医用物理学：3声与超声

1、上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系第三章第三章 声与超声声与超声5,6,7,8,10,11,12,13上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系一、声波一、声波1、什么是声波？、什么是声波？频率低于频率低于20Hz或高于或高于20 000Hz的声波不能被人耳的声波不能被人耳听到，前者叫做次声波；后者便叫超声波。听到，前者叫做次声波；后者便叫超声波。蝴蝶每秒振翅蝴蝶每秒振翅5 6次。次。蜜蜂每秒振翅蜜蜂每秒振翅300 400次。次。在弹性介质中传

2、播的机械纵波，一般统称为声波。在弹性介质中传播的机械纵波，一般统称为声波。其中频率在其中频率在2020 000Hz范围，能够被人耳听到，范围，能够被人耳听到，称为可听声，简称声波；称为可听声，简称声波；上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系 掌握：声压、声强、声压级、声强级、多普勒效应掌握：声压、声强、声压级、声强级、多普勒效应 熟悉：声阻、响度级、超声诊断物理原理熟悉：声阻、响度级、超声诊断物理原理 了解：听力曲线、超声特点与应用了解：听力曲线、超声特点与应用介质在每秒钟内振动的次数为频率（介质在每秒钟内振动的次数为

3、频率（f）,单位为单位为Hz。n 20,000Hz 超声波超声波n 医用常为：医用常为：210MHzn 高频探头：高频探头：40 100MHz 声音是能引起人听觉的机械波，频率声音是能引起人听觉的机械波，频率上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系密度与在其中传播的声速密度与在其中传播的声速(纵波纵波)物质物质空气空气(20C)水水(20C)脂肪脂肪脑脑肌肉肌肉骨骨钢钢密度密度kg/m31.21988.297

4、01020104017007800声速声速102m/s3.4414.814.015.315.716.050.5n声波为纵波；声波为纵波；n声波在固体中传播时声波在固体中传播时,还可为横波；还可为横波；n声波在钢铁中传播时可纵波又可横波，横波的速度为纵声波在钢铁中传播时可纵波又可横波，横波的速度为纵波的波的5060%；n流体中只有纵波流体中只有纵波(只能承受压力，不能承受切应力只能承受压力，不能承受切应力)n地球的地核的内部是固态，外部是液态，地震既有纵地球的地核的内部是固态，外部是液态，地震既有纵波，波，又有横波。又有横波。 V固固 V液液 V气气声波在各种介质中传播时，频率不变，速度可变。声

5、波在各种介质中传播时，频率不变，速度可变。上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系介质中质点沿传播方向运动的波。介质中质点沿传播方向运动的波。n 介质发生周期性疏密变化，为胀缩波。介质发生周期性疏密变化，为胀缩波。n 存在于理想流体（气体和液体存在于理想流体（气体和液体)中。中。n 除骨路、肺外人体组均以纵波传播。除骨路、肺外人体组均以纵波传播。n 诊断与治疗的超声主要是纵波传播。诊断与治疗的超声主要是纵波传播。纵波纵波上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学

6、物理系物理系介质中的质点都垂直于传播方向运动的波介质中的质点都垂直于传播方向运动的波n 只能使介质形变，不能体变，为畸变波。只能使介质形变，不能体变，为畸变波。n 存在于高粘滞液体或固体。存在于高粘滞液体或固体。n 人体骨骼不但传播纵波，还传播横波。人体骨骼不但传播纵波，还传播横波。横波横波上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系举例：举例：振幅大小与压强关系振幅大小与压强关系振动位移是很小的振动位移是很小的(nm数量级数量级)，测量它是很困，测量它是很困难的，因此常测量一个难的，因此常测量一个与振幅成正比而较容易与振幅

7、成正比而较容易测量的量测量的量声强。声强。声压的零点表示正常值声压的零点表示正常值声强：声强：10-12 W/m2, 位移：位移：1.1x10-11 m上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系声音在空气中传播为纵波，是疏密波，引起压声音在空气中传播为纵波，是疏密波，引起压强的局部变化。强的局部变化。mmcVcAP 2)(cos cxtcAP一、声压一、声压(Pression acoustique)上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系)(cos

