Măsurarea intensității sunetului
Am putea lua în considerare presiunea dezvoltată într-un val de sunet ca un indice potrivit al intensității sunetului. Cu o suprafață de compresie și o suprafață de rarefiere care pleacă în mod egal de la presiunea normală a aerului, un val de sunet va avea o presiune medie care este exact egală cu presiunea aerului neperturbat, deoarece deviațiile negative pentru rarefiere vor anula deviațiile pozitive reprezentând presiunea. În loc de valoarea medie a presiunii, folosim deviația standard a presiunilor instantanee în jurul presiunii normale a aerului. Luăm fiecare valoare de presiune instantanee a undei, se ridică la pătrat, se adaugă toate pătratele, se împarte la numărul de valori utilizate și extrage rădăcina pătrată. Se poate vedea că s-a urmărit formula pentru deviația standard. În practica ingineriei, valoarea care rezultă din aplicarea acestei formule la măsurile fizice se numește rădăcină medie pătrată, abreviat RMP. De acum încolo, când vorbim despre presiunea unui sunet, ne vom referi la presiunea sa RMP.
Pentru a ajunge la o scală pentru specificarea intensităților sonore care sunt mai potrivite decât simpla specificare a presiunilor, o transformare convențională a valorilor presiunii a fost adoptată pe scară largă. Aceasta este reprezentată de scala decibelilor, care este utilizată în descrierea intensităţii sunetului. Scala se bazează pe utilizarea unor valori de presiune de referință. Este luat raportul dintre orice presiune acustică deosebită de această presiune de referință. Abrevierea care se utilizează este dB.
Sistemul auditiv
Scopul urechii umane în zona de auz este de a converti undele sonore în impulsuri nervoase. Aceste impulsuri sunt apoi percepute și interpretate de creier ca sunet. Urechea umană poate percepe sunete în intervalul de la 20 la 20.000 Hz. Această secțiune este defalcată într-o prezentare generală de bază a urechii, o secțiune a modului în care sunetul este primit de ureche, o secțiune despre modul în care urechile comunica cu creierul și în cele din urmă o secțiune legată de factorii umani.
Privire de ansamblu asupra urechii umane
Urechea umană este formată din trei zone distincte: urechea exterioară, urechea medie și urechea internă. Canalele urechii exterioare canalizează undele sonore prin canalul urechii la timpan. Urechea exterioară este o structură care este considerată un indicator auditiv în generarea funcţiei anatomice de transfer (FAT). Timpanul este o membrană subțire întinsă peste capătul interior al canalului. Mediul acustic creat de canalul urechii și timpan este unul pe care încearcă să-l simuleze sunetul 3D. Generarea FAT prin microfoane mici încorporate într-un canal auditiv real are rolul de a ajuta la simularea mediului acustic real. Utilizarea unui microfon mic în canalul urechii poate aproxima doar situaţia reală; frecvența de răspuns este diferită, poziția este diferită, reflexia și refracția undelor sonore sunt diferite. Schimbările de presiune ale aerului din canalul urechii determină membrana subțire să vibreze. Aceste vibrații sunt transmise la trei oase mici numite "osicule". Osiculele sunt situate în urechea medie umplută cu aer și va efectua vibrațiile de-a lungul urechii medii la o altă membrană subțire numită fereastra ovală.
Toate aceste vibrații sunt diferite atunci când un microfon mic este încorporat în canalul urechii, astfel este imposibil de a simula cu exactitate mediul acustic al urechii umane folosind această metodă (măsurători FAT). Problema este încercarea de a face o măsurătoare fără a afecta măsurarea. Fereastra ovală separă urechea medie de urechea internă umplută cu lichid. Efectul dat de urechea internă plină cu fluid asupra transmisiei sonore nu este modelat deloc în generarea FAT, de fapt, generarea FAT practic încearcă doar să măsoare influențele structurilor externe și rezultatele imediate din interiorul canalului urechii. Tot ce se întâmplă de la urechea mijlocie spre spate nu este modelat deloc.
