Site Loader

Содержание

высокие частоты — это… Что такое высокие частоты?

высокие частоты
high frequencies

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

  • высокие цели
  • высокие широты

Смотреть что такое «высокие частоты» в других словарях:

  • высокие частоты — ВЧ Радиочастоты 3 30 МГц. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие термины виды частот Синонимы ВЧ …   Справочник технического переводчика

  • высокие частоты — aukštieji dažniai statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. high frequencies vok. Hochfrequenzen, f rus. высокие частоты, f pranc. hautes fréquences, f …   Automatikos terminų žodynas

  • Высокие частоты — 1. Радиочастоты 3 30 МГц Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 …   Телекоммуникационный словарь

  • НЧ/ВЧ (Музыкально-художественное любительское объединение «Низкие частоты / высокие частоты») — (или иначе Клуб «НЧ/ВЧ», иногда «НЧ ВЧ»)  созданный осенью 1986 по инициативе Олега Михайловича Сумарокова, также известного как «Папа ОМ», клуб художников, рок музыкантов, кинематографистов, театральных актеров и режиссеров. Клуб берёт своё …   Википедия

  • крайне высокие частоты — КВЧ Радиочастоты 30 300 ГГц. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие термины виды частот Синонимы КВЧ …   Справочник технического переводчика

  • очень высокие частоты — ОВЧ Радиочастоты 30 300 МГц. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие термины виды частот Синонимы ОВЧ …   Справочник технического переводчика

  • Крайне высокие частоты — 118. Крайне высокие частоты квч Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Очень высокие частоты — 115. Очень высокие частоты ОВЧ Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Крайне высокие частоты

    — 1. Радиочастоты 30 300 ГГц Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 …   Телекоммуникационный словарь

  • Очень высокие частоты — 1. Радиочастоты 30 300 МГц Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 …   Телекоммуникационный словарь

  • Генератор повышенной частоты —         электромашинный, электрическая машина, преимущественно однофазная, генерирующая ток в диапазоне частот от 100 до 10000 гц (иногда выше) и применяющаяся главным образом в качестве источника питания установок индукционного нагрева металлов …   Большая советская энциклопедия

Тема: Анализ звуковой частоты различных музыкальных жанров

Авторы проекта: Ким Станислав, Cавельев Никита, Шилов Андрей, 10 класс 

Введение 

Все люди слушают музыку. Она может быть разного жанра, стиля. Но немногие знают что частота колебаний различных жанров музыки разная. С помощью приложения для мы решили измерить частоту звучания различных жанров музыки.

Цель
Исследовать  частоту звучания различных жанров музыки.Оборудование

Для исследования нам понадобился:

  • 2 смартфона ( 1 для воспроизведения музыки, а другой для анализа частоты)
  • приложение FrequenSee 
  • приложение ASC (для записи звуковой дорожки с экрана смартфона)
  • компьютер

Презентация идеи

    

Методы исследования

Исследуя частоту звучания различных жанров музыки мы использовали следующие методы:

  • Наблюдение, используя приложение исследуем как меняется частота звука с течением времени.
  • Проводим запись звуковой дорожки с экрана смартфона, c помощью приложения ASC
  • Проводим сравнение частоты звучания различных жанров музыки и устанавливали их особенности и различия.

Предмет исследования

  Предметом исследования послужила музыка различных жанров. Мы использовали следующие музыкальные жанры:
  • Регги (Bob Marley — Three litle birds)
  • Неоклассицизм  (Requiem for a Dream)
  • Симфонический рок (Skilet — Awake And Alive)
  • Электронный рок (Awolnation — Sail)
  • Хеви-метал (Chimaira — Gag)

 Таблица исследования  частот звучания различных жанров музыки 

Презентация без названия

Выводы:

Люди любят разную музыку, и сейчас мы узнали на сколько она разная, кому-то нравятся низкие басы, а кому-то высокие, кому-то быстрый темп, а кому-то медленный. Но теперь мы можем различать музыку не только по звучанию, но и по ее частотам.

Немного теории вопроса

Что такое частота?
Частота — физическая величина равна количеству повторений или возникновения событий (процессов) в

единицу времени.Свойства звука (механических упругих колебаний среды) зависят от частоты. Человек может слышать колебания с частотой от 20 Гц до 20 кГц. Звук с частотой более низкой, чем 20 Гц называется инфразвуком[6]. Инфразвуковые колебания, хотя и не слышны, могут ощущаться осязательно. Звук с частотой выше 20 кГц называется ультразвуком.
В музыке обычно используются звуки, основная частота которых лежит от субконтроктавы до 5-й октавы. Так, звуки стандартной 88-клавишной клавиатуры фортепиано укладываются в диапазон от ноты ля субконтроктавы (27,5 Гц) до ноты до 5-й октавы (4186,0 Гц). Однако музыкальный звук обычно состоит не только из чистого звука основной частоты, но и из примешанных к нему гармоник (звуков с частотами, кратными основной частоте). Обертоны музыкальных звуков лежат во всём доступном для слуха диапазоне частот. Звуковой спектр.


1) Низкие басы (от 10 Гц до 80 Гц) — это самые низкие ноты, от которых резонирует комната, а провода начинают гудеть. Если ваша звуковоспроизводящая аппаратура не воспроизводит эти частоты, вы должны ощутить потерю насыщенности и глубины звука. Естественно, при записи и сведении потеря этих частот вызовет тот же эффект. 


2) Верхние басы (от 80 Гц до 200 Гц) — это верхние ноты басовых инструментов и самые низкие ноты таких инструментов, как гитара. Если потерять этот регистр, то вместе с ним потеряется и ощущение силы звука. А ведь именно в этих частотах со

держится энергия звука, которая заставляет вас пританцовывать под музыку, недаром основная энергия ритм-секции сконцентрирована именно в этом регистре. 


3) Низкие средние (от 200 Гц до 500 Гц) — здесь размещается почти весь ритм и аккомпанимент, это регистр гитары. 


4) Средние средние ( от 500 Гц до 2.500 Гц) — соло скрипок, соло гитар, фортепиано, вокал. Музыку, в которой не хватает этих частот обычно называют «занудной» или «смурной».

5) 

Верхние средние (от 2.500 Гц до 5 кГц). Только самые верхние ноты фортепиано и некоторых других инструментов, здесь много гармоник и обертонов. Усиление этой части спектра позволяет достичь яркого, искрящегося звука, создающего эффект присутствия. 

6) Низкие высокие (около 5 кГц до 10 кГц), где мы встречаемся с самым сильным искажением высоких частот и где шипение пленки становится самым заметным, так как здесь очень мало других звуков, способных скрыть это. Хотя люди, теоретически могут слышать и более высокие тона, эти частоты считаются пределом восприятия. Но по большому счету, для хорошего звука — это маловато. 


7) Верхние высокие (около 10 кГц до 20 кГц) наша последняя октава, это самые тонкие и нежные высокие частоты. Если этот диапазон частот будет неполноценен, то вы ощутите некий дискомфорт при прослушивании записей .

Частотный диапазон музыкальных инструментов

  • Рояль, фортепиано 27-4200 Гц                                                                            
  • Контрабас 40-300 Гц
  • Электрическая бас-гитара 41-250 Гц
  • Туба 45-320 Гц
  • Валторны 60-740 Гц
  • Фагот 60-630 Гц
  • Виолончель 65-880 Гц
  • Тромбон 80-500 Гц
  • Акустическая гитара 82-1175 Гц                                                                                                                                      
  • Электрическая гитара 82-1570 Гц
  • Альт 130-1240 Гц
  • Кларнет 140-1980 Гц
  • Труба 160-990 Гц
  • Скрипки 210-2800 Гц
  • Гобой 230-1480 Гц
  • Флейта 240-2300 Гц
  • Пикколо-флейта 560-2500 Гц

Частотный диапазон человеческого голоса:

  • Бас 75-330 Гц
  • Тенор 120-500 Гц
  • Меццо-сопрано 170-700 Гц
  • Сопрано 230-1100 Гц

Музыка различных жанров

Регги — направление современной музыки, сформировавшееся на Ямайке в конце 1960-х и получившее широкое распространение с начала 1970-х годов. Признанным королём регги является певец и автор песен Боб Марли. Большинство песен регги построены на растафарианской идеологии и насыщены символикой этого религиозного течения.Неоклассицизм ― направление в академической музыке XX века, представители которого стремились к возрождению стилистических черт музыки раннеклассического и доклассического периода. Наибольшего развития достигло в 1920-х — 1930-х.
В XXI веке термин «неоклассика» часто используют как вариант названия стиля Classical Crossover — своеобразного синтеза, гармоничного сочетания элементов классической музыки и поп-, рок-, или электронной музыки. Некоторые представители этого стиля — группа Elend, Ludovico Einaudi и Secret Garden.

Рок-му́зыка — обобщающее название ряда направлений популярной музыки. Слово «rock» — (в переводе с английского «качать», «укачивать», «качаться») — в данном случае указывает на характерные для этих направлений ритмические ощущения, связанные с определённой формой движения. Рок-музыка имеет большое количество направлений: от достаточно «лёгких» жанров, таких как танцевальный рок-н-ролл, по
п-рок, брит-поп, до агрессивных жанров — дэт-метала и грайндкора. Содержание песен варьируется от лёгкого и непринуждённого до мрачного, глубокого и философского. Часто рок-музыка противопоставляется поп-музыке . Несколько более определенно можно сказать о, так называемой, «музыкальной экспрессии», которая, в силу повышенной, в сравнении с иными видами музыки, динамики (громкости) исполнения (по разным источникам от 110 до 155 дБ), является особой для многих рок-стилей (направлений), поскольку даже звучание большого симфонического оркестра находится в пределах 85 дБ и редко доходит до 115 дБ.
Отличительная черта классической рок-музыки — неизменный ритм, поддерживаемый ритм-секцией.

Электронный рок, рок-музыка создается с помощью синтезаторов и ди-джейских пультов. Этот жанр в значительной степени зависит от уровня технических разработок, особенно на него повлияли изобретение и совершенствование синтезатора, развитие цифрового формата MIDI и компьютерных технологий.

В конце 1960-ых рок-музыканты начали использовать электронные инструменты, как теремин и меллотрон, добавлять и определять их звук, к концу десятилетия, синтезатор Муг взял ведущее место в звуке появляющихся групп прогрессивного рока, которые будут доминировать на рок сцене в начале 1970-ых. После появления панк-рока появилась форма основного синти-рока, все более используя новые цифровые технологии, чтобы заменить другие инструменты.

Хе́ви-ме́тал — жанр рок-музыки, первое и изначальное направление метала. Обычно этим словом называют «классический» метал в том его виде, в котором он был создан в 1970-е годы такими группами, как Black Sabbath и Judas Priest.
Хеви-метал окончательно сформировался к концу 1970-х с приходом т.н. новой волны британского хеви-метала. Для современного хеви характерны: средний или ускоренный темп, значительная агрессия, центральная роль соло-гитариста, продолжительные и техничные гитарные соло. Вокал, как правило, высокий. Тематика текстов достаточно разнообразна — могут быть песни о войне, Апокалипсисе, на общественную и философскую темы, встречаются песни про любовь.

Высота звука

Рассмотрим простейшее звуковое колебание, имеющее синусоидальную форму волны (гармоническое колебание):

Высота звука — определяется частотой звуковой волны (или, периодом волны). Чем выше частота, тем выше звучание:

Высота звука измеряется в герцах (Гц, Hz) или килогерцах (КГц, KHz). 1 Гц = 1/С. То есть колебание в 1 Гц соответствует волне с периодом в 1 секунду.

Поскольку реальный звук может иметь довольно сложный спектральный состав, под высотой звука понимают высоту его основного тона.

 

Область восприятия звуковых колебаний

Условно считается (пренебрегая индивидуальными и групповыми особенностями), что ухо человека воспринимает колебания волн частотой от 16 до 20000 Гц (от 12-24 до 18000-20 000 Гц). Частота колебаний выше 20000 Гц относится к области ультразвуков, ниже 16 — инфразвуков. У детей верхняя граница слуха выше и достигает 22 000 Гц.

У многих животных верхняя граница слуха выше, чем у человека. Например, у собак она доходит до 38 000 Гц, у кошек — 70 000, у летучих мышей — 100000 Гц.

Основную звуковую информацию человеческий мозг получает в области частот до 4 кГц. Это оказывается вполне логичным, если учесть, что все основные жизненно необходимые человеку звуки (голоса людей, животных, шум воды, ветра и пр.) находятся именно в этой спектральной полосе. Частоты выше 4 кГц являются для человека вспомогательными, что подтверждается многими опытами. Например, можно легко убедиться в том, что человек почти не способен разобрать речь и другие природные звуки, если из этих звуков “удалить” частоты от 0 до 4 кГц, оставив только более высокие частотные составляющие. Одновременно с этим слышимость частот выше 4 кГц, как дополнение к основным частотам, создает у человека ощущение более качественного звучания. Поэтому принято считать, что низкие частоты “ответственны” за разборчивость и ясность аудиоинформации, а высокие частоты — за субъективное качество звука.

Когда мы говорим диапазоне воспринимаемых частот, речь идет именно о способности слухового аппарата. Частоты ниже 20-30 Гц (инфразвук) человек также способен воспринимать, но только уже не ухом, а всем телом, как вибрации. В настоящее время многие специалисты склонны полагать, что и вибрации на частотах, намного превышающих порог 20 кГц (ультразвук) также воспринимаются человеком, но уже не ушами или телом, а непосредственно мозгом.

 

Другие шкалы представления высоты звука

«Критические полосы» и Барки. Критическая полоса (ее также называют полосой равной разборчивости) — это минимальная полоса частот, которая возбуждает одну и ту же часть базилярной мембраны. В частотном промежутке от 0 до 16 кГц опытным путем были определены 24 критические полосы:

  • 0-100 Гц,
  • 100-200 Гц,
  • 200-300 Гц,
  • 300- 400 Гц,
  • 400-510 Гц,
  • 510-630 Гц,
  • 630-770 Гц,
  • 770-920 Гц,
  • 920-1080 Гц,
  • 1080- 1270 Гц,
  • 1270-1480 Гц,
  • 1480-1720 Гц,
  • 1720-2000 Гц,
  • 2000-2320 Гц,
  • 2320- 2700 Гц,
  • 2700-3150 Гц,
  • 3150-3700 Гц,
  • 3700-4400 Гц,
  • 4400-5300 Гц,
  • 5300- 6400 Гц,
  • 6400-7700 Гц,
  • 7700-9500 Гц,
  • 9500-12 000 Гц
  • 12 000-15 500 Гц

Звуковой сигнал в пределах одной и той же критической полосы как бы обобщается мозгом, создавая близкие слуховые ощущения. Если же звуковой сигнал переходит из одной критической полосы в другую, то слуховые ощущения в момент перехода заметно изменяются, потому что мозг анализирует информацию, полученную из разных критических полос, раздельно. Это не значит, что два тона, попавшие в одну критическую полосу, не различимы на слух, однако, слуховые ощущения внутри одной полосы очень близки, а в разных полосах — отличаются существенно. Участки базилярной мембраны, соответствующие критическим полосам, имеют приблизительно равную длину, которая составляет 1,2 мм на полосу. Для удобства работы с критическими полосами существует специальная единица измерения частоты — Барк . В таблице приведены 24 критические полосы и соответствующие им параметры:

Номер

полосы,

Барк

Критическая полоса (диапазон), Гц

Ширина критической полосы, Гц

Центральная частота критической полосы, Гц

0

0-00

100

50

1

100-200

100

150

2

200 — 300

100

250

3

300 — 400

100

350

4

400-510

110

450

5

510-630

120

570

6

630 — 770

140

700

7

770 — 920

150

840

8

920 — 080

160

1000

9

1080-1270

190

1170

10

1270-1480

210

1370

11

1480-1720

240

1600

12

1720 — 2000

280

1850

13

2000-2310

320

2150

14

2320 — 2700

380

2500

15

2700-3150

450

2900

16

3150-3700

550

3400

17

3700-4400

700

4000

18

4400 — 5300

900

4800

19

5300 — 6400

1100

5800

20

6400 — 7700

1300

7000

21

7700 — 9500

1800

8500

22

9500-12 000

2500

10 500

23

12 000-15 500

3500

13 500

Измерение субъективного ощущения высоты и Мелы. На этой шкале равное изменение частоты в мелах соответствует равному изменению ощущения высоты тона. Уже привычная нам шкала частот с единицей измерения “герц” такого свойства не имеет. Например, изменения частоты от 500 до 1000 Гц и от 1000 до 2000 Гц воспринимаются на слух слушателем, как неравные. В то же самое время звуковой сигнал с частотой 1000 мел кажется слушателю ровно в два раза “выше”, чем сигнал с частотой 500 мел, и в два раза “ниже”, чем сигнал с частотой 2000 мел.