8、cxtAy一平面简谐声波在各向同性的均匀媒介中无衰减地沿一平面简谐声波在各向同性的均匀媒介中无衰减地沿X正方正方向传播，其波动方程：向传播，其波动方程：2)(cos cxtcAP在在x轴上任取一厚度为轴上任取一厚度为 x，横截面积为，横截面积为S的介质，则介质的的介质，则介质的体积为体积为S x ，若压强改变时，其体积改变了，若压强改变时，其体积改变了 V= S y , y 为为该介质厚度的改变量，则由体积模量的表达式得到声压为该介质厚度的改变量，则由体积模量的表达式得到声压为xykxSySkVVkp)(sinlim0 uxtvAkdxdykVVkpx ku 上海交通大学上海交通大学 物理系物

9、理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系21212)(ZZZZir 二、声阻二、声阻 固体的声阻最大，气体的声阻最小。固体的声阻最大，气体的声阻最小。 声波在不同声阻介面反射系数声波在不同声阻介面反射系数(垂直入射）垂直入射） 反映了介质中的密度与弹性。是介质传播超声波能力的反映了介质中的密度与弹性。是介质传播超声波能力的重要物理量重要物理量介质介质密度密度103 kgm-2速度速度 ms-1声阻抗声阻抗106 kgm-2s-1血液血液1.05515701.656脑脊液脑脊液1.00015221.522肌肉肌肉1.07415681.684颅骨颅骨1.65

10、838605.571空气空气0.00118334.80.000407)Skgm (10 -1-26Cz 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系声波在介质中传播到界面时必须符合声波在介质中传播到界面时必须符合界面两侧力平衡，即两侧总声界面两侧力平衡，即两侧总声压相等。声压具有力的特性，压相等。声压具有力的特性，是矢量，有方向和大小。是矢量，有方向和大小。界面两侧介质连续，即两侧界面两侧介质连续，即两侧质点振动速度质点振动速度相等。相等。trippp trivvv tvtprvrpivip1u1Z1 2u2Z2 Au：波的

11、传播速度：波的传播速度上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系声波的反射与折射声波的反射与折射声波垂直入射时声波垂直入射时声波的传播方向与界面处的质点振动方向一致声波的传播方向与界面处的质点振动方向一致由于介质介面由于介质介面 A 处介质的连续性：处介质的连续性：trippp trivv vtripupupu112222 Zp vtmrmimppptmrmimpupupu112222 tvtprvrpivip1u1Z1 2u2Z2 A两侧声压的连续性两侧声压的连续性质点法向速度的连续性质点法向速度的连续性上海交通大学上海

12、交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系声压反射系数：声压反射系数：121211221122ZZZZuuuuppimrm 声压透射系数：声压透射系数：12211222222ZZZuuuppimtm tvtprvrpivip1u1Z1 2u2Z2 A振速反射系数：振速反射系数：1221ZZZZvvimrm 振速透射系数：振速透射系数：121t2ZZZvvimm 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系12ZZ 若若速度反射系数小于速度反射系数小于0，压强波的反射有半

13、波损失，压强波的反射有半波损失声强反射系数声强反射系数: (与压强有关与压强有关)21212121222ZZZZZpZpIIimrmimrm声强透射系数：声强透射系数：2122121212212224222ZZZZZZZZZZpZpIIimtmimtmtvtprvrpivip1u1Z1 2u2Z2 A振速反射系数：（与振动方向有关）振速反射系数：（与振动方向有关）1221ZZZZvvimrm 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系声音的传播也是能量的传播过程，声强反映声音的传播也是能量的传播过程，声强反映声波传播的能量

14、大小声波传播的能量大小 : 2221 cAI 三、声强三、声强221mcV 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系人耳对声音强弱的反应由二个因素：人耳对声音强弱的反应由二个因素：n 声波强度，它取决于声音的强度声波强度，它取决于声音的强度n 声波频率，它取决于声调的高低声波频率，它取决于声调的高低第二节第二节 声压级、声强级、响度级声压级、声强级、响度级)(log10010dbIISIL 一、声强级一、声强级(SIL)在声波范围内：在声波范围内：声强增加声强增加10倍，人才能分辨出有倍，人才能分辨出有1倍的强度变化倍的

15、强度变化 引起听觉最小声强，为听阈引起听觉最小声强，为听阈引起痛觉声强，为痛阈引起痛觉声强，为痛阈上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系听阈与痛阈是以听阈与痛阈是以 1000 Hz 的纯音为标准的纯音为标准：相对空气位移相对空气位移: 1.1x10-5 m听阈：听阈： I0=10-12 w/m2 SIL= 0 db(decibel)相对空气位移相对空气位移: 1.1x10-11 m痛阈：痛阈： I= 1 w/m2 SIL= 12 0 dbSIL为一相对量，不是绝对量为一相对量，不是绝对量人耳对声音的响应是符合对数规律人

16、耳对声音的响应是符合对数规律上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系若空气中的声波，其声压的幅值若空气中的声波，其声压的幅值 0.2 N/m2。问：声波的声强是多少？问：声波的声强是多少？3/29. 1mkg空气 smC/340空气2522/1055. 434029. 122 . 02mWCPIm dbSIL771000. 11055. 4log1012510上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系声源声源声强声强(db)火箭发射火箭发射180相距

17、相距3米的喷气发动机米的喷气发动机140雷声雷声13060米外喷气飞机起飞，摇滚音乐会米外喷气飞机起飞，摇滚音乐会120迪斯科舞厅，迪斯科舞厅，5米外正在加速的摩托车米外正在加速的摩托车110爆竹，地铁，爆竹，地铁，2米外手提钻米外手提钻10015米外重型卡车，城市交通米外重型卡车，城市交通901米外闹钟，吹风机，真空吸尘器米外闹钟，吹风机，真空吸尘器80喧闹餐馆喧闹餐馆70对话演讲对话演讲6050米外轻轨交通，一般家居米外轻轨交通，一般家居50夜间居住区夜间居住区405米外低语米外低语30录音室背景噪声录音室背景噪声203米外人的呼吸米外人的呼吸10声强实例声强实例上海交通大学上海交通大学

18、物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系0 分贝是否能听见？分贝是否能听见？Q:分贝数能不能相加分贝数能不能相加?若一台机器噪声若一台机器噪声 50 db, 二台机器噪声二台机器噪声 100 db?)(log10010dbII：SIL 一台机器噪声)(2log10010dbII：SIL 二台机器噪声(db) 53(db) log102log1001010II上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系每天持续时间每天持续时间(小时小时)最大噪声级最大噪声级(db)8906924

19、9539721001.510211050.5110少于少于0.25115暴露在噪声中最长时间暴露在噪声中最长时间上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系 有若干个相同的喇叭，每只声强为有若干个相同的喇叭，每只声强为10-11 w/m2，求三求三只喇叭与一只喇叭的声强级差，多少只喇叭是三只喇只喇叭与一只喇叭的声强级差，多少只喇叭是三只喇叭的声强级的三倍。叭的声强级的三倍。dbIIIISIL 73. 43log10log103log1010010010设设 n 只喇叭是三只喇叭的声强级的三倍只喇叭是三只喇叭的声强级的三倍10

20、1000310log3 10lognIIII 2700 n 只Q: 若人讲话的声强级若人讲话的声强级50db,问多少人同时讲话能达问多少人同时讲话能达到到120db? 1000,0000上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系P0：空气中空气中 1000Hz 纯音听阈的声压有效值纯音听阈的声压有效值:2020PPII)(log20010dbPPSPL 二、声压级二、声压级(SPL)同一媒介：同一媒介：注意：待测声波和参考声波相对于同一媒介时，注意：待测声波和参考声波相对于同一媒介时，声强级声强级(SIL)与声压级与声压级

21、(SPL)相同。相同。CPZPI 20200Pa 10241510512000CIZIP 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系 某声压为某声压为10-4 Pa的的声波在空气中传播，若使其声压级增声波在空气中传播，若使其声压级增大大40 db,则增大后的则增大后的声波的声压声波的声压P为多少。声强是原来的为多少。声强是原来的多少倍，声强级增加多少？多少倍，声强级增加多少？)(log200110dbPPSPL PaP50102db 145log2010210log20105410SPL令令P2为为增大后的增大后的声波的声

22、压声波的声压,比原来的声压级增大比原来的声压级增大40 db500log205log2040log2010100210PPPa 1000. 1500202PP42121210PPIIdb 40log10log10log1011210011002102IIIIIISILSILSIL上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系将不同频率的相同响度感觉和各点连接起来，形成一将不同频率的相同响度感觉和各点连接起来，形成一响度曲线响度曲线。曲线上各点不同频率和声强的声音在人耳曲线上各点不同频率和声强的声音在人耳中可引起相同响度的感觉。

23、中可引起相同响度的感觉。三、响度级三、响度级 人耳对声音强弱的主观感觉人耳对声音强弱的主观感觉 声音的响度不仅与声强有关，而且与声音的频率有关。声音的响度不仅与声强有关，而且与声音的频率有关。上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系声声阈阈dBHz频率频率语音范围语音范围 疼痛界限疼痛界限音乐范围音乐范围听觉界限听觉界限声声强强级级可闻阈可闻阈 痛觉阈痛觉阈：恰好能引起痛觉的最低声强。：恰好能引起痛觉的最低声强。 听觉阈听觉阈：恰好能引起听觉的最低声强。：恰好能引起听觉的最低声强。 声强的上下限声强的上下限值随频率而异。

24、值随频率而异。 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系响度级大小是以频率为响度级大小是以频率为1000Hz的声音，响度感觉相的声音，响度感觉相同为基准同为基准。dbHz 78 ,50 定义：在同一等响曲线上，它们表示同一响度等级。定义：在同一等响曲线上，它们表示同一响度等级。响度级单位响度级单位 ：方方(phon)60db , 1000Hz同响120 方曲线为痛阈曲线方曲线为痛阈曲线0 方曲线为听阈曲线方曲线为听阈曲线上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学

25、物理系物理系人的发声器官在喉头，由声带人的发声器官在喉头，由声带、软骨韧带结构的支架、控制声、软骨韧带结构的支架、控制声带位置和张力的肌肉群组成。肌带位置和张力的肌肉群组成。肌肉的活动由神经来支配。肉的活动由神经来支配。人的发声人的发声声带位于人体喉腔中部，是附声带位于人体喉腔中部，是附着在内壁上的肌肉组织，并呈瓣着在内壁上的肌肉组织，并呈瓣状，表面覆以粘膜，具有一定的状，表面覆以粘膜，具有一定的弹性，是发声器官的主要组成部弹性，是发声器官的主要组成部分。两声带间的开口分。两声带间的开口(矢状裂隙矢状裂隙)为声门裂为声门裂(俗称声门俗称声门)。从气管经。从气管经喉头、咽部至嘴和鼻孔的管道为喉头

26、、咽部至嘴和鼻孔的管道为声道，声道，上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系当空气从肺部经气管呼出时，呈一定张力的声带，由于受当空气从肺部经气管呼出时，呈一定张力的声带，由于受气流的不断冲击，引起振动而发声。气流的不断冲击，引起振动而发声。人的发声人的发声人的发声是多谐的，其基频的高低取决于声带的长短、张人的发声是多谐的，其基频的高低取决于声带的长短、张力力(松紧松紧)和声门的大小；声音强度则取决于气流的大小和和声门的大小；声音强度则取决于气流的大小和速度。说话时基频范围大约为速度。说话时基频范围大约为100Hz300H

27、z。男声较低，女声和童声的声道和喉头较高。这是由于男人男声较低，女声和童声的声道和喉头较高。这是由于男人声带的质量比女人和儿童的大，而张力差不多，所以振动声带的质量比女人和儿童的大，而张力差不多，所以振动频率较低的缘故。人发声的某些谐波成分可因口、鼻、咽频率较低的缘故。人发声的某些谐波成分可因口、鼻、咽等腔的共振而增强，形成共振峰。等腔的共振而增强，形成共振峰。各共振峰的频率由这些共振腔的大小和形状决定。发声时各共振峰的频率由这些共振腔的大小和形状决定。发声时通过主动对共振腔的控制便可得到不同的元音。气流通过通过主动对共振腔的控制便可得到不同的元音。气流通过声道时由于摩擦产生噪声，通过控制声道

28、的缝隙便可得到声道时由于摩擦产生噪声，通过控制声道的缝隙便可得到相应的辅音。胸腔和头部也有共振作用，对人声音的音色相应的辅音。胸腔和头部也有共振作用，对人声音的音色有一定的影响。有一定的影响。上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系又称音品，是听觉感到的声音的特色。又称音品，是听觉感到的声音的特色。音色音色纯音不存在音色问题，复音才有音色的不同。纯音不存在音色问题，复音才有音色的不同。音色主要决定于声音的频谱，即基音和各次谐音色主要决定于声音的频谱，即基音和各次谐音的组成，也和波形、声压及声音的时间特性音的组成，也和波形

29、、声压及声音的时间特性有关系。有关系。如果留声机的唱片反向转动，声音的频谱虽然如果留声机的唱片反向转动，声音的频谱虽然未变，音色却显著改变了。这说明音色在很大未变，音色却显著改变了。这说明音色在很大程度上与各泛音在开始时和终了时振幅上升和程度上与各泛音在开始时和终了时振幅上升和下降的特点有关系。下降的特点有关系。上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系电子听力计发出不同音调电子听力计发出不同音调(20Hz20000Hz)和不同声强和不同声强(-10db100db)的纯音，测量病人的听力曲线。的纯音，测量病人的听力曲线。听

30、力曲线的听力曲线的 0 分贝并不是都以分贝并不是都以I0作为标准。而是以作为标准。而是以正常人的不同频率的听阈值作为标准正常人的不同频率的听阈值作为标准 四、听力曲线四、听力曲线(audiogramme)上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系耳聋的分类耳聋的分类 Conductive hearing loss传音性（传导性、蜗前聋）传音性（传导性、蜗前聋）Sensorineural Hearing loss感音神经性（蜗性、蜗后聋）感音神经性（蜗性、蜗后聋）Mixed hearing loss混合性混合性Centrum

31、 Hearing loss中枢性（蜗后聋）中枢性（蜗后聋）上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系音叉试验（音叉试验（tuning fork test)音叉试验是门诊常用的基本听力检查方法音叉试验是门诊常用的基本听力检查方法之一之一优点优点 ：器械简单，方法易行，初步鉴别耳聋性器械简单，方法易行，初步鉴别耳聋性 质，可验证电测听结果的正确性质，可验证电测听结果的正确性缺点缺点 ：不能准确判断听力损失程度不能准确判断听力损失程度组成：组成： 5个个C调倍频程频率音叉调倍频程频率音叉上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海

32、交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系音叉检测方法音叉检测方法 气导（气导（air conduction ，AC) 骨导（骨导（bone conduction ，BC)上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系纯音测听纯音测听 目前唯一能准确反映听敏度（听力损失程度）目前唯一能准确反映听敏度（听力损失程度）的行为测听法。估计听觉损害的程度，对耳聋的行为测听法。估计听觉损害的程度，对耳聋类型和病变部位作出初步判断。类型和病变部位作出初步判断。气导听阈代表中耳传音功能气导听阈代表中耳传音功能骨

33、导听阈代表内耳功能骨导听阈代表内耳功能平均听阈：将语言频率即平均听阈：将语言频率即500Hz、1000Hz和和2000Hz三个频率的听阈相加后除以三个频率的听阈相加后除以3。上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系正常听力图可显示骨导听力在各频率范围中均为正常听力图可显示骨导听力在各频率范围中均为020 分贝，气导听力则在分贝，气导听力则在025分贝，气、骨导分贝，气、骨导间距为间距为10分贝以内分贝以内 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系如

34、气导听力减退而骨导听力正常，反映在听力图上为气导如气导听力减退而骨导听力正常，反映在听力图上为气导曲线在下方，气导曲线听力损失在曲线在下方，气导曲线听力损失在3060dB之间，一般低之间，一般低频听力损失较重。频听力损失较重。 骨导曲线在上方，气、骨导间距大于骨导曲线在上方，气、骨导间距大于10分贝以上，是传导性聋的特征。分贝以上，是传导性聋的特征。 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系感音神经性聋：听力曲线呈渐降型或陡降型，高频听力损失感音神经性聋：听力曲线呈渐降型或陡降型，高频听力损失较重，骨导曲线与气导曲线接近

35、或互相吻合。即多数频率点较重，骨导曲线与气导曲线接近或互相吻合。即多数频率点上气骨导差小于上气骨导差小于10分贝，则提示感音神经性听力损失。分贝，则提示感音神经性听力损失。 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系混合性聋：骨导曲线下降，气导曲线又低于骨导曲线。混合性聋：骨导曲线下降，气导曲线又低于骨导曲线。 最重要的范围在最重要的范围在5002000Hz之间，称人的语音范围之间，称人的语音范围(speech tone range)。听力损失程度一般以。听力损失程度一般以500、1000及及2000Hz的平均听的平均听阈

36、来估计。多数频率上气骨导相差阈来估计。多数频率上气骨导相差10分贝以上，说明中耳的分贝以上，说明中耳的传音结构和内耳的感音功能均有减退，是混合性聋的特征。传音结构和内耳的感音功能均有减退，是混合性聋的特征。 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系老年性耳聋老年性耳聋上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系Noise induced hearing loss上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海

37、交通大学 物理系物理系Hereditary hearing loss上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系电反应测听电反应测听 用现代电子技术记录因声音刺激而在听觉系统诱发的用现代电子技术记录因声音刺激而在听觉系统诱发的电位变化的方法。能客观评价听觉系统的功能状态。电位变化的方法。能客观评价听觉系统的功能状态。适用于婴幼儿及不能配合检查的成年人的听阈测定、适用于婴幼儿及不能配合检查的成年人的听阈测定、功能性聋与与器质性聋的鉴别、耳蜗及蜗后病变的鉴功能性聋与与器质性聋的鉴别、耳蜗及蜗后病变的鉴别、听神经瘤及某些中枢病变的

38、定位诊断别、听神经瘤及某些中枢病变的定位诊断n听性脑干反应听性脑干反应（auditory brainstem response,ABR)是利用声刺激诱发潜伏期在是利用声刺激诱发潜伏期在10ms以内的脑干电反应，检测听觉系统与脑干功以内的脑干电反应，检测听觉系统与脑干功能的客观检查。能的客观检查。n40Hz听觉相关电位：听觉相关电位：40Hz AERP上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系：上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系第三节第三节 多普

39、勒效应多普勒效应Christian Doppler荷兰人克利斯托夫。布斯荷兰人克利斯托夫。布斯巴罗特巴罗特(Balot )在在1845 年年首先用小号手乐队在疾驶过乡村的火车开放车厢中演首先用小号手乐队在疾驶过乡村的火车开放车厢中演奏来试验了所谓多普勒效应。奏来试验了所谓多普勒效应。 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系一、波源不动，而观察者以速度相对于介质运动一、波源不动，而观察者以速度相对于介质运动ovfuuov观察者观察者向向波源运动波源运动观察者观察者远离远离波源波源fuufovbuu/0bbuf 0 观察者

40、接观察者接收的频率收的频率bu 0 上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系二二 观察者不动，波源相对介质以速度观察者不动，波源相对介质以速度 运动运动sv上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系 RuTS bTsfu)T(uTsssb此时介质中的波长为此时介质中的波长为 现在波的频率为现在波的频率为 fuuufsbbfuufsv波源波源向向观察者运动观察者运动波源波源远离远离观察者观察者fuufsv 由于观察者静止，所以他接收到的频率就是波的频率

41、，由于观察者静止，所以他接收到的频率就是波的频率，即能即能 ，因此，因此，bff 观察观察者接者接收的收的频率频率上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系三三 波源与观察者同时相对介质运动波源与观察者同时相对介质运动),(osvvov .sv ovsvovsvfuufsovvfuufsovv上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系四、冲击波四、冲击波 当当 时，波源时，波源就会冲出自身发出的波阵面就会冲出自身发出的波阵面,它所发出的波的一系列波面它

42、所发出的波的一系列波面的包络是一个圆锥体，称为的包络是一个圆锥体，称为马赫锥，在这个圆锥上，波马赫锥，在这个圆锥上，波的能量高度集中，形成冲击的能量高度集中，形成冲击波或激波，如核爆炸、超音波或激波，如核爆炸、超音速飞行等。速飞行等。usv utSvS vSt 马赫锥马赫锥uvS 马赫数马赫数 高能带电粒子在介质中的速度超过光在介质中的速高能带电粒子在介质中的速度超过光在介质中的速度时，将发生锥形的电磁波度时，将发生锥形的电磁波切连柯夫辐射。切连柯夫辐射。上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系例：例：A火车以火车以V1

43、=20 m/s速度行驶，汽笛频率为速度行驶，汽笛频率为f=120Hz，B火车以火车以V2=25 m/s速度行驶速度行驶(空气中声速空气中声速c=340 m/s)。求求A，B两车相向和背向行驶时，两车相向和背向行驶时，B车司车司机听到的频率。机听到的频率。HzfVcVcf137120203402534012相向相向HzfVcVcf105120203402534012背向背向上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系有有A、B两个汽笛，其频率为两个汽笛，其频率为 200 Hz，B静止，而静止，而 A 以以 10 m/s的速度向

44、左运动，两汽笛间的观察者的速度向左运动，两汽笛间的观察者 P 以以 5 m/s的速度的速度向右运动，若声速为向右运动，若声速为 340 m/s,则观察者听到来自则观察者听到来自 A 的声波的声波频率和来自频率和来自 B 的声波频率以及拍频是多少？的声波频率以及拍频是多少？Asm/10Psm/5Hz200BHz200HzfVcVcfAApPA2 .191200103405340HzfcVcfApPB9 .2022003405340HzfffPAPB7 .11上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系fuufsovv1）Hz5

45、 .454Hz50033030330-f解解 m/s60, 0m/s,330sBsAvvu例例 A、B 为两个汽笛，其频率皆为为两个汽笛，其频率皆为500Hz，A 静止，静止，B 以以60m/s 的速率向右运动的速率向右运动. 在两个汽笛之间有一观察者在两个汽笛之间有一观察者O，以，以30m/s 的速的速度也向右运动度也向右运动. 已知空气中的声速为已知空气中的声速为330m/s，求：，求：AOBOvsBv1）观察者听到来自观察者听到来自A 的频率的频率2）观察者听到来自观察者听到来自B 的频率的频率3）观察者听到的拍频观察者听到的拍频Hz5 .461Hz5006033030330f3） 观察

