Глава 6. Акустическая импедансометрия
Объективные измерения в наружном и среднем ухе с целью получения количественной оценки импедансных характеристик уха проводились с 1867 г. (Wiley, Block, 1985). В последующем публиковались результаты объективных исследований, не нашедшие, однако, клинического применения. И только в 70-х годах ХХ столетия акустическая импедансометрия была широко внедрена в клиническую практику и стала составной частью комплекса стандартных аудиологических тестов.
Акустический импеданс любой колеблющейся системы состоит из трех компонентов: массы, жесткости и трения. Компоненты массы и жесткости находятся в зависимости от частоты звука, действующего на систему. Чем выше частота, тем больше сопротивление, оказываемое ему данной массой. Компонент жесткости обратно пропорционален частоте. Акустический импеданс может быть представлен векторной величиной и как вектор имеет две составляющие — активную и реактивную. Для измерения акустического импеданса должны быть известны либо обе составляющие, либо характеристика вектора импеданса. Эта характеристика складывается из амплитуды и фазы. Звуковые колебания, действующие на барабанную перепонку, вызывают ее вибрацию, частично проходят через нее и отражаются от ее поверхности. При этом отраженные звуковые колебания оказываются уменьшенными по амплитуде и сдвинутыми по фазе. Сдвиг фазы зависит от жесткости колеблющейся системы. Таким образом, измеряя интенсивность (или амплитуду) и сдвиг фазы отраженного барабанной перепонкой звука, можно судить о величине акустического импеданса звукопроводящей системы. В нормальных условиях суммарная жесткость создается натяжением барабанной перепонки и других структур среднего уха — слуховых косточек, связок и мышц. Известное значение имеют натяжение кольцевой связки стремени и мембраны круглого окна, а также акустическое сопротивление жидкостей и тканей внутреннего уха.
Изменение некоторых составных частей простой механической системы, содержащей единичные элементы массы, эластичности и трения, ведет к изменению корреляции между проводимостью системы и равнозначными изменениями в трансмиссионных характеристиках (Møller, 1974). Как уже отмечалось, акустический импеданс состоит из резистентного и реактивного компонентов.
Резистентность в основном определяется улиткой (Møller, 1974), в то время как реактивность — массой и жесткостью барабанной перепонки и слуховых косточек. Когда резистентный и реактивный
компоненты импеданса отображаются раздельно, выясняется, что разрыв наковальне-стременного сочленения больше воздействует на резистентный компонент, который приближается к нулю. Результаты этих измерений (Møller, 1974) указывают на то, что улитка оказывает большое влияние на компонент трения (резистентность) и незначительное — на реактивный компонент (жесткость и массу). Прямые измерения механического импеданса были проведены Békésy (1941) на трупах человека, а также Tonndorf, Khanna и Fingerhood (1966) и Khanna, Tonndorf (1971) — на кошках.
Термин «акустический иммитанс» используется для описания различных аспектов акустического импеданса и акустической проводимости.
Акустический импеданс (Za) — это противодействие звуковой энергии, которое измеряется в омах (Ом). Акустический импеданс соответствует отношению звукового давления (P) к объемной скорости звука (U ):
Za=P/U.
Полная акустическая проводимость (Ya) измеряется в единицах, обратных омам (mmhos), и соответствует:
Ya=U/P.
Акустический импеданс определяется комплексным взаимодействием трех компонентов: компонента трения, называемого акустическим сопротивлением (Ra), компонента жесткости, называемого отрицательной акустической реактивностью (Xs), и компонента массы, называемого положительной акустической реактивностью (Xm).
За счет трения часть входящей в систему энергии преобразуется в тепло. Сопротивление (компонент трения) действует в фазе с приложенной силой. Компонент массы оказывает инерционное сопротивление входящей энергии, в то время как компонент жесткости ответствен за возникновение сил за счет смещения эластических структур.
Составляющими полной акустической проводимости являются: акустическая проводимость, положительная (определяемая податливостью или жесткостью) акустическая реактивная проводимость (Bs) и отрицательная (зависящая от массы) акустическая реактивная проводимость (Bm).
Следует иметь в виду, что сопротивление массы и сопротивление жесткости находятся в противофазе на 180°, в результате чего чистое реактивное сопротивление (реактивность) (Xnet) соответствует разнице между ними:
Xnet=Xs–Xm,
когда сопротивление жесткости больше, и
Xnet=Xm–Xs,
когда больше сопротивление массы.
Общий импеданс зависит от комбинации сопротивления и реактивности (Хnet), что не может быть определено простым сложением этих составляющих, так как они находятся в противофазе. Комплексное взаимодействие этих составляющих может быть представлено сложением векторов сопротивления и реактивности (рис. 6.1), что выражается уравнением: