Tải bản đầy đủ
a. Bản chất vật lý của âm và siêu âm

a. Bản chất vật lý của âm và siêu âm

Tải bản đầy đủ

 Tốc độ lan truyền sóng âm phụ thuộc vào mật độ môi trường và tính chất của môi trường.
𝑣=√

1
𝛼𝜌

(5.31)

Trong đó: 𝜌 là mật độ của môi trường; 𝛼 là hệ số đàn hồi của môi trường
 Khi sóng âm truyền từ môi trường này qua môi trường khác (phân biệt bằng âm trở) thì
ở mặt phân giới hai môi trường sẽ xảy ra hiện tượng khúc xạ, phản xạ …
 Do bước sóng dài nên thường gặp hiện tượng nhiễu xạ, chính nhờ hiện tượng này mà
âm có thể vòng qua vật cản một cách dễ dàng.
 Trong bất cứ môi trường nào, hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng rất phổ biến đối
với sóng âm.
Cường độ âm (I) tại một điểm là đại lượng biểu thị bằng năng lượng truyền trong một đơn
vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt ở điểm ấy và vuông góc với phương truyền âm (W/m2
hoặc 𝜇𝑊/𝑐𝑚2).
Trong quá trình truyền âm, cường độ âm càng đi xa nguồn càng giảm mau vì:
 Các phần tử dao động ma sát với môi trường, một phần năng lượng biến thành nhiệt
năng.
 Sóng âm truyền qua mặt phân cách của hai môi trường bị phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ.
 Trong điều kiện lý tưởng khi nguồn phát âm là một điểm, môi trường đồng nhất, cường
đô âm cũng giảm, tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách tới nguồn.
Đối với sóng siêu âm, quá trình truyền sóng có một số đặc điểm:
 Sóng âm có tần số lớn, nguồn phát kích thước nhỏ, chùm siêu âm có tiết diện hẹp, truyền
thẳng do không bị nhiễu xạ. Bằng dạng hình học thích hợp của đầu phát, ta có thể hội tụ chùm
siêu âm vào một vùng kích thước khá nhỏ.
 Sóng siêu âm bị hấp thụ nên cường độ sẽ giảm dần khi truyền qua các môi trường. 𝐼 =
1

𝐼0 . 𝑒 −𝛼𝑥 với e = 2,71828… còn 𝛼 tỉ lệ nghịch với 𝜈 2 , 𝜌 và 𝑣 3 .
 Siêu âm là sóng dọc, có tác dụng nén giãn môi trường, áp suất nén giãn tức thời có thể
lên đến hàng vạn atmosphere.

b. Nguồn phát âm
Nguồn phát âm thanh


Có nhiều phương pháp tạo nên âm thanh: vật rắn, một màng căng hay một dây căng

thực hiện dao động đàn hồi... Tần số dao động âm tạo ra:

130

𝜈=

1 𝑃

2𝐿 𝑀

(5.32)

Trong đó: 𝜈 là tần số âm; L là chiều dài dây căng; M là khối lượng của một đơn vị chiều
dài dây; P là lực căng của dây.


Ở động vật, cơ quan phát âm là thanh quản với các dây thanh âm. Tiếng nói từ âm do

con người phát ra, hiện nay, có các giả thiết giải thích về sự phát âm ở người như sau:
 Thuyết đàn hồi (thuyết cơ học): hai dây thanh âm là bộ phận phát âm chủ yếu, có cấu
tạo đặc biệt, có thể điều hòa được độ căng, có xu hướng nằm song song và khép kín.
Khi phát âm, không khí từ phổi được đẩy lên với một áp suất nhất định, đi qua khe hẹp
làm dây thanh âm rung lên, đồng thời luồng thần kinh trung ương chỉ huy mức độ căng
của dây làm thay đổi tần số phát âm.
 Thuyết luồng thần kinh của Housson: dây thanh âm có khả năng dao động với các
tần số khác nhau do luồng thần kinh đến quyết định, không phải do độ căng của dây
và áp lực luồng khí.
Các nghiên cứu hiện nay cho thấy đặc điểm cấu tạo của dây thanh âm rất đặc biệt, niêm
mạc của dây rất loãng, lỏng lẻo và không dính chặt vào tổ chức. Vì vậy, một dao động có thể
xuất hiện ở từng bộ phận dưới, trên và ngay ở dây thanh âm. Các xoang cộng hưởng có vai trò
khá quan trọng, chúng quyết định âm sắc của tiếng nói người.

Nguồn phát siêu âm
 Để phát và thu sóng siêu âm phải có biến tử siêu âm, chia làm hai loại:
 Biến tử phát để tạo ra sóng siêu âm, là một phần tử vật lý có nhiệm vụ biến đổi năng
lượng điện từ thành năng lượng sóng đàn hồi, nguồn tạo ra sóng siêu âm.
 Biến tử thu để thu sóng siêu âm, biến năng lượng đàn hồi thành năng lượng điện từ
nguồn nhận sóng siêu âm.
 Để phát sóng siêu âm cần hai bộ phận: bộ phận điện từ có nhiệm vụ tạo ra sóng điện từ
có tần số cần phát và bộ phận thứ hai là biến tử phát biến đổi sóng điện từ thành sóng siêu âm.
 Để thu sóng siêu âm cũng cần có hai bộ phận: biến tử thu biến năng lượng đàn hồi thành
năng lượng điện từ và bộ phận điện từ khuếch đại tín hiệu điện từ do biến tử thu tạo ra.
Các biến tử phát và thu siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý áp điện do hai anh em nhà
bác học Pháp Curie tìm ra trong khoảng 1881 – 1882, đây là một nguyên lý thuận nghịch.
Nguyên lý áp điện thuận
Nếu nén hoặc kéo dãn hai bề mặt đối diện của một bản làm bằng vật liệu đặc biệt thì trên
hai bề mặt đối diện này sẽ xuất hiện các điện tích trái dấu. Ngược lại, nếu thay đổi dấu của lực
131

tác dụng, thay lực nén bằng lực kéo dãn và ngược lại, thì các điện tích sẽ đổi dấu. Mật độ điện
tích tỷ lệ với cường độ của lực.
Nguyên lý này dùng để tạo nên các biến tử thu sóng siêu âm. Sóng siêu âm truyền tới làm
biến tử thu bị biến dạng, xuất hiện các điện tích trái dấu. Lượng điện tích tỷ lệ với độ biến dạng
của biến tử. Biến tử thu biến đổi năng lượng đàn hồi của sóng thành năng lượng điện, tín hiệu
này được bộ phận điện từ khuếch đại.
Nguyên lý áp điện ngược
Nếu đặt một áp điện vuông góc với một điện trường thì bản áp điện bị biến dạng, nghĩa là
bề dày của nó tăng hoặc giảm tùy thuộc vào chiều của điện trường. Nếu thay đổi chiều của điện
trường thì biến dạng của bản sẽ đổi dấu. Độ biến dạng tỉ lệ với cường độ của điện trường.
Biến tử phát siêu âm hoạt động theo nguyên tắc áp điện ngược. Nếu đặt một điện trường
xoay chiều lên hai điện cực của bản áp điện thì bản áp điện sẽ chịu những biến dạng tuần hoàn
và đó là nguồn phát sóng siêu âm.

5.1.2.3.

Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler là một hiệu ứng vật lý, đặt tên theo Christian Andreas Doppler, trong đó
tần số và bước sóng của sóng âm, sóng điện từ hay các sóng nói chung bị thay đổi khi nguồn
phát sóng chuyển động tương đối với người quan sát.
Giả sử có nguồn phát ra sóng với tần số 𝜐, lan truyền với tốc độ 𝜈 trong không gian tới máy
thu. Nếu cả nguồn phát lẫn máy thu đều đứng yên, máy thu sẽ thu được sóng có tần số 𝜈 ′ = 𝜈.
Nếu nguồn hoặc máy thu hoặc cả hai chuyển động, nói chung máy thu sẽ thu được sóng có tần
số 𝜈 ′ ≠ 𝜈.
M

𝑣𝑡
⃗⃗⃗⃗

𝑣⃗
𝜃𝑛

𝜃𝑡

𝑣
⃗⃗⃗⃗⃗
𝑛

0
a)

0

𝑣⃗

M
b)

𝑣𝑡
⃗⃗⃗⃗

𝑣
⃗⃗⃗⃗⃗
𝑛

𝜃𝑡

𝜃𝑛

M
c
Hình 5-6. Các dạng chuyển động tương đối giữa nguồn và máy thu
0

a) Máy thu đứng yên, nguồn chuyển động; b) Máy thu chuyển động,
nguồn đứng yên; c) Cả nguồn và máy thu đều chuyển động
132

