοής, και από την άλλη, το όργανο ισορροπίας που καταγράφει τη θέση του σώµατος και ειδικότερα του κεφαλιού µέσα στο χώρο. Στη συνέχεια, θα περιγράψουµε τα στοιχεία εκείνα του αυτιού που συνθέτουν το όργανο της ακοής. Το αυτί χωρίζεται σε τρία βασικά µέρη. Το εξωτερικό, το µέσο και το εσωτερικό αυτί. Το εξωτερικό αυτί αποτελείται από την κόγχη και τον ακουστικό πόρο που καταλήγει στο τύµπανο, και θα µπορούσαµε να πούµε ότι είναι το µέρος εκείνο που κατευθύνει κατά κάποιο τρόπο τον ήχο προς το µέσο αυτί. Το µέσο αυτί αποτελείται από την τυµπανική κοιλότητα που είναι γεµάτη αέρα και χωρίζεται από το έξω αυτί µε το τύµπανο, ενώ παράλληλα επικοινωνεί µε την κοιλότητα του στόµατος µέσω της ευσταχιανής σάλπιγγας. Μέσα στην κοιλότητα υπάρχουν τρία µικροσκοπικά οστάρια: η σφύρα, ο άκµονας και ο αναβολέας. Τα οστάρια αυτά ενεργούν σαν σύστηµα µοχλών και µεταφέρουν τις δονήσεις του τυµπάνου στο εσωτερικό αυτί. Τέλος, το εσωτερικό αυτί
αποτελείται από δύο βασικά µέρη: τον οστέινο και τον µεµβρανώδη λαβύρινθο. Ο οστέινος λαβύρινθος είναι ένα σύστηµα από αλληλοσυνδεόµενους σωλήνες και κοιλότητες. Ο οστέινος λαβύρινθος είναι γεµάτος µε ένα υγρό που καλείται περίλεµφος και έχει δύο µεµβρανώδη ανοίγµατα προς το µέσο αυτί, την στρογγυλή και την ωοειδή θυρίδα. Μέσα στον οστέινο λαβύρινθο, περιέχεται ο µεµβρανώδης λαβύρινθος. Το µέρος εκείνο του λαβυρίνθου που µας ενδιαφέρει εδώ είναι ο κοχλίας. Ο οστέινος κοχλίας έχει µορφή σαλιγκαριού και χωρίζεται, στο µεγαλύτερο µέρος του, σε δύο περιοχές, την αιθουσαία και την τυµπανική κλίµακα που επικοινωνούν µεταξύ τους στην κορυφή του κοχλία µέσω ενός µικρού πόρου που ονοµάζεται ελικότρυµα. Η αιθουσαία κλίµακα επικοινωνεί µε το µέσο αυτί µέσω της ωοειδούς θυρίδας στην οποία εφάπτεται ο αναβολέας. Η τυµπανική κλίµακα επικοινωνεί µε το µέσο αυτί µέσω της στρογγύλης θυρίδας. Ανάµεσα στις δύο αυτές περιοχές του οστέινου κοχλία βρίσκεται ο µεµβρανώδης κοχλίας. Αυτός αποτελείται από δύο µεµβράνες: τη βασική µεµβράνη προς την πλευρά της τυµπανικής κλίµακας, και τη µεµβράνη του Reissner προς τη µεριά της αιθουσαίας κλίµακας. Ο µεµβρανώδης κοχλίας καταλήγει πριν από το τέλος του οστέινου κοχλία στο ελικότρυµα, και σχηµατίζει έναν κλειστό σωλήνα, ο οποίος είναι γεµάτος µε ένα υγρό, την ενδόλεµφο. Η αποστολή του κοχλία είναι να µετατρέπει, να κωδικοποιεί και να αναλύει τα σήµατα που φθάνουν υπό µορφή δονήσεων από τον αναβολέα στην ωοειδή θυρίδα. Οι λειτουργίες αυτές επιτυγχάνονται µε τη βοήθεια ενός σχηµατισµού που ονοµάζεται όργανο του Corti και εκτείνεται σε όλο το µήκος της βασικής µεµβράνης µέσα στο µεµβρανώδη κοχλία. Το όργανο του Corti περιέχει τα δεκτικά κύτταρα για την ακοή (τριχοφόρα κύτταρα) που είναι διατεταγµένα σε δύο σειρές, σε όλο το µήκος του. 3. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΑΥΤΙΟΥ 3.1 Εξωτερικό αυτί Το εξωτερικό αυτί, όπως ήδη αναφέρθηκε, συλλέγει και κατευθύνει τον ήχο στο ακουστικό τύµπανο. Λόγω της κατασκευής του, λειτουργεί σαν κλειστός σωλήνας και διαφοροποιεί ως ένα βαθµό το ηχητικό κύµα που δέχεται. ιάφορες εκτιµήσεις που έχουν γίνει σχετικά µε τη συχνότητα συντονισµού του έδειξαν ότι εξαιτίας της µπορεί να προκύψει µια ενίσχυση του ήχου µέχρι και 20dB για συχνότητες γύρω στα 3kHz.
Πάντως, λόγω της σύνθετης γεωµετρικής κατασκευής του, το κέρδος που προκύπτει µεταβάλλεται σε µεγάλο βαθµό συναρτήσει της συχνότητας αλλά και της διεύθυνσης του ήχου. Σχήµα 1: Ανατοµικά στοιχεία του αυτιού: 1. Κόγχη, 2. Ακουστικός πόρος, 3. Τύµπανο, 4. Μέσο αυτί, 5. Ευσταχιανή σάλπιγγα, 6. Κοχλίας, 7. Σφύρα, 8. Άκµονας, 9. Αναβολέας, 10. Ωοειδής θυρίδα, 11. Στρογγυλή θυρίδα, 12. Τυµπανική κλίµακα, 13. Αιθουσαία Κλίµακα, 14. Κοχλιακός πόρος, 15. Ελικότρυµα, 16. Όργανο του Corti.
3.2 Μέσο αυτί Όπως αναφέρθηκε και προηγούµενα, µία από τις βασικότερες ιδιότητες κάθε υλικού µέσου σε ό,τι αφορά τη διάδοση ηχητικών κυµάτων είναι η χαρακτηριστική ακουστική του εµπέδηση. Σε σχέση µε τη λέµφο του κοχλία της οποίας η τιµή της Ζ είναι παραπλήσια αυτής του νερού, ο αέρας έχει µικρή Ζ. Έτσι, αν ένα ηχητικό κύµα περνούσε απευθείας από τον αέρα στον κοχλία, το επίπεδο έντασης του εισερχόµενου στη λέµφο κύµατος θα ήταν περίπου 30dB χαµηλότερα από το επίπεδο έντασης του προσπίπτοντος κύµατος, δηλαδή σε τιµές έντασης 1000 φορές µικρότερη. Για να αποφευχθεί αυτή η απώλεια στη διάδοση του ήχου προς το έσω αυτί, το σύστηµα του µέσου αυτιού παρέχει µια «προσαρµογή» µεταξύ της εµπέδησης του αέρα και της εµπέδησης της λέµφου του κοχλία. Η προσαρµογή αυτή επιτυγχάνεται µε τα τρία οστάρια που, παίζοντας το ρόλο του µοχλού, µεταβιβάζουν τις δονήσεις του τυµπάνου στην ωοειδή θυρίδα πολύ πιο αποτελεσµατικά. Αυτό επιτυγχάνεται µέσω της µείωσης του πλάτους της ταλάντωσης που µεταφέρεται στην ωοειδή θυρίδα στα τρία τέταρτα περίπου του πλάτους της ταλάντωσης της τυµπανικής µεµβράνης, αυξάνοντας έτσι τη δύναµη περίπου 1,3 φορές. Παράλληλα, η επιφάνεια στην ωοειδή θυρίδα είναι περίπου 15 φορές µικρότερη από την επιφάνεια της τυµπανικής µεµβράνης. Με τον τρόπο αυτό, η πίεση που ασκείται στο υγρό του κοχλία είναι περίπου 20 (1.3*15) φορές µεγαλύτερη από την πίεση του ηχητικού κύµατος πάνω στην τυµπανική µεµβράνη. Αν p είναι η ακουστική πίεση που ασκείται στο τύµπανο, η πίεση που εφαρµόζεται στην επιφάνεια της ωοειδούς θυρίδας, θα είναι p' 20p. Με τον τρόπο αυτό, η ένταση του ήχου που εισέρχεται στον κοχλία θα είναι: I'= p' 2 /Ζ' = (20p) 2 /Ζ' = 400 I Ζ / Ζ' και αντικαθιστώντας Ζ 400 Rayls για τον αέρα και Ζ' 1.6 x 10 6 για την λέµφο, η ένταση αυτή βρίσκεται περίπου ίση µε το 1/10 της έντασης του ήχου στο τύµπανο, δηλαδή η απώλεια σε ένταση περιορίζεται µόνο σε 10dB περίπου αντί των 30dB που θα είχαµε σε απευθείας µετάδοση από τον αέρα στη λέµφο. Θα πρέπει πάντως να σηµειωθεί εδώ ότι, εξαιτίας της σύνθετης κίνησης τόσο της τυµπανικής µεµβράνης όσο και του αναβολέα, ο λόγος των ενεργών επιφανειών τους που επιτρέπουν να επιτευχθεί η προσαρµογή των εµπεδήσεων δεν είναι ο ίδιος για όλες
