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:
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) ω2 A2
I = E / S Δt = ½ δ v ω2 A2
Δp0 = δ A ω v
I = ½ (Δp02 / δ v)
Δp0 = √ 2 I δ v
relazione intensità sonora e ampiezza pressione
Su una superficie sferica
I = E / (4 π r2 Δt)
I1 / I2 = r22 / r12
Imartello pneumatico a 1 m = 1 W/m2 (soglia di dolore)
per ottenere I = 10-6 W/m2 occorre essere a 1 km!
Udibilità
valore limite esposizione
per i lavoratori
Sensazione sonora
Conversazione
I = 10-6 W/m2
δ = 1.2 kg/m3
v = 340 m/s
Δp0 = √ 2 I δ v = 3 10-2 N/m2
pa = 105 N/m2 (1 atmosfera)
orecchio umano discerne una parte su 107
Massima tollerabilità = 10 N/m2 (10-4 atm)
Soglia di udibilità = 10-5 N/m2 (10-10 atm)
distinzione di 1 parte su 1010
uno degli organi più sensibili del corpo umano!
Miglioramento?
Un fattore 10 meglio percepirebbe la fluttuazione
della pa 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
Δσ = ΔI / I
ΔI = Δσ I
Integrando abbiamo: livello di sensazione sonora
σ - σ0 = 10 log (I / I0)
I0 = 10-12 W/m2 è la minima sensazione sonora
unità di misura di σ è il bel (B)
troppo grande!
ΔI = 10-1 I
1 decibel 1 dB = 1/10 B
10 log [(I+ΔI) / I] = 10 log 1.1 = 0.4 dB
Intervallo di udibilità
sorgente
I (W/m2)
σ (dB)
studio radio TV
10-10
20
30
lieve mormorio
10-9
60
conversazione
10-6
90
strada animata
10-3
100
automobile
10-2
martello pneumatico (1 m) 1
120
140
orchestra 75 elementi
102
160
motore jet
104
Minima sensazione sonora σ0 = 0 dB, 12 ordini di
grandezza in intensità, 6 in Δp0 Δp = √ 2 I δ v
0
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