 Máy thu đứng yên, nguồn chuyển động với vận tốc ⃗⃗⃗⃗⃗
𝑣𝑛 tạo với tốc độ lan truyền sóng tới
máy thu 𝑣⃗ một góc 𝜃𝑛 (hình 5-6a) thì:
𝜈′ =

𝜈
𝑣
1 − 𝑣𝑛 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑛

(5.27)

 Nguồn đi xa máy thu: 𝜈 ′ < 𝜈
 Nguồn đi tới máy thu: 𝜈 ′ > 𝜈
 Nguồn đứng yên, máy thu chuyển động với vận tốc ⃗⃗⃗⃗⃗
𝑣𝑡 tạo với tốc độ sóng truyền tới
máy thu 𝑣⃗ một góc 𝜃𝑡 (hình 5-6b) thì:
𝜈 ′ = 𝜈 (1 −

𝑣𝑡
𝑐𝑜𝑠𝜃𝑡 )
𝑣

(5.28)

 Máy thu tới gần nguồn: 𝜈 ′ > 𝜈
 Máy thu đi xa nguồn: 𝜈 ′ < 𝜈
 Nguồn và máy thu đều chuyển động, tạo các góc 𝜃𝑛 và 𝜃𝑡 (hình 5-6c) thì:
𝑣
1 − 𝑣𝑡 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑡
𝜈′ = 𝜈 (
)
𝑣
1 − 𝑣𝑛 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑛

(5.29)

 Nguồn và máy phát ra xa nhau: 𝜈 ′ < 𝜈
 Nguồn và máy phát lại gần nhau: 𝜈 ′ > 𝜈
Hiệu ứng Doppler có nhiều ứng dụng trong thực tế đời sống, trong sử dụng siêu âm vào
chẩn đoán bệnh.

5.2. LÝ SINH QUÁ TRÌNH NGHE
5.2.1. Sơ lược cơ quan cảm thụ nghe và cảm giác âm
5.2.1.1. Sơ lược cấu tạo cơ quan thính giác
Tai là cơ quan thính giác bao gồm 3 phần là tai ngoài, tai giữa và tai trong.
 Tai ngoài: gồm có vành tai, ống tai ngoài. Vành tai giúp sự định hướng và tiếp nhận âm
dễ dàng, ống tai ngoài có chức năng truyền âm.
 Tai giữa: chủ yếu là màng tai và hệ thống xương con, có tác dụng truyền các dao động
âm từ không khí vào tai trong, đồng thời tăng cường năng lượng của sóng âm như một bộ
khuếch đại.
 Màng tai có khả năng dao động với nhiều tần số khác nhau vì có độ căng khác nhau
theo từng lớp từ ngoài vào trong. Như vậy, ứng với một tần số âm sẽ có một phần tử
nhất định của màng tai dao động.

133

 Bên trong màng tai là hộp kín chứa không khí, thông với cổ họng bởi ống Eustachia
để giữ đều áp lực không khí hai bên màng tai. Nhờ thế thính lực sẽ tốt hơn và bảo vệ
được màng tai khi bị sóng âm tác dụng quá mạnh
 Hệ thống xương con tiếp nối thực hiện thêm việc điều chỉnh độ căng của màng tai,
chuyển tiếp âm, các dao động ở màng tai; hoạt động chuyển tiếp âm giống như hoạt
động đòn bẩy nên áp lực âm thanh được tăng lên.
 Tai trong có nhiều hốc mà quan trọng nhất là loa đạo, một tổ chức hình xoắn ốc. Tai
trong thông với tai giữa bởi hai lỗ hình tròn và hình bầu dục, đều có màng mỏng bịt kín. Bao
bọc khắp ốc tai là màng đáy có nhiều sợi ngang tạo thành vòng cung xếp cạnh nhau, có nhiều
tế bào thần kinh thính giác. Các neuron thần kinh này tập hợp thành dây thần kinh thính giác

Hình 5-7. Sơ lược cấu tạo cơ quan thính giác ở người

5.2.1.2.