τις συχνότητες των ηχητικών κυµάτων. Έτσι, το σύστηµα προσαρµογής δεν αποδίδει το ίδιο για όλες τις συχνότητες και επιτυγχάνει την καλύτερη προσαρµογή εµπεδήσεων µόνο για συχνότητες της περιοχής από 1 έως 3kHz. Αυτός είναι πιθανόν ο βασικότερος λόγος που το ακουστικό σύστηµα έχει διαφορετική ευαισθησία σε ήχους διαφορετικών συχνοτήτων, όπως θα δούµε στη συνέχεια. Μια άλλη λειτουργία του µέσου αυτιού είναι να προστατεύει την ευαίσθητη δοµή του κοχλία από υψηλής έντασης ήχους. Τέτοιοι ήχοι προκαλούν ένα αντανακλαστικό συστολής ορισµένων µυών που συνδέονται µε οστάρια, µε αποτέλεσµα τη µείωση του ποσοστού της ακουστικής ενέργειας που µεταβιβάζεται από το µέσο αυτί. Ο µηχανισµός αυτός, που είναι πιο αποδοτικός στις χαµηλές συχνότητες, επιτρέπει επίσης να αποφεύγεται η επικάλυψη των χρήσιµων ακουστικών συχνοτήτων από χαµηλής συχνότητας θορύβους. 3.3 Εσωτερικό αυτί Το εσωτερικό αυτί µετατρέπει, κωδικοποιεί και αναλύει το ηχητικό σήµα που φθάνει από τον αναβολέα. Το µηχανικό αυτό σήµα µετατρέπεται σε ηλεκτρικό, κωδικοποιείται, δηµιουργώντας παλµούς ηλεκτρικής φύσης στο νεύρο του κοχλία και, κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, εκτελείται µια πρώτη βασική ανάλυση του ήχου ως προς τη συχνότητα. Οι δονήσεις που µεταβιβάζονται στην ωοειδή θυρίδα από τον αναβολέα µεταφέρονται στο υγρό του κοχλία και θέτουν σε ταλάντωση τη βασική µεµβράνη. Είναι γενικά αποδεκτό ότι το ρόλο του µετατροπέα του ηχητικού κύµατος σε ηλεκτρικό παίζουν τα τριχοειδή κύτταρα του οργάνου του Corti. Τα κύτταρα αυτά µεταβάλλουν την ηλεκτρική τους αντίσταση εξαιτίας της κίνησης στην οποία τίθεται η βασική µεµβράνη και το γεγονός αυτό οδηγεί σε µια µεταβολή των ρευµάτων που τα διαρρέουν. Αυτό αποτελεί την αρχή µιας πολύπλοκης ηλεκτροχηµικής διεργασίας που καταλήγει στο τελικό ηλεκτρικό σήµα που µεταβιβάζεται µέσω του ακουστικού νεύρου στον εγκέφαλο. Το σήµα που προκύπτει περιέχει την πληροφορία της έντασης του ήχου. Είναι δηλαδή κωδικοποιηµένο ως προς την ένταση. Η κωδικοποίηση αυτή γίνεται µε τρεις βασικούς τρόπους. Κατ αρχάς, όσο µεγαλύτερη είναι η ένταση του ήχου, τόσο µεγαλύτερο το πλάτος της ταλάντωσης της βασικής µεµβράνης µε µεγαλύτερη µεταβολή της
αντίστασης των τριχοειδών κυττάρων και συνεπώς πιο ισχυρά ηλεκτρικά σήµατα. εύτερο, µεγαλύτερη ένταση οδηγεί σε ευαισθητοποίηση µεγαλύτερου αριθµού τριχοειδών κυττάρων µε αποτέλεσµα τη χωρική άθροιση των σηµάτων. Τέλος, ενώ µε µικρής έντασης ήχους ευαισθητοποιούνται µόνο τα εξωτερικά τριχοειδή κύτταρα, µε ήχους µεγαλύτερης έντασης έχουµε ευαισθητοποίηση και των εσωτερικών κυττάρων. Στον κοχλία γίνεται επίσης και µια πρώτη ανάλυση του ηχητικού κύµατος ως προς τη συχνότητα. Η ανάλυση αυτή στηρίζεται στο γεγονός ότι οι ήχοι διαφορετικής συχνότητας ενεργοποιούν τη βασική µεµβράνη θέτοντάς την σε ταλάντωση σε διαφορετικά σηµεία της. Η βασική µεµβράνη περιέχει περίπου 20.000 ίνες, οι οποίες είναι αυξανόµενου µήκους και διαµέτρου από τη βάση προς την κορυφή. Έτσι, η ιδιοσυχνότητα της βασικής µεµβράνης αλλάζει στις διάφορες θέσεις της, µε αποτέλεσµα ήχοι υψηλής συχνότητας να συντονίζουν τη βασική µεµβράνη στη βάση, δηλ. κοντά στην ωοειδή θυρίδα, ενώ ήχοι χαµηλής συχνότητας να την συντονίζουν στην κορυφή. Με τον τρόπο αυτό, ήχοι διαφορετικής συχνότητας προκαλούν σήµατα που προέρχονται από διαφορετικές θέσεις της βασικής µεµβράνης. Εποµένως, η µέθοδος που χρησιµοποιείται από το νευρικό σύστηµα για να αναλύσει τα σήµατα ως προς τη συχνότητα του ήχου, βασίζεται στη θέση της βασικής µεµβράνης από την οποία προέρχονται και είναι γνωστή σαν αρχή της θέσης. 