46、者听到的拍频观察者听到的拍频Hz7fff2）上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系警察用多普勒测速仪测速警察用多普勒测速仪测速超声多普勒效应测血流速超声多普勒效应测血流速五、多普勒效应的应用：五、多普勒效应的应用：当波动在一个运动表面上反射时，相对于入射波的频率，反当波动在一个运动表面上反射时，相对于入射波的频率，反射波的频率将有一个多普勒频移变化射波的频率将有一个多普勒频移变化上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系 例例 利用多普勒效应监测车

47、速，固定波源发出频率利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率为为 的超声波，当汽车向波源行驶时，与波源的超声波，当汽车向波源行驶时，与波源安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率为为 . 已知空气中的声速为已知空气中的声速为 ， 求车速求车速 . kHz100fkHz110f1ms330u0v解解 1）车为接收器车为接收器fuuf0v2）车为波源车为波源sfuufvfuus0vv车速车速1s0hkm8 .56uffffvv上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系例：

48、一船垂直地向光滑平整峭壁驶区，汽笛频率为例：一船垂直地向光滑平整峭壁驶区，汽笛频率为 60 Hz，船速船速 6.7 m/s，声速声速 335.3 m/s。求：峭壁上静止人听到的汽笛频率；求：峭壁上静止人听到的汽笛频率； 船上人听到的汽笛频率船上人听到的汽笛频率 船上人听到峭壁反射的汽笛频率船上人听到峭壁反射的汽笛频率上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系峭壁上静止人听到的汽笛频率峭壁上静止人听到的汽笛频率:Hzfvccfs2 .61607 . 63 .3353 .335船上人听到的汽笛频率船上人听到的汽笛频率:Hz60

49、船上人听到峭壁反射的汽笛频率船上人听到峭壁反射的汽笛频率Hzfcvcf4 .622 .613 .3357 . 63 .3350峭壁上的人接收汽笛源： ：船上的人接收汽笛源： ：船上的人接收峭壁上反射的汽笛源： ：船上人很难听到船上和峭壁反射的汽笛频率船上人很难听到船上和峭壁反射的汽笛频率,只能听到产只能听到产生的拍生的拍Hzfff4 . 2604 .62峭壁接收汽笛源： ：Hzfvccfs2 .61607 . 63 .3353 .335上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系一音叉以一音叉以 2.5 m/s 速率接近墙壁

50、速率接近墙壁,观察者在音叉后听到的拍频观察者在音叉后听到的拍频为为 f=3 Hz，求音叉振动频率。求音叉振动频率。(C=340 m/s)OSsm/5 . 2f(f)f： ： )(墙接收音叉源ffvccfs5 . 2340340)(f(f)：“ ： 观察者接收墙源ff )(f(f)：* ： 观察者接收音叉源观察者音叉观察者听到的声音： . 2观察者墙音叉观察者听到的声音： . 1ffvccfs5 . 2340340*：观察者听到音叉的拍频 . 3Hzffff3)5 . 23403405 . 2340340(Hzf28.214上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物

51、理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系一、超声波的发生与接收一、超声波的发生与接收二、超声波的特性二、超声波的特性n 方向性好；方向性好；n 穿透性强；穿透性强；n 反射显著；反射显著；n 功率较大。功率较大。三、超声波对物质的作用三、超声波对物质的作用n 机械作用机械作用n 热作用热作用n 空化作用空化作用超声波的应用超声波的应用上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系例例 50000Hz，声强为，声强为 1.0 x105W/m2 的超声波在的超声波在水中传播到达某点处的声压幅值？水中传播到达某点处的声压幅值？33

52、/1000. 1mkg水 smC/1048. 13水5.4atmPa 104 . 525cIPm m102 . 129cfP：Am幅值282m/s102 . 1A：am质点振动的加速度幅值上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系压电效应压电效应n超声波的发射与接收需要超声探头，探超声波的发射与接收需要超声探头，探头最常用的方法是压电换能法。头最常用的方法是压电换能法。n通过压电换能器将高频电磁振动的能量通过压电换能器将高频电磁振动的能量转换成机械振转换成机械振(超声超声)能量，发射声波；能量，发射声波；或将超声振动的能量