Các đặc trưng của cảm giác âm

Các sóng âm tác dụng đến cơ quan thính giác có thể gây ra cảm giác âm thanh. Âm đến tai
có thể chia thành hai loai: âm thanh và tiếng ồn.
Cảm giác âm chủ yếu gồm: độ cao, âm sắc, độ to.
134

a. Độ cao của âm
Cảm giác về độ cao của âm là do tần số của âm quyết định, tần số cao cho cảm giác thanh
(trong), tần số thấp cho cảm giác trầm (đục).
 Tai người chỉ nghe được âm thanh có tần số 16 đến 20.000Hz, nhưng giới hạn này cũng
tùy theo lứa tuổi, người già chỉ nghe được âm thanh có tần số dưới 6.000Hz.
 Người bình thường chỉ phân biệt được độ cao của các âm trong phạm vi 40 đến 4.000Hz,
âm tần số cao hơn chỉ có cảm giác tiếng rít.
 Để phân biệt được độ cao của âm, thời gian âm tác động lên cơ quan thính giác ít nhất
phải từ 1/100 đến 1/40s.
Ngoài ra, độ cao còn phụ thuộc vào cường độ âm. Trong một mức độ nhất định, âm như
cao lên khi cường độ tăng và trầm xuống khi cường độ giảm.

b. Âm sắc
Mỗi âm có một bản sắc riêng hay nói khác đi mỗi âm có một âm sắc riêng biệt đặc trưng
bởi thành phần dao động điều hòa hình sin đã tạo nên chúng.
Gọi 𝑝0 là biên độ áp suất âm gây tại màng nhĩ, t là thời gian, 𝜈 là tần số âm thì p là áp suất
âm gây tại màng nhĩ, biểu diễn bằng phương trình:
𝑝 = 𝑝0 𝑠𝑖𝑛2𝜋𝜈𝑡

(5.33)

Đại đa số các âm là những âm phức tạp, có thể phân tích (bằng thiết bị phân tích âm) thành
những âm đơn giản mà tần số của chúng là bội số nguyên của một âm đơn giản có tần số nhỏ
nhất. Âm có tần số nhỏ nhất là âm cơ bản, các âm khác gọi là họa âm.
Tai ta nhận được hai âm cùng độ cao của hai loại nhạc cụ khác nhau mà phân biệt được là
vì mỗi âm đó gây cho chúng ta cảm giác âm nhạc khác nhau.

c. Độ to
Độ to của âm là đặc trưng cảm giác về sự mạnh hay yếu của dao động âm truyền tới tai.
Một âm có cường độ I khi thay đổi một lượng I thì để nhận thức được âm đó có thay đổi
về độ to, cần phải có:
Δ𝐼
> 0,1
𝐼

(5.34)

Đây là biểu thức thể hiện ngưỡng của cảm giác thay đổi độ to.
Những âm có tần số khác nhau tuy cùng cường độ nhưng gây nên những cảm giác to nhỏ
khác nhau. Thực tế, tai thính nhất với những âm có tần số trong khoảng từ 1000Hz đến 5000Hz.
135

Trong khoảng này, có thể nghe thấy những âm có cường độ vào khoảng 10-12 W/m2, các phần
tử khí dao động âm với biên độ khoảng 10-11m và tạo nên áp suất ở màng nhĩ khoảng 10-5 N/m2.
Tồn tại những ngưỡng về cường
độ âm để gây nên cảm giác, được định

Độ to log10
10

nghĩa như sau:

W/m2

Ngưỡng chói

4

102

 Cường độ âm nhỏ nhất đủ gây
nên cảm giác âm ở tai, gọi là giới hạn
nghe hay ngưỡng nghe.
 Cường độ âm lớn nhất mà nếu
vượt quá cường độ đó sẽ gây nên cảm
giác chói tai gọi là ngưỡng chói.
Đối với mỗi người thì ngưỡng
nghe, ngưỡng chói có giá trị riêng.

