LICENCIATURA EN FISICA MEDICA BIOFISICA. CAPITULO 10 Producción del Sonido, el Habla y la Escucha en el Ser Humano

Transcripción

1 LICENCIATURA EN FISICA MEDICA BIOFISICA CAPITULO 10 Producción del Sonido, el Habla y la Escucha en el Ser Humano

2 ONDAS Y SU PROPAGACION w = 2pf 2

3 ONDA DE PRESION Y PROPAGACION dz Máx [T, (T)] u Máx v S u Máx 1 2 I = umáxv 2 S u Máx = (dz Máx )w w = 2pf v S : velocidad del sonido 3

4 INTENSIDAD Y PROPAGACION kg m m kg m 1 Máx S [ I ] = u v = = m = 2 m s s s m s N m J W = = = m s m s m v S C P RT m = Adiabático = = 5 3 = 1,67 cp = = 1,4 cv 1 Gas de moléculas monoatómicas Aire, mezcla de moléculas diatómicas Gas de moléculas muy grandes 4

5 INTENSIDAD, IMPEDANCIA Y PRESION u Máx = dz ( ) I = u ( ) MáxvS = vs d zmáx w 2 2 Z = v, Impedancia acústica S [ Z] [ v ] S ( ) Máx w kg m kg = = = 3 2 m s m s P = v w d z = Zw d z S Máx Máx kg 1 N P = ZwdzMáx = m = = Pa 2 2 m s s m 2 1 ( ) 2 1 ( ) 2 P I = vs d zmáx w Z d zmáx w 2 = = 2 2Z 2, Presión acústica 5

6 CARACTERISTICAS ACUSTICAS DE LOS TEJIDOS Y ORGANOS 6

7 [ I ] I I Z P W = m 2 P = 2Z INTENSIDAD EN decibell (db) 2 Ref (3000 Hz) Aire = 413 Ref (3000 Hz) = kg m s W m = 2,9 10 I Bell log I I 5 Pa ( ) = ( ) 10 Ref (3000 Hz) I decibell log I I ( ) = 10 ( ), Mínima intensidad percibida, Mínima presión percibida 10 Ref (3000 Hz) 7

8 INTENSIDADES TIPICAS DE SONIDOS SPL Sound Pressure Level 8

9 R Refl Z = v S 1 Z / Z = 1 Z / Z INTERACCION ACUSTICA ( ) 2 1 EN UNA INTERFAZ T Trans 4 Z2/ Z1 = (1 Z / Z )

10 ALGUNAS INTERFACES BIOLOGICAS 10

11 PROPAGACION Y ABSORCION Como la amplitud de la onda A es proporcional a la presión acústica P A( z) P( z) y la presión acústica P de la onda disminuye al propagarse, resulta: ( ) = ( = ) ( ) A z A z exp F z F F Acústico = f f, Coeficiente de absorción sonora, 2, Para líquidos puros, 0 Acústico, Para tejidos blandos. A la expresión de la absorción se la conoce como Ley de Beer, por su semejanza con la Optica. 11

12 COEFICIENTE DE ABSORCION DE TEJIDOS Y ORGANOS 12

13 COEFICIENTE DE ABSORCION DE ALGUNOS FLUIDOS 13

14 PRIMEROS MODOS RESONANTES Cuerda fija en sus extremos de: Longitud L Radio r Densidad Masa lineal m=p r 2 Tensión F DE UN CUERDA VIBRANTE f = v 2L Fund S vs f Fund = S 1 = 2L F m 2 ( p ) v = F r = 2 ( pr ) = F = = La cuerda vibrante como modelo de las cuerdas vocales 14

15 TUBOS ABIERTOS Y CERRADOS Y SUS MODOS RESONANTES I 15

16 TUBOS ABIERTOS Y CERRADOS Y SUS MODOS RESONANTES II Los tubos como modelos del sistema resonador humano 16

17 FACTOR Q DE UN TUBO RESONADOR 17

18 SISTEMA NEUROMUSCULAR DEL HABLA HUMANA I Tráquea Mujer adulta: Hombre adulto: L Faringe + L Boca = 6,3 cm + 7,8 cm = 14,1 cm. L Faringe + L Boca = 8,9 cm + 8,1 cm = 17,0 cm. 18

19 SISTEMA NEUROMUSCULAR DEL HABLA HUMANA II Zumbido, silbido, explosión 19

20 SISTEMA NEUROMUSCULAR DEL HABLA HUMANA III - La laringe está situada sobre la tráquea - Formada por cartílagos unidos por membranas y ligamentos - Cubierta por músculos y mucosa - Las cuerdas vocales son dos pliegues elásticos de la membrana mucosa que reviste la laringe - Regulan el paso de aire, abriendo o cerrando la glotis 20

21 CARTILAGOS DE LA LARINGE I - CRICOIDES: se apoya sobre la tráquea y tiene forma de un anillo. En su parte plana (situada por detrás) tiene dos facetas para la articulación con los aritenoides y dos para el tiroides. - TIROIDES: formado por dos láminas cuadrangulares que convergen hacia atrás alrededor de los lados del cricoides. Se visualiza como la Nuez de Adán. - ARITENOIDES: tiene forma de pirámide y se asientan en el cricoides. 21

22 CARTILAGOS DE LA LARINGE II 22

23 CUERDAS VOCALES I - Se insertan, por un extremo, en el ángulo inferior del tiroides y, por el otro, en las apófisis vocales de los aritenoides. - Al rotar los aritenoides hacia adentro, los pliegues vocales se juntan y al hacerlo hacia fuera se separan con el consiguiente cierre y apertura de la glotis. 23

24 CUERDAS VOCALES II 24

25 FARINGE - Conducto mixto - Tres porciones - Tamaño y tensión de las paredes varían las características resonantes VELO FARINGE Y VELO - Porción membranosa del paladar - Regula la comunicación entre la cavidad oral y nasal (sonido oral o nasal) 25

26 CAVIDAD ORAL LABIOS: determinan el tamaño y forma de la abertura anterior, y modifican el largo de la cavidad oral. PALADAR Y DIENTES: constituyen estructuras rígidas contra las que los labios y la lengua se mueven para producir sonidos 26

27 CAVIDAD NASAL - Ninguna parte esta sujeta a movimientos musculares, su forma es fija - Debido a la variabilidad en el ancho de los pasajes y a la cantidad de mucus, los sonidos articulados con resonancia nasal difieren 27

28 LOS SONIDOS DEL HABLA - SONIDOS VOCALICOS: emitidos por la vibración de las cuerdas vocales sin ningún obstáculo - SONIDOS CONSONANTICOS: emitidos con el cierre total o parcial del tracto por el cual pasa la corriente de aire 28

29 PUNTOS DE ARTICULACION EN LA CAVIDAD BUCAL 29

30 SONIDOS VOCALICOS Sonidos vocálicos Abertura del ángulo bucal Posición y grado de abertura Abiertas Cerradas Altas Medias Baja (a, e, o) (i, u) (i, u) (e, o) (a) 30

31 SONIDOS CONSONANTICOS Modo (cierre o estrechamiento) Oclusivas (b, p, d, t, g, k) La salida se cierra momentáneamente por completo Laterales (l, ll) Lengua obstruye el centro de la boca Fricativas (f, s, y, x, z) El aire atraviesa un espacio estrecho Africadas (c, y) Nasales (m, n, ñ) Vibrantes (r, rr) Lengua vibra cerrando el paso de aire intermitentemente Oclusión seguida de fricación Pasaje bucal cerrado 31

32 LUGAR DE PRODUCCION Lugar (donde se produce) Bilabiales (b, p, m) Oposición de ambos labios Velares (k, g, x, y) Op. Posterior lengua y paladar blando Labiodentales Palatales (f) (c, j) Op. Dientes superiores y labio inferior Linguodentales Alveolares (s, n, r, rr, l) Op. Lengua y paladar duro (d, t, n, l) Op. Punta lengua y dientes superiores Op. Punta lengua y región alveolar paladar 32

33 CUERDAS VOCALES EN ACCION I Aplicación del Teorema de Bernoulli según el Modo de Venturi 1 2 ASubglotis 2 PGlotis PSubglotis = vsubglotis 1 ( ) 0 2 AGlotis 33

34 CUERDAS VOCALES EN ACCION II 34

35 CUERDAS VOCALES EN ACCION III L H =16 mm L M =10 mm Murmullo, susurro 35

36 MODELO FISICO DE LAS CUERDAS f Fund = 1 2L 36

37 VOCES DE LAS CUERDAS VOCALES f Fund = 1 2L 220 Hz 120 Hz 10 37

38 CARACTERISTICAS MECANICAS DE LAS CUERDAS VOCALES E L M E L M 38

39 REPRESENTACIONES TEMPORALES Y FRECUENCIALES DE UNA SEÑAL II 39

40 SUMA DE ONDAS SIMPLES Y RESULTANTE COMPLEJA I 40

41 SUMA DE ONDAS SIMPLES Y RESULTANTE COMPLEJA II Análisis de Fourier 41

42 REPRESENTACIONES TEMPORALES Y FRECUENCIALES DE UNA SEÑAL I 42

43 ESPECTROS TEMPORAL Y FRECUENCIAL DEL SONIDO 43

44 ANALISIS TEMPORAL DE LA VOZ 44

45 CONTENIDO ESPECTRAL DE LA VOZ 45

46 PARAMETROS DE LA VOZ HUMANA I FISICOS PERCEPTIVOS FRECUENCIA FUNDAMENTAL ALTURA Baja Alta Grave Agudo INTENSIDAD DE FONACION SONORIDAD Presión (Pa) o Intensidad (W/m 2 ) Ley de Stevens: P = K(S S 0 ) n P es la percepción del estímulo S por sobre el umbral S 0. K y n son constantes apropiadas. n = 0,54 para audición monoaural y 0,60 para la biaural. COMPOSICION DE ARMONICOS TIMBRE O CALIDAD 46

47 PARAMETROS DE LA VOZ HUMANA II,, 47

48 AUDIOESPECTROGRAFO 48

49 Audiograma y Formantes Forma de onda AUDIOESPECTROGRAMAS INGLESES I Líneas verticales que corresponden a los pulsos glotales 49

50 AUDIOESPECTROGRAMAS INGLESES II Líneas verticales que corresponden a los pulsos glotales a i i u 50

51 Líneas verticales que corresponden a los pulsos glotales Blanco espectrográfico Tiempo de silencio AUDIOESPECTROGRAMAS CASTELLANOS LOS FORMANTES: F1 Y F2 Sílabas ba da ga F2 F1 F2 F1 F2 F1 12 ms Comienzo de la Explosión 7 ms Vibración laríngea 5 ms Oclusión y modulación: Bilabial Apicodental Dorsovelar 51

52 AUDIOESPECTROGRAMAS CASTELLANOS Un bebé El dado 52

53 FORMANTES F1 Y F2, Y REGION PRINCIPAL FORMANTICA 53

54 F1 Y F2 DEL INGLES ESTADOUNIDENSE 54

55 F1 Y F2 DEL CASTELLANO ARGENTINO Y DEL INGLES ESTADOUNIDENSE Vocales estadounidenses Vocales castellanas 55

56 PRIMER FORMANTE F1 Y SEGUNDO FORMANTE F2 SEE SILENCIO TOO TUYO FATHER FAVOR 56

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60 VOCES Y CARACERISTICAS DEL TRACTO VOCAL: LOS FORMANTES 60

61 ARMONICOS Y ENERGIA DE LA VOZ La inteligibilidad oral se debe a las altas frecuencias. Para que el habla sea comprensible, es indispensable la presencia de armónicos cuyas frecuencias se halla entre 500 y 3500 Hz. La energía de la voz está contenida en su mayor parte en las bajas frecuencias y su supresión resta potencia a la voz que suena delgada y con poca energía. 61

62 PARAMETROS DE LA VOZ HUMANA III 62

63 AUDIOESPECTROGRAMAS DE VOCES DE CANTANTES 63

64 64

65 65

66 EL SISTEMA AUDITIVO EN RELACION CON EL CRANEO Y EL CEREBRO 66

67 TUBOS ABIERTOS Y CERRADOS Y SUS MODOS RESONANTES I 67

68 OIDO Y CANALES SEMICIRCULARES Martillo Yunque Estribo Oido externo Oido medio Oido interno f Fund = v s /4L = (330 m/s)/0,1 m = 3300 Hz. 68

69 CORTE DEL OIDO MEDIO or Eardrum) 69

70 OIDO MEDIO Y DETALLE DE LA COCLEA Estribo Yunque Martillo Largo: 35 mm Diámetro: 2 mm Vueltas: 2¾ 70

71 OTOSCOPIA DEL TIMPANO I Normal tympanic membrane. Pars tensa (PT), pars flaccida (PF), light reflex (LR), fibrous ring (FR), umbo (Um), handle of malleus (HM), lateral process of malleus (Lpm), anterior plica (AP), posterior plica (PP). 71 LR or cone of light: the triangular reflection portion on the tympanic membrane.

72 OTOSCOPIA DEL TIMPANO II D 9-10 mm D = 8-9 mm Area total 85 mm 2 Area efectiva 55 mm 2 72

73 ARTICULACIONES MARTILLO YUNQUE ESTRIBO Martillo Yunque Estribo 73

74 SISTEMA DE TRANSMISION T Trans 4 Z2/ Z1 = (1 Z / Z ) T =

75 SISTEMA DE TRANSMISION 75

76 AMPLIFICACION EN EL OIDO MEDIO I Martillo Yunque Martillo: L M 9 mm 25 mg Yunque: L Y 7 mm 30 mg Estribo: 3,5 mm 3 4 mg Estribo A VO A T Area efectiva A T 55 mm 2 A VO 3,2 mm 2 76

77 ANALOGIA MECANICA APROXIMADA DE LA FUNCION DEL OIDO MEDIO AT LT P = P = ( 17 ).( 1,3) P = 22,1. P A L VO T T T VO VO L M P T LY A T 55 mm 2 A VO 3,2 mm 2 P VO L M 9 mm L Y 7 mm (Martillo, yunque y estribo) P 20log 20log 22,1 27dB P = VO T 77

78 EFECTO DEL MANUBRIO SOBRE EL TIMPANO Se supone que: 22, log dB 78

79 PASOS DEL PROCESO AUDITIVO 1- Las ondas sonoras entran por el canal timpánico. 2- El movimiento del tímpano es transferido por los osículos a la ventana oval. 3- El movimiento de la ventana oval produce ondas de presión en el fluido de la coclea Estas ondas hacen vibrar la membrana basilar y las cilias de las células ciliadas.

80 FUNCION DE TRANSFERENCIA: NIVEL SONORO A LA ENTRADA Y NIVEL DE SENSACION AUDITIVA A LA SALIDA 80

81 UMBRAL AUDITIVO ABSOLUTO (Para residentes típicos estadounidenses) SPL Sound Pressure Level 81

82 LIMITES DE SENSIBILIDAD Audición a Conversación 82

83 CORTE DE LA COCLEA Scala vestibuli 83

84 ORGANO DE CORTI Scala media Scala media # #

85 CELULA ESTEREOCILIADA Micrografía electrónica de una célula ciliada. 85

86 ACCION DE LAS CELULAS CILIADAS Desplazamientos de m generan respuesta nerviosa 86

87 LA COCLEA SE ADELGAZA MIENTRAS LA MEMBRANA BASILAR SE ENSANCHA 87

88 MODOS RESONANTES MECANICOS DE LA COCLEA I 88

89 MODOS RESONANTES MECANICOS DE LA COCLEA II 89

90 MODOS RESONANTES MECANICOS DE LA COCLEA III 90

91 AUDIOGRAMAS I SPL Sound Pressure Level HL Hearing level 91

92 AUDIOGRAMAS II 92

93 AUDIOGRAMAS III 93

94 AUDIOGRAMAS IV 94

95 VIBRACIONES CRANEALES 95

96 CARACTERIZACION DE FUENTES DE SONIDOS EN NUESTRO CUERPO 96

97 ACCION DE VIBRACIONES EN NUESTRO CUERPO 97

98 FONOCARDIOGRAMAS 98

99 MEDICION DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO SANGUINEO POR ECO DOPPLER 99