4. ΑΚΟΥΣΤΟΤΗΤΑ ύο ήχοι της ίδιας συχνότητας αλλά διαφορετικής έντασης, έχουν ίδιο ύψος αλλά προκαλούν αίσθηµα διαφορετικής έντασης, δηλ. διαφορετική όπως λέµε ακουστότητα. Η ακουστότητα του ήχου (υποκειµενικό γνώρισµα) αντιστοιχεί στην έντασή του (αντικειµενικό γνώρισµα), αλλά εξαρτάται και από τη συχνότητά του. Σε κάθε συχνότητα αντιστοιχεί µια ένταση Ι ο, όπου ο ήχος είναι µόλις ακουστός («κατώφλι ακουστότητας»), και µια ένταση Ι m, όπου ο ήχος γίνεται ανυπόφορος («κατώφλι πόνου»). Η µεγαλύτερη µεταβολή (Ι m - Ι ο ), αντιστοιχεί στην περιοχή 1-2kHz. Σε συχνότητα 1kΗz είναι Ι ο = 10 12 W/m 2 και Ι m = 1 W/m 2 που διαφέρουν κατά 12 τάξεις µεγέθους. Η σχέση της ακουστότητας Α και της έντασης Ι του ήχου είναι λογαριθµική: Α = C * log I / Ι ο (1) όπου C είναι µια σταθερά που εξαρτάται από τον παρατηρητή και από τη συχνότητα του ήχου.
Η λογαριθµική σχέση µεταξύ ακουστότητας (Α) και έντασης (Ι) εκφράζει τον ψυχοφυσικό νόµο των Weber-Fechner, σύµφωνα µε τον οποίο η ένταση οποιασδήποτε αίσθησης είναι ανάλογη προς το λογάριθµο της έντασης του αντίστοιχου ερεθίσµατος. Επειδή το C εξαρτάται από τη συχνότητα του ήχου, ορίζουµε µια υποκειµενική φυσιολογική µονάδα για τη µέτρηση της ακουστότητας Α: το phon. Το phon είναι αδιάστατη µονάδα που χρησιµοποιούµε για να χαρακτηρίσουµε το επίπεδο ακουστότητας ενός ήχου. Για το σκοπό αυτό, παίρνουµε σαν συχνότητα αναφοράς την f α = 1kHz. Γι' αυτή, δίνουµε στο C την αυθαίρετη τιµή C α = 10. Τότε, η (1) γίνεται: A α = 10log(I/I ο ) και µας δίνει την ακουστότητα σε «phon» που στην περίπτωση αυτή (f= 1 kηz) ισούται αριθµητικά µε τη στάθµη έντασης σε db. Προκειµένου να βρούµε τις τιµές της έντασης Ι για συχνότητες f 1kHz, που προκαλούν ακουστότητα ίδια µε εκείνη που είχαµε στο 1kHz εκτελούµε διαδικασίες υποκειµενικής σύγκρισης. Γι' αυτό, ζητούµε από κάθε υπό εξέταση άτοµο να ρυθµίσει την ένταση ήχου της κάθε νέας συχνότητας που παράγει ειδικό µηχάνηµα, ώστε να προκαλεί αίσθηση ίδιας έντασης µε εκείνη της προεπιλεγµένης έντασης στο 1kHz. Όταν οι δύο ήχοι προκαλούν την ίδια αίσθηση στον ακροατή δηλαδή έχουν ίση ακουστότητα καταγράφουµε στο µηχάνηµα την ένταση αυτή Ι, οπότε, υπολογίζουµε το αντίστοιχο ΕΕ που έχει ο ήχος για την συχνότητα αυτή. Όταν δύο ήχοι διαφορετικών συχνοτήτων έχουν ίση ακουστότητα τότε έχουν ίσα Phon και λέµε ότι ανήκουν σε µια ισοφωνική καµπύλη. Ισοφωνική καµπύλη ειναι ένα γράφηµα των σηµείων που έχουν ίση ακουστότα σε µια γραφική παράσταση µε αξονες το ΕΕ και τη συχνότητα του ήχου. Για τη δηµιουργία ισοφωνικών καµπυλών. Ο µέσος όρος, από µεγάλο αριθµό τέτοιων µετρήσεων σε υγιή άτοµα, έδωσε τις καµπύλες ίσης ακουστότητας του παρακάτω σχήµατος. Σχήµα 2: Χαρακτηριστικές στάθµες επίπεδου έντασης διαφόρων πηγών ήχου που προκαλούν το ίδιο αίσθηµα ακουστότητας σε phon (σύµφωνα µε τους Fletcher και Munson).
Παρατηρούµε ότι ένας ήχος συχνότητας f= 1kHz, στάθµης 10log(l/Ι ο ) = 50dB, έχει την ίδια ακουστότητα των 50phons, µε ήχο f= 50Hz στάθµης 73dB ή µε ήχο f= 4kHz στάθµης 42dB. Εποµένως, έχουµε ακουστότητα Α phons όταν η αίσθηση που προκαλεί ο ήχος εκτιµάται, από ένα µέσο φυσιολογικό ακροατή, να είναι ίση µε εκείνη ενός απλού ήχου συχνότητας 1000 Ηz που διαδίδεται µε επίπεδα κύµατα προς τον ακροατή και του οποίου το ΕΕ είναι Α db πάνω από την ένταση του ήχου αναφοράς Ι ο = 10 12 W/m 2. Σε 4kHz, το αυτί έχει τη µεγαλύτερη ευαισθησία, δηλ. ο λόγος ένταση αισθήµατος (Α) προς ένταση ερεθίσµατος Ι, µεγιστοποιείται για f= 4kHz. Στις συχνότητες των 16 Ηz και 20 000 Ηz, η καµπύλη του κατωφλίου ακουστότητας συναντά εκείνη του ορίου πόνου. Η ευαισθησία του αυτιού, δηλαδή η µικρότερη διαφορά έντασης ήχου που γίνεται αντιληπτή, είναι µεταξύ 1 και 3 db. 5. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΑΚΟΥΣΤΟΤΗΤΑΣ Η ακουστότητα του ήχου, όπως είδαµε, εκφράζει την υποκειµενική αντίληψη της έντασης του ηχητικού ερεθίσµατος, και οι καµπύλες ίσης ακουστότητας µας δίνουν τη σχέση µεταξύ ΕΕ και της ακουστότητας, σε διαφορετικής συχνότητας ήχους, για τον «µέσο φυσιολογικό ακροατή». Μείωση της ικανότητας ακοής µπορεί να προέλθει από διάφορες ανωµαλίες στην κατασκευή ή λειτουργία του αυτιού και οδηγούν σε µείωση της ακουστότητας ενός ατόµου από τις φυσιολογικές τιµές. Τις ανωµαλίες της ακοής µπορούµε να κατατάξουµε στη βάση των τριών ανατοµικών µερών του αυτιού: εξωτερικό, µέσο και εσωτερικό. Προβλήµατα ακοής που σχετίζονται µε το εξωτερικό αυτί οφείλονται γενικά σε απόφραξη της ακουστικής οδού (µολύνσεις, ξένα σώµατα στον ακουστικό πόρο, κλπ). Τέτοιες ανωµαλίες οδηγούν σε µείωση του µεταφερόµενου ποσοστού του ήχου από την κόγχη στο εσωτερικό αυτί και αναφέρονται σαν απώλειες αγωγής. Σε απώλειες αγωγής οδηγούν επίσης οι κύριες ανωµαλίες του µέσου αυτιού, όπως η διάτρηση του τυµπάνου, η εξάρθρωση του συστήµατος των οσταρίων, η απόφραξη της ευσταχιανής σάλπιγγας. Οι ανωµαλίες αυτές έχουν σαν αποτέλεσµα τη µείωση ή απώλεια της προσαρµογής εµπεδήσεων που προσφέρει το µέσο αυτί. Οι ανωµαλίες του εσωτερικού αυτιού, σε αντίθεση µε τις προηγούµενες, δεν οδηγούν σε απώλειες αγωγής. Αναφέρονται κυρίως σε αίτια που προκαλούν µείωση της ευαισθησίας
του αυτιού στην διεργασία µετατροπής του µηχανικού κύµατος σε ηλεκτρικό σήµα, ή τη µεταβίβαση του τελευταίου στον εγκέφαλο. Για την εκτίµηση του βαθµού απώλειας ακοής και τη διάγνωση των αιτίων που την προκαλούν, µπορούµε να κάνουµε µια σειρά µετρήσεων. Οι µετρήσεις αυτές αναφέρονται στα αντικειµενικά χαρακτηριστικά του ήχου, στην υποκειµενική αντίληψη ή σε παραµέτρους του ακουστικού συστήµατος. Μετρήσεις που αφορούν τα αντικειµενικά χαρακτηριστικά του ήχου αναφέρονται κυρίως στην ένταση και τη συχνότητα. Μετρήσεις της ικανότητας ακοής αναφέρονται γενικά µε τον όρο ακουοµετρία, και ειδικότερα αυτές που στηρίζονται σε µια υποκειµενική απόφαση του ατόµου στο αν ακούει ή όχι ένα ήχο, ανήκουν στην υποκειµενική ακουοµετρία. Μια τρίτη κατηγορία είναι οι µετρήσεις φυσικών παραµέτρων σχετικών µε τη µεταφορά του ήχου από το εξωτερικό στο εσωτερικό αυτί. Τέτοιες είναι: η µέτρηση ακουστικών εµπεδήσεων, πιέσεων, αγωγής του ήχου, κλπ. Τέλος, έχουµε µια σειρά έµµεσων µετρήσεων που αφορούν το εσωτερικό αυτί και τη µεταφορά του σήµατος από αυτό στον εγκέφαλο µε την τεχνική των προκλητών δυναµικών. Στη συνέχεια, θα περιγράψουµε µια χαρακτηριστική διάταξη µέτρησης έντασης ήχου, τη δοκιµασία της ακουοµετρίας κατωφλίου και την ακουοµετρία εµπέδησης του µέσου αυτιού. Η τεχνική των προκλητών δυναµικών δεν θα µας απασχολήσει στο κεφάλαιο αυτό. 5.1 Μετρήσεις Επιπέδου Έντασης Ήχου Για να µετρήσουµε την ένταση του ήχου, χρησιµοποιούµε διατάξεις που στην απλούστερη µορφή τους αποτελούνται από τέσσερα µέρη (βλέπε σχήµα). (α) Το µικρόφωνο, που µετατρέπει µεταβολές της ακουστικής πίεσης σε ηλεκτρικό σήµα. (β) Τον ενισχυτή, για την ενίσχυση του ηλεκτρικού σήµατος. (γ) Τον ανορθωτή, που µετατρέπει το εναλλασσόµενο σήµα σε συνεχές σήµα. (δ) Την έκθεση εξόδου µε τη µορφή καταγραφικού ή οργάνου αναγνώσεως. Σχήµα: Σχηµατικό διάγραµµα διάταξης µέτρησης της έντασης ήχου. (α) Μικρόφωνο, (β) Ενισχυτής, (γ) Ανορθωτής, (δ) Έκθεση Εξόδου.
Αν θέλουµε να έχουµε κατευθείαν τα αποτελέσµατα σε db, θα πρέπει να προσθέσουµε µία επιπλέον συνιστώσα στη διάταξη για τη µετατροπή του σήµατος από γραµµική σε λογαριθµική κλίµακα. Το ανθρώπινο αυτί, όπως είδαµε, δεν έχει γραµµική απόκριση σε ήχους διαφορετικών συχνοτήτων, δηλαδή το προκαλούµενο ερέθισµα από ήχους της ίδιας έντασης αλλά διαφορετικών συχνοτήτων είναι διαφορετικό. Έτσι, µας ενδιαφέρει συνήθως η στάθµη έντασης του ήχου που µετράµε να εκφράζεται σε υποκειµενική κλίµακα, δηλ. σε phons, (δηλ. να αναφέρεται στο αποτέλεσµα που προκαλεί στο φυσιολογικό αυτί ο ήχος, αντί του επιπέδου έντασης σε db). Για να το πετύχουµε αυτό, χρησιµοποιούµε τις καµπύλες ίσης ακουστότητας για την επιπλέον επεξεργασία του σήµατος, µε αποτέλεσµα, για ορισµένης έντασης ήχο, το όργανο να µας δίνει το επίπεδο ακουστότητας σε phons. Για το σκοπό αυτό, παρεµβάλλεται στη διάταξη ένας εξασθενητής που προκαλεί εξασθένηση του σήµατος αντιστρόφως ανάλογη προς την ευαισθησία του αυτιού για κάθε συχνότητα του ήχου (βλέπε σχήµα 4). Σχήµα 4: Καµπύλη ίσης ακουστότητας των 4ΟdB (στο 1kHz) και αντίστοιχη καµπύλη εξασθένησης για απόκριση συχνότητας dba. Έτσι, η απόκριση του οργάνoυ δεν είναι πλέον γραµµική για τις διάφορες συχνότητες. Η τελική ενίσχυση των ήχων είναι συνάρτηση της συχνότητας και µεταβάλλεται µε τρόπο
αντίστροφο της καµπύλης ακουστότητας. Βέβαια, οι καµπύλες ίσης ακουστότητας διαφοροποιούνται ανάλογα µε την ένταση του ήχου. Με άλλα λόγια, για ήχους διαφορετικής έντασης, θα πρέπει να χρησιµοποιήσουµε την αντίστοιχη καµπύλη ακουστότητας σαν βάση της σχετικής εξασθένησης που επιβάλλουµε στις διάφορες συχνότητες, αλλά, στην πράξη, αυτό είναι δεν εφαρµόζεται πάντα. Συνήθως η αλλαγή στην απόκριση συχνότητας του οργάνου γίνεται µε βάση την καµπύλη ακουστότητας των 40dB, ονοµάζεται απόκριση dba και είναι η συνηθέστερη. 