1=100
10-2
10-4

Miền nghe

10-6
10-8
10-10

Ngưỡng nghe

-12

10

Hz
16

Chung cho mọi người là ngưỡng nghe

64

250

1000

4000

Hình 5-8. Sự phụ thuộc của ngưỡng nghe và
ngưỡng chói vào tần số âm

và ngưỡng chói phụ thuộc vào tần số
âm. Qua khảo sát thực nghiệm, người

ta xây dựng được đồ thị biễu diễn ngưỡng nghe và ngưỡng chói phụ thuộc vào tần số âm.
Khi cường độ âm thay đổi thì cảm giác về độ to cũng thay đổi theo. Định luật Weber –
Fechner áp dụng cho quan hệ giữa cảm giác thay đổi độ to và cường độ âm như sau:
“Sự biến thiên độ to của âm tỷ lệ với logarit của tỷ số cường độ hai dao động âm gây ra
cảm giác âm”.
𝐿0 − 𝐿1 = 𝑘. 𝑙𝑔

𝐼2
𝐼1

(5.35)

Với L1 là độ to gây ra do âm có cường độ I1, L2 là độ to do âm có cường độ I2.
Để có đơn vị đo độ to một cách xác định, quy ước rằng: Lấy âm 1000Hz ở ngưỡng nghe
cường độ I0 thì độ to L0 = 0. Khi ấy một âm bất kỳ cới cường độ I sẽ có độ to:
𝐿 − 𝐿0 = 𝑘. 𝑙𝑔

𝐼
𝐼0

(5.36)

Nếu chọn k = 10 thì L sẽ đo ra đơn vị là phone hay DeciBell độ to.

136

16000

Bảng 5-1. Giá trị cường độ âm và độ to của cảm giác âm một số âm

Cường độ âm
Loại âm thanh

Độ to

(W/cm2)

(phone)

Ngưỡng nghe

10-10

0

Tiếng tim đập (nghe trực tiếp

10-9

10

Nói thầm

10-6

40

Nói to

10-4

60

Radio mở to trong phòng

10-2

80

1

100

Ngưỡng chói

102

120

Mức gây chết vi âm

108

180

Động cơ mô tô

5.2.2. Cơ chế quá trình nghe
Sóng
Sóng âm

Tiếp nhận phân tích

Nguồn âm

Mã hóa

thần

Tai
Truyền tin

Hệ

Truyền thông tin

kinh

Biến đổi thông tin

Thông tin
Hình 5-9. Sơ đồ tổng quát cơ chế quá trình nghe

Theo Bekesy, cơ chế của quá trình nghe gồm: lý sinh về sự dẫn truyền âm, tâm sinh lý về
quá trình nghe (tiếp nhận), các quá trình cơ học xảy ra ở trong ốc tai, điện sinh lý quá trình
nghe. Ở đây, chỉ đề cập đến quá trình dẫn truyền âm, quá trình cơ học xảy ra trong ốc tai và
phân tích âm thanh.
a. Quá trình truyền âm
Âm thanh từ không khí lan truyền vào tai nhờ nhiều yếu tố, nhưng quan trọng nhất là màng
nhĩ và hệ thống các xương con.
Thực nghiệm của Bekesy chứng tỏ màng nhĩ đóng vai trò quan trọng với âm có tần số thấp
và giảm tác dụng với âm có tần số cao.
Các xương con hoạt động theo nguyên tắc đòn bẩy và điểm tựa ở vị trí chia cánh tay đòn
theo tỷ lệ 1:1,3. Do vậy, âm áp có dao động âm khi đi qua hệ thống xương con sẽ được tăng
cường lên, nghĩa là năng lượng âm đã được khuếch đại. Cụ thể:

137

Nếu gọi lực tác dụng lên màng nhĩ là F1 và lực tác dụng lên cửa sổ bầu dục là F2. Cánh tay
đòn ở hệ đòn bẩy là
𝑟1
= 1,3
𝑟2
𝐹2 =

