06- BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO

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BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO
PROFA. NUBIA MAIA
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COMO OUVIMOS?
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FÍSICA DO SOM
 SOM - sensação percebida pelo cérebro que se relaciona com a chegada do ouvido de ondas de vibração mecânica
 FONTE SONORA todo sistema que emite som
 ONDAS SONORAS vibrações sincronizadas das moléculas que constituem o meio.
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Ondas sonoras são os mais importantes exemplos de ondas longitudinais.
PRODUZINDO UMA ONDA SONORA
Diapasão
Região de 
alta-densidade
Região de 
baixa-densidade
Ondas longitudinais se propagando no ar
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ONDAS SONORAS
Ondas → propagação de energia 
Ao vibrarem em conjunto as ondas sonoras criam em torno da fonte sonora regiões de alta e baixa pressão.
	As variações de pressão se propagam no meio como uma 
onda mecânica longitudinal
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Características das Ondas Sonoras
A freqüência da onda (f) é a freqüência de oscilação do átomos e moléculas do meio. 
O período, (T = 1 / f),  é o tempo que leva para um átomo ou molécula particular passar por um ciclo completo do movimento de oscilação. 
O comprimento de onda () é a distância, entre dois os picos de duas fases consecutivas e de mesmo sinal.
A amplitude (A) da onda sonora é o maior deslocamento das moléculas do meio em relação ao ponto médio da vibração
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 PROPAGAÇÃO DOS SONS
	Os sons se propagam nos meios elásticos.
Sua velocidade depende:
- Natureza (densidade do meio, elasticidade, resistências)
- pressão
- temperatura de cada meio
FÍSICA DO SOM
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Acústica – A Freqüência do Som
Infra-som: sons com freqüências abaixo de 20Hz. Não perceptível ao ser humano;
Ultra-som: sons com freqüências acima de 20000Hz. Não perceptível ao ser humano;
Som audível: sons com freqüências perceptíveis ao ser humano (20Hz a 20000Hz)
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QUALIDADES FISIOLÓGICAS DO SOM
1- ALTURA
2-INTENSIDADE
3-TIMBRE
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Intensidade do Som
Mínima intensidade física ou limiar de audibilidade (Io): é o menor valor da intensidade física ainda audível, vale: 
Máxima intensidade física ou limiar de dor (Imáx): é o maior valor da intensidade física suportável pelo ouvido, vale: 
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 A intensidade expressa em função do som mais fraco decibel. 
			 10 .log10(I/I0)  = dB 
Como exemplo, vamos determinar a intensidade de um ruído na escala de decibéis. Consideremos o ruído de um discurso, que tem intensidade I = 10-6 W/m2.
Solução: Valor em dB = 10 . Log10(10-6/10-12) = 10.Log10(106) = 6.10 =
 60 dB
ESCALA LOGARÍTIMA 
Decibel: é a intensidade relativa do som tendo por base o limite da audição convencional, 10 -12 w.m-2
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ESPECTRO SONORO
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PROPRIEDADES DO SOM 
Reflexão
Refração
Difração
Ressonância
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RESSONÂNCIA
	Quando um sistema elástico vibra animado por uma onda sonora, diz-se que ele está em ressonância com o som.
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	Para induzir vibração em um ressoador, a onda sonora deve possuir freqüência e amplitude adequada.
	O sistema elástico passa a ser também um emissor de sons e é chamado ressoador.
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BIOACÚSTICA
 RESSONÂNCIA e RESSOADOR
	Vibração de um sistema elástico animado por um onda sonora.
	Todo sistema dotado de massa pode vibrar (sólidos, líquidos e gasosos)
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IMPEDÂNCIA = SOMA DE TODOS OS COMPONENTES RESISTIVOS 
FREQUÊNCIA DE RESSONÂNCIA DO SISTEMA = QUANDO A VIBRAÇÃO É MÁXIMA, IMPEDÂNCIA MÍNIMA
Xm = Xe
2.π.f.m = E
 2.π.f.m
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BIOACÚSTICA
 GEOMETRIA DO RESSOADOR
Tubo acústico aberto: 
 v = f.λ
λ = 2.h
f = v
2.h
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BIOACÚSTICA
 GEOMETRIA DO RESSOADOR
Tubo acústico fechado: 
 v = f.λ
λ = 4.h
f = v
4.h
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EFEITO DIAFRAGMA
EFEITO DIAFRAGMA
A freqüência de ressonância de uma membrana desloca-se para valores mais altos sempre que a membrana é estirada e para valores mais baixos quando deixa de ser tensionada.
Toda membrana possui uma freqüência de ressonância onde as vibrações são mais intensas – FREQÜÊNCIA ÓTIMA DE VIBRAÇÃO
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COMO OUVIMOS?
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TRANSDUÇÃO DE UMA ONDA SONORA EM SINAL ELÉTRICO
AUDIÇÃO
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APARELHO AUDITIVO
ORELHA EXTERNA
ORELHA MÉDIA
ORELHA INTERNA
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MEMBRANA TIMPÂNICA
Não é homogênea
Sons de baixa frequencia = vibra quase completamente
Sons de alta frequencia = vibra segmentarmente
Amplitude de deslocamento do tímpano para intensidade mínima audível = 10-11m (aprox. 1/10 do átomo do hidrogênio)
Amplitude de deslocamento do tímpano para intensidade máxima audível = 10-5m
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Orelha média
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ORELHA MÉDIA
Serve para fazer com que a pressão do lado interno da membrana timpânica seja igual à pressão do lado externo.
Transforma a energia sonora em deslocamento mecânico.
Promove um ganho mecânico, a fim de que a energia da onda sonora seja suficiente para promover a vibração das linfas e membranas do ouvido interno.
A força aplicada pelo estribo sobre a janela oval é 1,3 vezes maior (30%) do que aquela que o tímpano aplica sobre o martelo.
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Orelha
Interna
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perilinfa
endolinfa
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Cóclea
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 CÓCLEA
	Entre escala média e escala timpânica: membrana basilar bastante resistente (sustentada por fibras basilares) – bloqueia as ondas sonoras:
	⇒ na superfície da membrana basilar: órgão de Corti – contêm células nervosas ciliares (células sensoriais).
	⇒ sobre o órgão de Corti: membrana tectórica se apóia sobre os cílios das células sensoriais.
Cóclea
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OUVIDO INTERNO - CÓCLEA
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OUVIDO INTERNO - CÓCLEA
Os receptores são as células pilosas que contêm pêlos minúsculos (cílios) e que constituem o órgão de Corti.
Quando os cílios, localizados sobre as células receptoras, se curvam, um impulso nervoso é conduzido pelo ramo coclear do nervo vestibulococlear (par de nervos cranianos VIII) ao lobo temporal do cérebro, onde a sensibilidade é interpretada.
Observe que os receptores são estimulados pelo encurvamento dos cílios; assim esses receptores são classificados como mecanorreceptores.
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MECANISMOS DA AUDIÇÃO
MECANISMO DA AUDIÇÃO
ENERGIA SONORA
ENERGIA MECANICA
ENERGIA HIDRÁULICA
ORELHA EXTERNA
ORELHA MEDIA
ORELHA INTERNA
TRONCO ENCEFALICO
CÓRTEX CEREBRAL
ENERGIA ELÉTRICA
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MECANISMOS DE AMPLIFICAÇÃO DO SOM
CONCHA ACÚSTICA
SISTEMA DE ALAVANCAS
DIFERENÇA ENTRE A SUPERFÍCIE TIMPÂNICAS E DA JANELA OVAL
VENCER A IMPEDÂNCIA AR-LÍQUIDO
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ORELHA EXTERNA
CONCENTRAÇÃO DE ENERGIA SONORA NO CONDUTO AUDITIVO 
LOCALIZAÇÃO DE FONTES SONORAS NO PLANO SAGITAL-MEDIANO
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ORELHA EXTERNA
RESSONANCIA DO PAVILHÃO AURICULAR
	aprox. 5.000Hz
RESSONANCIA DO CONDUTO AUDITIVO
 aprox. 3800Hz
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Biofísica Da Audição
Ouvido Externo
Tubo acústico fechado
 f = v / 4 . l 
onde: 
Frequencia de ressonância (f) = 2.900 e 4.350 Hz
Velocidade do som (v) = 348 m/s 
Comprimento (l) = 2 a 3 cm
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Amplificação 17x
Amplificaçao 1,3
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TRANSDUÇÃO SENSORIAL
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TRANSDUÇÃO SENSORIAL
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TRANSDUÇÃO SENSORIAL
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Fonte: Purves et al., Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 2002 (pg. 802).
Sons de diferentes frequências são registrados em diferentes regiões da cóclea, o que causa a ativação do nervo coclear em diferentes posições, propiciando a diferenciação entre os sons. Na figura ao lado temos sons de frequências baixas (400 Hz), médias ( 3000 Hz) e altas 22000 Hz.
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Fonte: Purves et al., Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 2002 (pg. 803).
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Fonte: Purves et al., Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 2002 (pg. 804).
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ANOMALIAS DA AUDIÇÃO
SURDEZ DE CONDUÇÃO
Obstrução do canal auditivo (por exemplo, cerumes).
Lesões do tímpano ou ossículos.
Dificilmente é total.
Uso de aparelhos.
SURDEZ NERVOSA
Lesão da cóclea ou nervo ótico.
Podem ser irreversíveis.
Podem
resultar de infecções.
Pode ser devido ao uso de estreptomicina.
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TESTE DE RINNE
ETAPA 1
ETAPA 2
CONDUÇÃO ÓSSEA
CONDUÇÃO AÉREA
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TESTE DE RINNE
NORMAL = Condução aérea > condução óssea
SE CONDUÇÃO ÓSSEA MELHOR QUE AÉREA
SURDEZ DE CONDUÇÃO
AMBAS VIAS DIMINUÍDAS
SURDEZ NEUROSSENSORIAL
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TESTE DE WEBER
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TESTE DE WEBER
SE LATERALIZAÇÃO DO ESTÍMULO SONORO
EXISTÊNCIA DE UM PROBLEMA AUDITIVO
DE CONDUÇÃO
SENSÓRIO NEURAL
SOM MAIS INTENSO NO LADO ACOMETIDO
SOM MAIS INTENSO NO LADO ÍNTEGRO
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Se em meio material, como o ar, teremos ondas mecânicas. O pulso de uma onda é a propagação da perturbação através do meio.
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Onda periodica:
Esses impulsos causarão pulsos que se propagarão ao longo da corda em espaços iguais, pois os impulsos são periódicos. 
A parte elevada denomina-se crista da onda e a cavidade entre duas cristas chama-se vale. 
Denomina-se período T o tempo necessário para que duas cristas consecutivas passem pelo mesmo ponto. 
Chama-se freqüência f o número de cristas consecutivas que passam por um mesmo ponto, em cada unidade de tempo. 
Entre T e f vale a relação: 
  
A distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos é denominada comprimento de onda, representado por λ, e a é a amplitude da onda. 
Como um pulso se propaga com velocidade constante, vale a expressão s = vt. 
Fazendo s = λ, temos t = T. Logo: 
Essa igualdade é válida para todas as ondas periódicas – como o som, as ondas na água e a luz. 
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