Biofísica da Audição

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Biofísica da Audição
Aula 5 - Biofísica da Audição
Maria Gabriela Cararo Cabral T7
Introdução
Biofísica do som
Ondas sonoras
provenientes de diferentes fontes sonoras
Sistema auditivo: função de Captação da onda e
reconhecimento das informações
Transforma as diferenças de
P = MLT-2/L2 do som em
IMPULSO ELÉTRICO
Enviado para o cérebro,
onde causam sensação
psicofísica da audição
O som é a propagação de energia em meio material,
sob forma de movimento ondulatório, com pulso
longitudinal; é um fenômeno do Campo Gravitacional.
som ⇒ movimento ondulatório
1. perturbação do material ⇒ desloca energia
⇒ movimento ondulatório
Tubo com ar:
✔ Aplica um sinal sonoro em uma das
extremidades;
⇒pressão emite energia como forma de movimento
ondulatório
✔ Propagação com zonas de compressão
(pulso ondulatório positivo, alta energia ) e rarefação
(pulso ondulatório negativo, baixa energia) do ar;
✔ O gráfico ondulatório, acompanha as zonas
de alta energia e baixa energia.
2. representação como movimento ondulatório
Comprimento de onda (λ) ⇒ Distância percorrida para
completar um ciclo em função do tempo -t
O ponto P gira no círculo, e sua projeção p sobre o eixo
vertical (y), é lançada contra o tempo decorrido,
registrado no eixo horizontal (x)
λ menor a frequência é maior, são inversamente
proporcionais
Comprimentos de ondas diferentes
● Maiores comprimentos de onda ⇒ menor
frequência
Comprimento e frequência são inversamente
proporcionais
Velocidade ⇒ depende do meio de propagação)
✔ Espaço percorrido pela onda, na unidade de
tempo
✔ Equivale a dividir o comprimento da onda
pelo período:
v = λ / t
v = 2cm/ 1seg = 2cm.s-1 (0,002m.s-1)
Velocidade do som nos líquidos
Velocidade do som nos gases
Velocidade do som nos sólidos
Vs> Vl > Vg
Frequência
✔ Número de vezes que o fenômeno se repete em um
intervalo de tempo, medido em ciclos por segundo (Hz):
f = 1/t = t-1
Ligado ao comprimento de onda.
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pulso rápido ⇒ alta frequência
pulso longo ⇒ baixa frequência (para fechar um ciclo)
frequência ⇒ nº de vezes que o fenômeno se repete em
determinado tempo
Relação de COMPRIMENTO DE ONDA COM
FREQUÊNCIA
● São inversamente proporcionais
● velocidade relacionada ao meio
Acústica do som
➔ Intensidade: relacionar com a amplitude de
deslocamento da onda no eixo Y
Corresponde ao nível de energia sonora, e no momento
ondulatório (é medido pela amplitude de deslocamento
da onda no eixo y
Quanto maior a velocidade, maior a frequência e menor
o comprimento da onda. Aparece mais ondas sonoras
dentro de um determinado intervalo (que pode ser
medido em cm). Os sons de maior frequência são
agudos!
➔ Altura: relaciona com frequência (Hz)
> Frequência = sons altos, agudos
< Frequência = sons baixos, graves
● alta frequência ⇒ sempre sons altos e agudos
Qual frequência o ouvido humano detecta ?
Pode detectar Frequências Sonoras na faixa de 16 a
17.000 Hz
LIMITE VARIÁVEL
- Depende da idade
- Sensibilidade do ouvido
Audiograma ⇒ detecta a frequência do ouvido humano
● Exame executado em ambiente silencioso
● Coloca-se fones de ouvido no paciente e pede
que o mesmo, indique toda vez que ouvir algum
SOM
Sons puros com diferentes intensidades gerados
eletricamente, são enviados aos fones de modo
aleatório
Intensidade mínima necessário - limiar de audição
O ouvido é mais sensível para as frequências entre
2000 a 5000 Hz
Limiar de potência sonora capaz de induzir uma
sensação dolorosa situa-se entre 140 a 160 dB (decibel)
Não consegue mensurar som
➔ Timbre: é a qualidade do som
I = 2 π2 f2 A2 d v
Dentro de uma Frequência (altura) sonora audível e
LIMIAR de audição
Qualificação do som se dá pela:
1. Pressão (Pa)
AUDIBILIDADE
- Limiar = 2,8 x 10-7 Pa
- Máxima tolerável = 28 Pa (dor)
Pressão de 300 a 2000 Pa, causam lesões mecânicas
no aparelho auditivo
– Ruptura do Tímpano
P = MLT-2/L2
UNIDADE OFICIAL (SI) - Pa
2. Potência (W)
Energia sonora transferida na unidade de tempo,
medida em Watts = W = Joule/Segundo
W dividida pela L2 emissora ou receptora do som
INTENSIDADE SONORA
W = ML^2*T^-2/T
UNIDADE OFICIAL (SI) ⇒ W
3. Intensidade (W. m^-2)
● Limiar = 10-12 W.m-2 ou 10-16 W.cm-2
● Máxima tolerável = 1 W.m-2
Acima de 1 W.m-2 começa a sensação dolorosa e
aparecem lesões orgânicas no aparelho auditivo
I = W/L^2
UNIDADE OFICIAL (SI) ⇒ W.m-2 ou W.cm-2
Fenômeno do campo gravitacional
Tem limites!!
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SISTEMA AUDITIVO
➔ Captadas no ouvido externo – (pavilhão
externo, canal auditivo e lóbulo da orelha)
captação do som
➔ Amplificadas no ouvido médio (Membrana
Timpânica, Martelo, bigorna e estribo);
➔ Transformadas em impulsos nervosos no ouvido
interno – (Cóclea-órgão sensorial)
➢ Quando o som chega no canal auditivo, chega
em determinada P ⇒ vai para um conduto
auditivo ⇒ diminui a área⇒ aumenta a pressão
⇒ aumenta a velocidade
1º Campo G - energia mecânica ⇒ ouvido externo e
médio
2º Campo EM - energia elétrica ⇒ vai ter pulso elétrico
na cóclea
Captação e condução do som ⇒ Feita pelo pavilhão
auricular capaz de refratar sons, reforçando a
intensidade que chega ao ouvido!
➢ reduz a área aumenta a intensidade do som
refracção do som ⇒ aumenta a intensidade do
som
➢ Se tiver refração do som⇒ vai ter mudança de
velocidade
velocidade de propagação maior ⇒ intensidade maior
⇒ área menor
REFRAÇÃO
- Muda a velocidade = L/T de propagação e o λ de
onda, mantendo a f
-diminui a área ⇒ velocidade de propagação maior⇒ e
intensidade maior
- Cavidade Ressonante – intensifica o Som
Capacidade de REFRATAR o som, reforçando a I = W/A
que chega ao ouvido
A refração do som se dá pelo aumento da intensidade
do som que chega no conduto auditivo
● Área menor ⇒ velocidade de propagação e
intensidade de som MAIOR
● cavidade ressonante ⇒ intensifica o SOM
Ouvido Externo
aumento de intensidade sonora ⇒ cavidade ressonante
aumenta a intensidade do som.
Energia contido na onda:
● Parte é perdida em virtude do atrito (do conduto
auditivo) com as paredes
● Parte é transferida para a membrana timpânica
(VIBRAÇÃO TIMPÂNICA - vibrátil)
Cavidade RESSONANTE com f = 430 Hz ⇒ Leva o
Som captado ao tímpano
energia ⇒ pelo atrito com as paredes, parte dessa
energia é perdida
O que sobrou é transferida diretamente para a
membrana timpânica (causando vibração)
● O som é captado e enviado até o tímpano.
● Quando o som chega vai ter a intensidade
aumentada, logo a velocidade de propagação
também é MAIOR.
● Também perde um pouco de sua energia devido
ao atrito no canal auditivo. ⇒ chega até o
tímpano
● Tímpano que é uma membrana vibravil ⇒
VIBRA
● Então inicia-se o ouvido médio..
Ouvido Médio
Cadeia mecânica - deslocamento dos ossículos e
vibração dos tímpano ⇒ energia mecânica vai ser
intensificada
Transforma a Energia Sonora em Deslocamento
Mecânico
ENERGIA SONORA EM DESLOCAMENTO
MECÂNICO.
Tímpano⇒ Vibra sob impacto da P = MLT-2/L'2 pressão
sonora, em amplitude proporcional à I = W/A
(intensidade do som) do som
Tímpano é uma membrana, extremamente vibrátil
Movimento do Tímpano é transmitido ao martelo –
bigorna – estribo com base no deslocamento do
tímpano, começa-se ouvir o som
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Com esse sistema de alavancas, a P exercida na janela
oval pelo estribo, pode ser 3 a 20 x maior que a P
exercida pelo som no tímpano
Tímpano - uma membrana vibrátil, localizada no início
do ouvido médio
O deslocamento é correspondentemente menor, mas a
pressão é maior
Como a Membrana Timpânica se comporta frente a I =
W/A sonoras diferentes?