53、转换成电磁能量或将超声振动的能量转换成电磁能量上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系 1)超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波远得多水声超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波远得多水声测位仪就是根据超声波的这种特性制成的装置，这种装置既测位仪就是根据超声波的这种特性制成的装置，这种装置既能发出短促的超声波脉冲又能接收被潜艇、鱼群或海底反能发出短促的超声波脉冲又能接收被潜艇、鱼群或海底反射回来的超声波，根据反射波滞后的时间和波速，就可以确射回来的超声波，根据反射波滞后的时间和波速，就可以确定潜艇、鱼群的位置或海水深

54、度定潜艇、鱼群的位置或海水深度1、超声波的应用、超声波的应用上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系2) 2) 超声波探伤，由于超声波的穿透能力很强，可以超声波探伤，由于超声波的穿透能力很强，可以制成超声波探伤仪，用来探查金属内部的缺陷制成超声波探伤仪，用来探查金属内部的缺陷 4 4）利用超声波作用于人体时机体细胞受到振荡和）利用超声波作用于人体时机体细胞受到振荡和刺激，可起按摩作用，治疗神经痛等疾患刺激，可起按摩作用，治疗神经痛等疾患3 3）利用超声波可进行）利用超声波可进行“B B超超”，就是利用超声波的发，就是利用

55、超声波的发 射，来探查人体内部的各种器官、组织等有无异射，来探查人体内部的各种器官、组织等有无异常，还可以确定肿瘤的有无、位置和大小等等常，还可以确定肿瘤的有无、位置和大小等等上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系7）超声波还可以把药物击碎成微粒和空气混合形成）超声波还可以把药物击碎成微粒和空气混合形成“药雾药雾”，病人吸入后，可以治疗肺部和气管类，病人吸入后，可以治疗肺部和气管类疾病疾病5）用超声波消毒灭菌也是有效的例如用超声波来）用超声波消毒灭菌也是有效的例如用超声波来给牛奶消毒，效果良好，而且能避免煮沸法对营给牛

56、奶消毒，效果良好，而且能避免煮沸法对营养成分的破坏养成分的破坏6）利用超声波可以把普通水）利用超声波可以把普通水“打碎打碎”成直径仅为几成直径仅为几微米的小水珠，变成雾气喷散到房间的空气中，微米的小水珠，变成雾气喷散到房间的空气中，增大房间中空气的湿度，这就是增大房间中空气的湿度，这就是“超声加湿器超声加湿器”的基本原理的基本原理上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系四、超声波在医学上的应用四、超声波在医学上的应用n A 型型(振幅振幅)超声诊断仪超声诊断仪n B 型型(辉度辉度)超声诊断仪超声诊断仪n M 型型(动态

57、动态)超声诊断仪超声诊断仪n D 型型(多普勒多普勒)超声诊断仪超声诊断仪诊断原理：诊断原理： 超声波超声波声阻不同的界面声阻不同的界面回波回波 （echo）幅度（辉度）幅度（辉度）信号显示方式：信号显示方式： 幅度调制和辉度调制幅度调制和辉度调制上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系A 型超声诊断仪型超声诊断仪B 型超声诊断仪型超声诊断仪上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理

58、系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系灰阶是将声信号的幅度调制光点亮度，以灰阶是将声信号的幅度调制光点亮度，以一定的灰阶级来表示探测结果的显示方式。一定的灰阶级来表示探测结果的显示方式。显示屏上最黑到最亮的显示屏上最黑到最亮的灰度等级差，取决于信的灰度等级差，取决于信的强度。灰阶级数越多，图强度。灰阶级数越多，图像的层次越丰富，图像细像的层次越丰富，图像细节的表现能力越强。节的表现能力越强。显示屏上的灰标显示屏上的灰标灰阶灰阶上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大

59、学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系回声类型回声类型肝肝胆汁胆汁胆囊壁胆囊壁上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系肝脏肝脏B B超超心脏心脏B B超超上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系M 型超声诊断仪型超声诊断仪上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系M型曲线图型曲线图上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系

60、物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系多普勒超声诊断仪（多普勒超声诊断仪（D型型)上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系突出优点：突出优点：疾病的定位诊疾病的定位诊断和血流量的定量测定。断和血流量的定量测定。主要缺点：主要缺点：受脉冲重复频率受脉冲重复频率的限制，易出现频率失真。的限制，易出现频率失真。脉冲多普勒脉冲多普勒上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系上海交通大学上海交通大学 物理系物理系彩色多普勒血流显像彩色多普勒血流显像 彩色多普勒血流显象主要由脉冲多普勒系统和彩