Urechea internă găzduiește "cohlea", o structură în formă de spirală, care conține organul "Corti"-componenta cea mai importantă a auzului. Corti stă într-o membrană extrem de sensibilă numită "membrana bazilară". De fiecare dată când membrana bazilară vibrează, micile celule senzoriale ale părului din interiorul Corti sunt îndoite, ceea ce stimulează transmiterea impulsurilor nervoase către creier.
Urechea externă
Două structuri alcătuiesc urechea externă: o structură flexibilă, formă ovală ("Pinna") atașată la cap și urechea-canal, care duce la urechea medie. Pinna este formată din cartilaj fibros. Pentru că există puțini mușchi pentru a muta Pinna, oamenii au nevoie să mute capul în scopul de a localiza sursa unui sunet.
Urechea medie
În spatele membranei timpanice se află o cameră cu aer umplut de aproximativ 2 cc volum, numit urechea medie. Suspendate de ligamentele în urechea medie sunt osiculele auditive, trei oase mici, ciocan, nicovală și, respectiv, scăriţă. Scopul lor principal este de a amplifica presiunile care afectează timpanul în transmiterea lor la urechea internă umplută cu lichid. O parte din ciocan se bazează pe partea interioară a membranei timpanice, astfel încât vibrația membranei determină ciocanul sa bată pe nicovală, cu care se interblochează. Mișcarea este transmisă de la nicovală la scăriţă, care presează pe fereastra ovală, care duce în urechea internă.
Urechea internă
Cavitatile labirintice umplute cu lichid din craniu cuprind urechea interioara. Două porțiuni, vestibulul și canalele semicirculare, funcționează în detectarea poziției capului și a mișcării, în timp ce o a treia parte, cochlea, conține receptorii sensibili pentru auz. Închisă în cavitatea sa osoasă, care este în formă ca o cochilie de melc în spirală este conducta cohleară, care ar măsura aproximativ 35mm în lungime, dacă ar fi dreaptă. Cohleea sau conducta cohleară este împărțită în trei canale de membrana bazilară și membrana vestibulară care extind lungimea spiralei. Capătul unui canal este fereastra ovală şi scăriţa face presiune pe lichidul cohlear, numit perilimfă. La poalele unui alt canal este fereastra rotundă, acoperită cu o membrană care se poate umflă ușor în cavitatea urechii medii atunci când perilimfa transmite presiunea care a fost primită la fereastra ovală.
Membrana bazilară și structurile asociate sunt părțile urechii interne care funcționează pentru a transforma energiile mecanice care au fost transmise din lumea exterioară în energiile neuronale ale nervului auditiv. Membrana bazilară este de aproximativ 0,04 mm lățime la scăriţă, lărgindu-se la aproximativ 0,5 mm pe măsură ce se spiralează în interior. Câteva mii de celule de păr se află pe membrana bazilară. Cuprinzând şi organul Corti, aceste celule sunt conectate la fibrele nervului auditiv. Stimularea lor este, prin urmare, considerată a fi pasul final în funcționarea urechii interne.
Transmiterea sunetului prin ureche
Undele sonore care lovesc urechea externă sunt reflectate (împrăștiate) și conduse. Undele sonore dirijate vor călători prin canalul urechii și vor lovi timpanul determinând ca acestea să fie conduse spre interior. Această parte a procesului este măsurată în generarea FAT cu un microfon încorporat. Deși procesul rămas nu este modelat în prezent, este oferit pentru a ajuta la înțelegerea complexităţii sistemului auditiv uman. Forța activă va provoca ciocanul și nicovala pentru a împinge scăriţa adânc în fereastra ovală a urechii interne. Suprafața timpanului este de 30 de ori mai mare decât scăriţa. Acest lucru determină presiunea pe fereastra ovală să fie de 30 de ori mai mare decât cea originală asupra timpanului. Această presiune este necesară pentru ca scăriţa să poată transfera energia în perilimfă. Membrana bazilară este comprimată în interior prin mișcarea scăriţei. Comprimarea membranei flexibile determină ca fereastra rotundă să se umfle în urechea medie. Organul Corti pivotează ca răspuns la mișcările membranei bazilare. Acțiunea organului Corti și membrana tectorială care se freacă una de cealaltă determină părul celulelor să se îndoaie.