● 65 mm2 de diâmetro
● 0,1 mm2 de espessura
estribo termina na janela oval ⇒ último
Síntese:
OUVIDO MÉDIO - MEMBRANA TIMPÂNICA
Apresenta um comportamento complexo quando é
estimulada a vibrar , POIS NÃO É HOMOGÊNEA.
➔ Regiões tensas e flácidas
➔ Regiões com maior e menor grau de liberdade
para o movimento
➔ Regiões com diferentes massas específicas
PADRÃO DE VARIAÇÃO (Área Vibrátil)
➔ Sons de BAIXA frequência – membrana vibra
como um corpo quase rígido
➔ Sons de frequênciamaiores que 2400 Hz –
membrana vibra segmentarmente (reduz sua
área vibrante para 60 a 75% de sua área total –
64 mm2);
Quanto menor for a aerea vibrátil menor será a
transferência de energia para o ouvido médio
Função - ganha mecânico
A fim de que a energia da onda sonora seja suficiente
para promover a vibração das linfas e membranas do
ouvido interno (cóclea)
Tarefa realizada pela cadeia de ossículos que formam
um conjunto de alavancas com ganho mecânico
Controla a amplificação do som
Numa I = W/A sonora muito grande, o mecanismo de
amplificação é atenuado através da contração dos
músculos estapédio e tensor do tímpano
Músculos do tímpano ⇒ Tensor do tímpano – afasta o
martelo e a bigorna
⇒ Estapédio – afasta o estribo e a
bigorna
Com a contração dos músculos a atenuação do som
pode chegar até 30 dB, porém não protege o sistema
contra ruídos súbitos que podem romper a membrana
timpânica;
Por que ficamos surdos com aumento da pressão
atmosférica?
➔ Aumento da PRESSÃO EXTERNA – empurra a
membrana timpânica para o interior do ouvido
médio e ocorre:
➔ PERDA DA SENSIBILIDADE
➔ ACUIDADE AUDITIVA (percepção do índice de
emissão de ruídos)
Quando a pressão negativa do ouvido médio
alcança valores de:
➔ -60 a -80mmHg – começa a sentir dor
➔ Entre -100 e -150mmHg – a membrana
timpânica se rompe.
OUVIDO INTERNO - cóclea e suas funções
Transformação do Movimento Mecânico em Hidráulico,
e Hidráulico em Impulso Elétrico
Cóclea e suas funções
Constituída por um conjunto de túneis cheios de linfa,
encravados no osso temporal;
Separada em:
- Rampa vestibular
- Rampa timpânica
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Propagação do som
Estribo – estímulo mecânico – janela
oval – perilinfa RV – helicotrema – perilinfa RT – janela
redonda
Estribo – estímulo mecânico – janela oval – perilinfa –
helicotrema – perilinfa – janela redonda
Pulso se propaga rapidamente e durante o trajeto
estabelece gradientes de pressão entre as rampas –
comprime o órgão de Corti
https://youtu.be/OYqFnynPIlY
Correlação clínica
Anomalias de Audição:
Surdez de Condução: Há obstrução no canal auditivo
externo, ou lesões no tímpano ou nos ossículos;
✔ Obstrução do meato com cerume;
✔ Lesões destrutivas dos ossículos;
Surdez Nervosa: Há lesões na cóclea ou no nervo
óptico;
✔ Infecções na Cóclea;
✔ Uso de Antibióticos;
Teste para Diferenciar os dois Tipos de Surdez:
TESTE DO DIAPASÃO:
✔ Paciente em sala silenciosa;
✔ Os ouvidos são testados alternadamente;
✔ O diapasão é vibrado pelo do ouvidos e vai sendo
afastado
gradualmente, até o paciente indicar que não escuta
mais som;
✔ Nesse instante, o cabo do diapasão é rapidamente
colocado no mastóide desse lado;
Duas situações ocorrem:
✔ O paciente começa a ouvir som – Surdez de
condução
✔ O paciente não ouve nada – Surdez Nervosa
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https://youtu.be/OYqFnynPIlY