𝑟1
𝐹
𝑟2 1

Bên cạnh đó, diện tích S2 của cửa sổ bầu dục nhỏ hơn 17 lần so với diện tích S1 của màng
nhĩ. Vì vậy, áp lực âm tác dụng lên của sổ bầu dục sẽ lớn hơn 17 lần áp lực âm tác dụng lên
màng nhĩ.
Tổng hợp lại, áp lực âm thanh ở phía sau hệ thống xương con (ở cửa sổ bầu dục) sẽ lớn
hơn phía trước hệ thống xương con (ở màng nhĩ) là 17 x 1,3 = 22 lần. Người ta cho rằng, dù bị
hao hụt năng lượng do ma sát, sự khuếch đại đó cũng đạt gần 20 lần.
Hệ thống xương con đóng một vai trò quan trọng trong việc dẫn truyền các sóng âm. Nó
bổ sung sự hao hụt do phản xạ sóng âm ở mặt ngăn cách giữa hai môi trường có âm trở khác
nhau.
Các nghiên cứu cho thấy rằng, âm trở của màng nhĩ phụ thuộc vào tần số của sóng âm khác
nhau nhưng nhìn chung có giá trị gần bằng âm trở của không khí 4,3.102kg/m2.s. Âm trở của
cửa sổ bầu dục bằng âm trở của ngoại dịch perilympho ở đó, tức gần bằng âm trở của nước, có
giá trị khoảng 1,5.106kg/m2.s. Như vậy, nếu không có hệ thống xương con, thì khi sóng âm
truyền trực tiếp từ tai ngoài tác dụng vào cửa sổ bầu dục thì 99,9% năng lượng sóng âm bị phản
xạ còn khoảng 0,1% được lan truyền đến ngoại dịch perilympho (tính theo công thức 5.25).
Tác dụng bảo vệ tai trong của hệ thống xương con khi gặp những âm có cường độ lớn là
sự chuyển đổi từ dao động sóng dọc sang chuyển động xoáy của ngoại dịch perilympho.
b. Quá trình cơ học xảy ra ở tai trong
Quá trình tiếp nhận và cảm thụ âm thanh ở tai trong diễn ra phức tạp hơn rất nhiều. Màng
đáy đóng vai trò rất quan trọng trong việc tiếp nhận và phân tích âm thanh, với khoảng 24.000
neuron thần kinh thính giác.
Theo Helmholtz, phần đỉnh của màng đáy, nơi ốc tai, có các neuron tiếp nhận các âm có
tần số thấp và ở phần giữa của màng đáy, nơi ốc tai, có các neuron tiếp nhận các âm có tần số
cao. Quá trình tiếp nhận âm xảy ra theo cơ chế cộng hưởng dao động.
Tuy nhiên, ngoài cơ chế cộng hưởng dao động cần phải kể đến đặc tính đàn hồi của màng
đáy. Nhờ tính đàn hồi mà màng đáy dao động được theo tần số của âm kích thích. Song màng
đáy còn được tiếp xúc chặt chẽ với lympho nội dịch có hệ số nhớt khá lớn, do đó màng đáy
138

không thể đóng vai trò như một hệ cộng hưởng với các dao động âm có tần số khác. Do vậy,
hiện tượng cơ học xảy ra trong tai trong còn là các dao động âm làm xuất hiện các chuyển động
xoáy trong nội dịch.
Theo lý thuyết của Bekesy, dao động của cửa sổ bầu dục làm cho ngoại dịch perilympho
dưới đó chuyển động xoáy, gây ra sự khác nhau về áp suất giữa các bậc thang trước và bậc
thang màng nhĩ, tác dụng lên màng đáy.
 Mỗi sóng âm với một tần số nhất định tác dụng vào một vị trí xác định trên màng đáy
và kích thích những receptor nhất định ở thể Corty.
 Âm có tần số cao kích thích càng gần đỉnh ốc tai (cửa sổ bầu dục), nơi màng rất căng
và hẹp, âm có tần số thấp kích thích các vị trí gần với đầu đối diện (xa cửa sổ bầu dục).
Theo cơ chế đó, tai phân tích tần số âm kích thích, cường độ âm phụ thuộc vào vùng kích
thích rộng hay hẹp. Các âm sau khi được tiếp nhận được mã hóa rồi truyền theo từng sợi thần
kinh đến từng vị trí tiếp nhận khác nhau trên vỏ não. Với những âm phức hợp thì tạo ra sự kích
thích ở nhiều điểm hơn và gây ra cảm giác khác nhau về âm sắc.

c. Sự mã hóa
Quá trình mã hóa là quá trình dao động âm kích thích các neuron thần kinh làm phát sinh
ra các xung điện và gây ra những hưng phấn nhất định.
Các nghiên cứu về điện sinh học ở cơ quan thính giác xác nhận rằng cơ chế của quá trình
mã hóa thông tin ở đây làm xuất hiện hiệu điện thế hoạt động, được gọi là điện thế âm thanh.
Điện thế âm thanh quyết định cả tần số và cường độ âm.
Ngày nay, bằng các vi điện cực người ta đo được giá trị của các điện thế âm thanh. Giá trị
điện thế giữa endolympho và perilympho (điện thế nghỉ) vào khoảng 80mV. Khi màng đáy bị
kích thích sẽ xuất hiện sự thay đổi về điện trở, tính thấm của màng tế bào và làm xuất hiện hiệu
điện thế hoạt động.
 Khi tác dụng âm có tần số lớn sẽ gây dao động trong những phần màng có chiều dài xác
định nằm gần phía màng đáy. Khi ấy hưng phấn sẽ chỉ xuất hiện ở các yếu tố tiếp nhận nào nằm
trên phần màng này. Tasaki còn nhận thấy, điện thế tổng cộng chỉ xuất hiện ở một lượng nhỏ
các sợi thần kinh, nghĩa là hưng phấn định khu ở phần vỏ ngoài của cơ quan phân tích âm thanh,
trường hợp này gọi là sự mã hóa không gian.
 Khi tác dụng âm tần số thấp sẽ làm toàn bộ màng đáy dao động, do đó gây hưng phấn
cho toàn bộ các yếu tố nhận, xung điện xuất hiện từ đó truyền theo một số lượng lớn các sợi
thần kinh với tần số tương ứng tần số dao động của âm. Điều này giải thích trường hợp các
139

bệnh nhân chỉ tiếp nhận các âm có tần số thấp tốt hơn đáng kể các âm có tần số cao. Cơ chế này
được gọi là sự mã hóa tần số.

5.3. ỨNG DỤNG ÂM VÀ SIÊU ÂM TRONG Y SINH HỌC
5.3.1. Phương pháp âm trong chẩn đoán bệnh
5.3.1.1. Chẩn đoán gõ
 Khi gõ vào các vị trí tương ứng của các tạng (tim, phổi, gan…) trên lồng ngực hay trên
thành bụng, các tạng này sẽ dao động phát ra âm.
 Dựa vào âm phát ra có thể xác định được vị trí, kích thước của tạng, đánh giá được
chúng bình thường hay có bệnh do sự thay đổi về âm sắc và độ cao.
 Thường gõ qua ngón tay hoặc qua thanh gỗ mỏng đặt sát vào nơi muốn gõ. Tùy theo
bệnh nhân và yêu cầu chẩn đoán, chúng ta phải gõ với mức độ mạnh nhẹ khác nhau.
 Thường gõ với mức độ trung bình vì gõ như thế cũng đủ làm cho các tạng ở sâu dưới
da 5cm dao động và dao động này có thể lan truyền trên một diện tích từ 4 đến 6cm2.
 Khi muốn tìm giới hạn của một tạng hay nghiên cứu một phần tạng nào đó cần phải
gõ nhẹ.
 Âm phát ra khi gõ cần phải phân tích một cách tỉ mĩ về cường độ, độ cao, âm sắc… Như
vậy mới nhận được các thay đổi nhỏ của âm, phân biệt được các trường hợp bệnh lý và bình
thường.

5.3.1.2.

Chẩn đoán nghe

 Đây là phương pháp nghiên cứu những âm từ cơ thể phát ra như tim, phổi để định bệnh.
Các âm từ cơ thể phát ra thường có tần số không vượt quá 1000Hz.
 Âm ở phổi do không khí qua lại khí quản, cuống phổi và mô phổi sinh ra. Cường độ của
âm này mạnh hay yếu là do hô hấp nông hay sâu, độ cao của âm này tỷ lệ nghịch với tiết diện
khí quản, cuống phổi.
 Âm phát ra ở tim biến đổi do nhiều yếu tố: tình trạng các van tim, vận tốc, độ nhớt của
máu, miệng của các van (lỗ trong tim mà các van đậy lại)
Bảng 5-2. Mối liên hệ giữa tần số và tỉ lệ năng lượng của âm phát ra từ tim bình thường

Tần số
Năng lượng
50 – 60Hz
56%
60 – 70
27%
70 – 80
10%
80 – 90
4%
90 – 100
2%
100 – 110
1%
Để nghe các âm phát ra từ trong cơ thể, người ta dùng ống nghe (stestoscope). Ống nghe
gồm hai dây cao cu mềm hình trụ có tác dụng truyền âm, nối với một hộp bằng sắt hình trụ bẹt,
mặt có một màng căng mỏng đóng vai trò là hộp cộng hưởng. Hộp cộng hưởng có khi là một
140