5.2 Ακουοµετρία κατωφλίου Ένα από τα πιο διαδεδοµένα τεστ ακοής είναι αυτό της ακουοµετρίας κατωφλίου. Το ακουόµετρο απλού τόνου είναι ένα απλό όργανο που παράγει απλούς ήχους µε δυνατότητα µεταβολής της συχνότητας και της έντασης. Οι ήχοι αυτοί παρουσιάζονται στο άτοµο είτε µέσω ενός ακουστικού στον ακουστικό πόρο (αγωγή µέσω αέρα), ή µέσω ενός δονητή που εφάπτεται στο µαστοειδές οστό του αυτιού (αγωγή µέσω οστού). Με το δεύτερο τρόπο, ο ήχος διεγείρει κατευθείαν το εσωτερικό αυτί χωρίς την παρεµβολή του εξωτερικού και του µέσου αυτιού. Κατά τη δοκιµασία, το άτοµο καλείται να απαντά σε κάθε ήχο που ακούει, συνήθως πατώντας σε κάποιο κουµπί. Το ακουόµετρο αποτελείται από έναν ταλαντωτή που παράγει µια ηµιτονοειδή κυµατοµορφή µε επιλογέα συχνότητας συνήθως στα 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 και 8000 Ηz. Το σήµα του ταλαντωτή ενισχύεται από έναν ενισχυτή και στη συνέχεια η επιθυµητή ένταση του ήχου επιλέγεται µε την παρεµβολή ενός εξασθενητή. Η περιοχή της κλίµακας του οργάνου, όσον αφορά την ένταση του ήχου, αντιστοιχεί συνήθως σε ακουστότητα -10 έως 110 phons. Κατά το τεστ, τόνοι ορισµένης συχνότητας, διάρκειας 1-2 sec περίπου, παρουσιάζονται στο άτοµο µε µεταβαλλόµενης διάρκειας κενά µεταξύ τους (µερικά sec). Η ένταση του ήχου είναι στην αρχή σχετικά υψηλή και µειώνεται σταδιακά µέχρι να µη γίνεται πλέον ακουστός.
Σχήµα: Ακουόγραµµα τόνου µε αγωγή αέρα και αγωγή οστού. Το ακουόγραµµα δείχνει φυσιολογικό κατώφλι ακουστότητας για αγωγή οστού αλλά όχι για αγωγή αέρα. Αγωγή οστού εξιό αυτί > Αριστερό αυτί < Αγωγή αέρα εξιό αυτί o Αριστερό αυτί x Η µικρότερη ένταση στην οποία ένας τόνος είναι ακουστός, τουλάχιστον τις µισές φορές από αυτές που παρουσιάστηκε, δίνει το κατώφλι ακουστότητας του ατόµου στη συγκεκριµένη συχνότητα. Η όλη διαδικασία επαναλαµβάνεται για τις διαφορετικές συχνότητες και τα αποτελέσµατα των µετρήσεων παρουσιάζονται σε διάγραµµα που ονοµάζεται ακουόγραµµα. Ένα τέτοιο υποθετικό ακουόγραµµα απεικονίζεται στο παραπάνω σχήµα. Στον οριζόντιο άξονα έχουµε τις τυπικές συχνότητες που χρησιµοποιούνται συνήθως, και στον κατακόρυφο, το επίπεδο ακουστότητας. Η οριζόντια γραµµή στα 0dB δείχνει το φυσιολογικό κατώφλι ακοής. Στην ακουοµετρία κατωφλίου, κάθε αυτί εξετάζεται χωριστά. Σε ορισµένες περιπτώσεις, η απώλεια της ακοής στο ένα αυτί είναι πολύ µεγαλύτερη από ό,τι στο άλλο και είναι δυνατό ήχοι να ακούονται από το ένα αυτί µέσω αγωγής οστού, ενώ εξετάζεται το άλλο. Η µείωση της έντασης ενός ήχου ενδοκρανιακά από το ένα αυτί στο άλλο είναι περίπου 50dB. Έτσι, αν η διαφορά στο κατώφλι ακουστότητας των δύο αυτιών είναι πάνω από 40dB, είναι απαραίτητη η χρησιµοποίηση ειδικής τεχνικής κατά τη δοκιµασία. Ονοµάζουµε επικάλυψη την αδυναµία να ακούσουµε έναν ήχο παρά το γεγονός ότι έχει αρκετή ένταση, εξαιτίας κάποιου άλλου ήχου-θορύβου µεγαλύτερης έντασης που συνυπάρχει. Έτσι, για παράδειγµα, ένας τόνος 30dB στα 4kHz (βλ. Σχήµα) µπορεί να