График соотношения трех шкал

Итак, частотные параметры звука могут измеряться в герцах, мелах и Барках. Герц — это единица измерения, которой удобно пользоваться при проведении спектрального анализа. Мел и Барк — это психофизиологические акустические единицы измерения высоты тона, используемые в психоакустике при оценке субъективной высотой тона.

Как видно из графика, шкалы барков и мелов приблизительно совпадают, хотя некоторые расхождения наблюдаются в области средних частот.
 

 

Инерционность слуха

Длительность звука сказывается на высоте тона критическим образом. Так, очень кратковременное звучание (менее 15 мс) любой частоты покажется на слух просто резким щелчком — человек не сможет различить высоту тона для такого сигнала. Высота тона начинает восприниматься лишь после 15 мс для частот в полосе 1000-2000 Гц и лишь спустя 60 мс — для частот ниже 500 Гц. Это явление называется инерционностью слуха. Инерционность слуха связана с устройством базилярной мембраны. Кратковременные звуковые всплески не могут заставить мембрану резонировать на нужной частоте, а значит, мозг не получает информа­цию о высоте тона при очень коротких звуках. Минимальное время, требуемое для распознавания высоты тона, зависит от частоты звукового сигнала, а точнее — от длины звуковой волны. Чем выше частота звука, тем меньше длина звуковой вол­ны и тем меньше инерционность слуха, т.е. тем быстрее мозг улавливает звуковые колебания.

 

Sonic Science: высокочастотный тест слуха

Ключевые понятия
Звук
Частота
Шаг
слух

Введение
Вы когда-нибудь задумывались, почему у некоторых взрослых возникают проблемы со слухом по мере взросления? Потеря слуха, как правило, становится более серьезной с возрастом. Но является ли потеря слуха причиной того, что все звучит мягче, или одни звуки становятся труднее услышать, чем другие?

Некоторые охранные компании в последнее время начали производить машины, предназначенные для того, чтобы издавать раздражающий звук, мешающий подросткам бездельничать возле магазинов и магазинов.Подростков эффектно отгоняют, а многие взрослые вообще не слышат этот звук! Все стало еще интереснее, когда некоторые дети поняли, что могут использовать эту технологию против старших, превратив звук в рингтон. Учащиеся с мелодией звонка могут получать текстовые уведомления во время урока, и многие учителя или администраторы ничего не заподозрят.

В этом эксперименте мы выясним, какие добровольцы способны слышать эту звуковую частоту. Мы также исследуем биологическую основу того, почему одни слушатели легко слышат звук, а другие воспринимают только тишину.

Фон
Звук состоит из волн давления, которые колеблются , или чередуются между сжатием и растяжением среды или материи, они проходят через (в нашем случае воздух) с определенной частотой или скоростью. Чем выше частота, с которой колеблется звуковая волна, тем выше высота тона результирующего звука, который вы слышите, когда эта волна достигает ваших барабанных перепонок. Восприятие высоты тона вашим мозгом зависит от того, сколько компрессий изменяет ощущения барабанной перепонки в секунду.Волна, создающая звук стандартного свистка, колеблется с относительно высокой частотой, поэтому результирующий звук получается очень высоким. Урчание двигателя грузовика производится низкочастотными колебаниями, поэтому мы слышим его как очень низкий звук.

Люди рождаются способными слышать широкий диапазон частот, но мы, конечно же, не можем слышать все, особенно звуки в верхней части частотного спектра! Рассмотрим собачьи свистки, которые собаки могут слышать, а мы — нет.Это потому, что уши собак эволюционировали, чтобы обнаруживать такие высокочастотные звуки. Точно так же недавно было обнаружено, что слоны общаются на больших расстояниях, используя сверхнизкочастотный звук, который мы также не можем слышать.

Материалы
• Ноутбук или mp3-плеер с динамиками
• Звуковой файл звонка Mosquito, который можно загрузить с веб-сайта Национального общественного радио.
• Несколько волонтеров. Постарайтесь включить как можно более широкий возрастной диапазон, включая людей моложе и старше 25 лет.
• Бумага
• Карандаш или ручка

Подготовка
• Загрузите звуковой файл NPR Mosquito.
• Загрузите звук в музыкальный проигрыватель на вашем устройстве. Убедитесь, что динамики устройства включены.