γίνει ακουστός κάτω από την επίδραση θορύβου 80dB µε κέντρο τα 1.2kHz, αλλά δεν γίνεται ακουστός όταν το επίπεδο έντασης του θορύβου είναι 90dB. Με την τεχνική της επικάλυψης, για να µετρηθεί το πραγµατικό κατώφλι ακουστότητας του αυτιού µε µεγάλη απώλεια ακοής, παρουσιάζεται συγχρόνως στο άλλο αυτί ένας επικαλύπτων θόρυβος που αυξάνεται σταδιακά από τα 0dB µε βήµατα των 10dB. Το κατώφλι ακουστότητας καθορίζεται για κάθε επίπεδο έντασης του θορύβου και αν η επικάλυψη είναι πράγµατι απαραίτητη, το κατώφλι ακουστότητας αυξάνεται µε κάθε αύξηση της έντασης του θορύβου, µέχρις ότου ο ήχος ακουστεί από το αυτί που εξετάζεται. Από το σηµείο αυτό και µετά, η αύξηση της έντασης του θορύβου δεν µεταβάλλει το κατώφλι ακουστότητας (παρά µόνο αν ο θόρυβος γίνει τόσο δυνατός ώστε να επηρεάζει και το εξεταζόµενο αυτί). Σχήµα: Επικάλυψη που προκαλείται από θόρυβο λεπτής µπάντας µε κέντρο τα 1.2kHz, σε διάφορα επίπεδα έντασης. Η παρουσία θορύβου επικαλύπτει κάθε ήχο του οποίου το επίπεδο έντασης βρίσκεται κάτω από την καµπύλη επικάλυψης. Η ακουοµετρία παρέχει µια µέτρηση του κατωφλίου ακουστότητας για µια περιοχή συχνοτήτων από 125Ηz έως 8kHz. Βέβαια, πρέπει να σηµειωθεί ότι οι µετρήσεις αυτές βασίζονται σε υποκειµενικά κριτήρια γιατί εξαρτώνται από τη συνεργασιµότητα του εξεταζόµενου και την ικανότητά του να αποφασίσει αν ακούει τον ήχο ή όχι. Εξαρτώνται επίσης και από άλλους παράγοντες, όπως η προηγούµενη έκθεση σε θορύβους που µπορεί να αλλάξουν από τη µια µέρα στην άλλη. Για τους λόγους αυτούς, µια περιοχή ±10dB από το κατώφλι ακουστότητας είναι αποδεκτή σαν φυσιολογική.
5.3 Ακουοµετρία Εµπέδησης Μέσου Αυτιού Τυµπανοµετρία Η τυµπανοµετρία είναι µια τεχνική εκτίµησης της αγωγής του ήχου µεταξύ του τυµπάνου και της ωοειδούς θυρίδας, κάνοντας σχετικές µετρήσεις της ακουστικής εµπέδησης του τυµπάνου και του µέσου αυτιού. Καθώς ένα ηχητικό κύµα φτάνει στο τύµπανο, ένα µέρος µεταβιβάζεται στο µέσο αυτί και το υπόλοιπο αντανακλάται. Το µεταβιβαζόµενο µέρος του κύµατος εξαρτάται από την εµπέδηση που παρουσιάζει το µέσο αυτί. Σύγκριση της έντασης του προσπίπτοντος µε αυτή του αντανακλώµενου ήχου επιτρέπει τον υπολογισµό αυτής της ακουστικής εµπέδησης. Κατά τη µέθοδο, φράζεται ο ακουστικός πόρος µε ένα ελαστικό βούλωµα που εφαρµόζει ερµητικά µε τα τοιχώµατα και στο οποίο καταλήγουν τρεις σωληνίσκοι (βλέπε σχήµα). Σχήµα: ιάγραµµα διάταξης για µέτρηση της ακουστικής εµπέδησης του τυµπάνου και του µέσου αυτιού. Ο πρώτος σωλήνας είναι συνδεδεµένος µε µια πηγή ήχου, ο δεύτερος µε µια αντλία αέρα, µε τη βοήθεια της οποίας µεταβάλλεται η πίεση στην τυµπανική µεµβράνη. Ο τρίτος σωλήνας συνδέεται µε ένα µικρόφωνο. Σε κανονικές συνθήκες, η πίεση στο µέσο αυτί είναι ίση µε την ατµοσφαιρική πίεση χάρη στην ευσταχιανή σάλπιγγα. Αν για οποιοδήποτε λόγο υπάρξει διαφορά στην πίεση που ασκείται στις δύο πλευρές της τυµπανικής µεµβράνης, η τελευταία γίνεται πιο άκαµπτη µε συνέπεια να αυξάνεται η ακουστική εµπέδηση. Η τεχνική της τυµπανοµετρίας βασίζεται στην εφαρµογή ενός ήχου στο τύµπανο και τη µέτρηση του ανακλώµενου, υπό µεταβαλλόµενη πίεση στον ακουστικό πόρο από -600 έως +200 mm στήλης ύδατος. Από το λόγο της έντασης του
προσπίπτοντος προς τον ανακλώµενο ήχο στο τύµπανο, µπορούµε να εκτιµήσουµε την ακουστική εµπέδηση του συστήµατος τύµπανο-µέσο αυτί. Η ακουστική εµπέδηση παίρνει τη µικρότερη τιµή της σε συνθήκες µηδενικής διαφοράς πίεσης από τις δύο πλευρές του τυµπάνου. Με τον τρόπο αυτό, µπορεί να προσδιοριστεί η πίεση στο µέσο αυτί, προσδιορίζοντας στον ακουστικό πόρο την πίεση εκείνη για την οποία έχουµε ελάχιστη εµπέδηση.