Процедура
• Воспроизведите звук для себя. Ты слышишь?
• Воспроизведение звука для каждого добровольца. Попросите каждого добровольца устно подтвердить, может ли он или она слышать звук.
• Запишите свои результаты — возраст добровольцев и то, слышат ли они звук. Что вы заметили в связи между возрастом ваших добровольцев и их способностью слышать звук? Как вы думаете, о чем говорят эти данные?
Extra: Протестируйте столько добровольцев, сколько захотите. Чем больше добровольцев вы протестируете, тем больше у вас будет данных о том, как потеря слуха прогрессирует с возрастом. Используя ваши данные, можете ли вы узнать, каков возрастной порог, установленный производителем для того, чтобы слышать звук?
Extra: поиск в Интернете образцов других высокочастотных звуков.Попробуйте послушать эти частоты в килогерцах (кГц) на YouTube: 16 кГц и 15 кГц. (Обязательно измените качество звука на HD 720p, щелкнув значок шестеренки, чтобы эти высокочастотные звуки не отфильтровывались сжатием звука Youtube). Если кто-то из ваших добровольцев не мог слышать звук комара, когда вы играли для него, узнайте, могут ли они слышать эти звуки вместо этого. Могут ли? Запишите свои результаты. Можете ли вы оценить частоту звука Москита в кГц, взглянув на свои данные?
Дополнительно: Если вы сами слышали звук комара, вы можете проверить свой абсолютный предел способности слышать высокочастотные звуки, постепенно прослушивая звуки с еще более высокими частотами. Если вы не слышите звук Mosquito, вы все равно можете проверить свои пределы, начав с более низкой частоты и продвигаясь вверх. Частота YouTube 12 кГц может быть хорошим звуком для начала.

Наблюдения и результаты:
Ваши результаты могут отличаться, но вы, вероятно, обнаружили, что пожилые добровольцы реже обнаруживали звук комара. Добровольцы в возрасте 20 лет должны были слышать этот звук. Добровольцы в подростковом возрасте и дети-добровольцы должны были легко слышать звук.

Частота звука измеряется в герцах (Гц) или циклах в секунду. Один кГц равен 1000 Гц. Средний взрослый человек способен слышать звуки в диапазоне от 0,02 до 16 кГц. Звук комара имеет частоту 17,4 кГц, что делает его довольно трудным для восприятия некоторыми группами населения. Неудивительно — звуковая волна, создаваемая прослушанной записью, сжимает и растягивает воздух со скоростью 17 400 раз в секунду. Вот что ты слышишь, если вообще слышишь!

У старшей возрастной группы, вероятно, были проблемы со слухом Mosquito, потому что с возрастом наша способность слышать высокие частоты ослабевает. Этот процесс называется пресбиакузисом, начало которого иногда можно наблюдать у людей в возрасте 18 лет. Пресбиакузис возникает в результате естественного старения клеток в наших ушах, поэтому не стоит беспокоиться. Пресбиакузис сильно отличается от потери слуха, вызванной шумом , которая возникает в результате острого или продолжительного воздействия очень громких шумов. Например, когда вы находитесь на очень громком концерте, волосковые клетки в вашем ухе могут чрезмерно стимулироваться. В ответ организм посылает кислород в эту область уха, что приводит к окислительной гибели клеток.Любопытно, что потеря слуха, вызванная шумом, обычно затрудняет восприятие низких частот, например, между тремя и шестью кГц, в то время как пресбиакузис постепенно подрывает нашу способность слышать более высокие частоты в целом.

Пресбиакузис неизбежен, но вы можете предпринять шаги, чтобы избежать потери слуха, вызванной шумом, например, носить беруши на концертах и ​​поддерживать громкость в наушниках на разумном уровне.

Еще для изучения
Высокочастотный тест слуха от Education.com
Как распространяется звук? от Education.com
Защитите свой слух! от Education.com
Рингтон, предназначенный для глухих ушей , от New York Times
Подростки превращают «Отпугиватель» в рингтон для взрослых , от Национального общественного радио

Это задание было предложено вам в сотрудничестве с Education.com

Что такое высокочастотная потеря слуха? | Услуги слуховых аппаратов в децибелах


Один из наиболее распространенных видов потери слуха связан с возрастом.Этот тип потери слуха, известный как пресбиакузис, затрудняет восприятие высокочастотных звуков.

Высокочастотная потеря слуха также может быть вызвана:

  • Воздействие громких звуков.
  • Генетика.
  • Ототоксичность.
  • Болезнь.

Потеря слуха на высоких частотах приводит к тому, что человек плохо слышит звуки в диапазоне от 2000 до 8000 Гц. Это означает, что они плохо слышат голоса женщин и маленьких детей, а также звуки с, х или ф.

Как измеряется звук

Звук распространяется волнами и измеряется по частоте и амплитуде.
Амплитуда — это показатель силы волны. Измеряется в децибелах (дБ). Чем громче звук, тем выше будет число децибел. Обычные разговоры измеряются примерно на уровне 65 дБ.

  • Воздействие звука свыше 85 дБ (оживленный трафик Таузенд-Оукс) может привести к повреждению в течение 8 часов.
  • Воздействие звука свыше 100 дБ (мотоцикл) может привести к повреждению в течение 15 минут.
  • Воздействие звука свыше 120 дБ (бензопила) может привести к повреждению

Частота — это количество звуковых колебаний в секунду. Измеряемое в герцах (Гц), здоровое ухо может слышать широкий диапазон частот, от очень низких (20 Гц) до очень высоких (20 000 Гц).

Звуки, которые вы можете услышать

С возрастом стареют и наши внутренние уши. Из-за этого есть определенные звуки, которые мы просто не можем слышать, когда становимся старше. Перейдите по ссылкам ниже и посмотрите, слышите ли вы звуки, связанные с вашим возрастом.
8000 Гц должны быть хорошо слышны всем людям с нормальным слухом


Людям старше 50 лет тяжело слышать частоту 12 000 Гц
Людям старше 40 лет сложно услышать частоту 15 000 Гц
17 400 Гц — это частота, которую могут слышать только подростки. Большинство людей старше 18 лет не слышат этот сигнал 
Слышали ли вы все звуки, связанные с вашей возрастной группой? Хотя это может указывать на то, что вы испытываете потерю слуха, эти онлайн-тесты слуха также зависят от множества переменных.Возможно, у вас отключена настройка громкости или используемые вами динамики могут работать тише, чем другие.
Если вас беспокоят результаты, сейчас самое время обратиться к аудиологу из Thousand Oaks. Они проведут реальную проверку слуха и определят ваш точный тип и степень потери слуха. После получения этой информации аудиолог из Thousand Oaks может помочь вам разработать индивидуальный план лечения.

Высокочастотная потеря слуха – См. симптомы, причины и лечение

Люди с высокочастотной потерей слуха не могут слышать звуки на более высоких частотах.

Что такое высокочастотная потеря слуха?

Высокочастотная потеря слуха — это потеря слуха, при которой вы не можете слышать звуки, возникающие на верхних частотах, то есть на частотах 2000 Гц или выше. Эти звуки также называют более высокими звуками или высокими звуками.

Определенный тип потери слуха на высоких частотах называется потерей слуха на лыжах, так как на аудиограмме он имеет форму лыжного спуска.

Симптомы высокочастотной потери слуха

Люди с высокочастотной потерей слуха могут иметь проблемы с пониманием женских и детских голосов и испытывать трудности при прослушивании пения птиц или других высоких звуков, например.грамм. высокие звуки при прослушивании музыки.

Высокочастотная потеря слуха также затрудняет слышимость разговоров в больших группах, в шумных местах или в местах с фоновым шумом. Люди с высокочастотной потерей слуха также могут с трудом понимать обычную речь, потому что у них могут быть проблемы со слухом согласных букв, таких как F, H, S.

Причины высокочастотной потери слуха

Причинами высокочастотной потери слуха могут быть возраст, шум, болезни или инфекции.Это также может быть вызвано генетическими факторами. Высокочастотная потеря слуха, как правило, представляет собой сенсоневральную потерю слуха, которая обычно вызывается повреждением волосковых клеток во внутреннем ухе, которые воспринимают звуки и преобразуют их в сигналы, которые передаются в мозг по слуховым нервам.

Если вы подозреваете, что у вас может быть высокочастотная потеря слуха, мы рекомендуем вам проверить слух у специалиста по слуховым аппаратам.

Лечение высокочастотной потери слуха

Высокочастотную потерю слуха можно определить с помощью проверки слуха.Высокочастотная потеря слуха обычно лечится с помощью слуховых аппаратов.

Если вы считаете, что у вас высокочастотная потеря слуха, вам следует обратиться к семейному врачу или специалисту по слухопротезированию.

Подробнее: Что такое потеря слуха от укуса печенья?

Неслышимые высокочастотные звуки влияют на мозговую деятельность: гиперзвуковой эффект

Хотя общепризнано, что человек не может воспринимать звуки в диапазоне частот выше 20 кГц, вопрос о том, может ли наличие таких «неслышимых» высокочастотных составляющих влиять на акустическое восприятие слышимых звуков, остается без ответа.В этом исследовании мы использовали неинвазивные физиологические измерения реакций мозга, чтобы получить доказательства того, что звуки, содержащие высокочастотные компоненты (ВЧС) выше слышимого диапазона, значительно влияют на мозговую активность слушателей. В качестве естественного источника звука мы использовали чрезвычайно богатую ГФК с нестационарной структурой музыку гамелана Бали, разделив ее на две составляющие: слышимую низкочастотную составляющую (НЧЧ) ниже 22 кГц и ВЧЧ выше 22 кГц. Электрическая активность мозга и региональный мозговой кровоток (rCBF) измерялись как маркеры активности нейронов, когда испытуемые подвергались воздействию звуков с различными комбинациями LFC и HFC.Ни один из испытуемых не распознал HFC как звук, когда он был представлен отдельно. Тем не менее, спектры мощности альфа-диапазона спонтанной электроэнцефалограммы (альфа-ЭЭГ), зарегистрированной в затылочной области, статистически значимо увеличивались, когда испытуемые подвергались воздействию звука, содержащего как ГЧХ, так и ЛЧЧ, по сравнению с идентичным звуком из других областей. из которого был удален ГФУ (т.е. только ЛФУ). Напротив, по сравнению с исходным уровнем, не было очевидного усиления альфа-ЭЭГ, когда HFC или LFC предъявлялись отдельно.Измерения позитронно-эмиссионной томографии показали, что, когда HFC и LFC предъявлялись вместе, rCBF в стволе мозга и левом таламусе значительно увеличивался по сравнению со звуком без HFC выше 22 кГц, но в остальном это было идентично. Одновременные измерения ЭЭГ показали, что мощность затылочных альфа-ЭЭГ достоверно коррелировала с rCBF в левом таламусе. Психологическая оценка показала, что испытуемые считали звук, содержащий ГФУ, более приятным, чем тот же звук, но без ГФУ.Эти результаты свидетельствуют о существовании ранее неизвестной реакции на сложный звук, содержащий определенные типы высоких частот выше слышимого диапазона. Мы называем это явление «гиперзвуковым эффектом».

Высокочастотная потеря слуха: могут ли помочь слуховые аппараты?

Несколько лет назад мне поставили диагноз высокочастотная потеря слуха и сказали, что слуховые аппараты, вероятно, не помогут. Со всеми новыми технологиями в слуховых аппаратах я теперь кандидат?

Ответ Синтии Хоган, доктора философии.Д.

Да. Производители слуховых аппаратов продолжают совершенствоваться, разрабатывая слуховые аппараты, которые более эффективны при всех типах потери слуха, включая высокочастотную потерю слуха.

Появление цифровых технологий в середине 1990-х привело к значительному усовершенствованию слуховых аппаратов. Цифровые слуховые аппараты можно настроить в соответствии с индивидуальной потерей слуха.

В цифровых слуховых аппаратах компьютерный чип преобразует входящие звуки в цифровой код, а затем анализирует и регулирует сигнал в соответствии с вашими конкретными потребностями, выявленными при проверке слуха.Затем сигналы преобразуются обратно в звуковые волны и доставляются к вашим ушам. В результате получается звук, более точно адаптированный к вашей потере слуха.

Некоторые дополнительные усовершенствования цифровых слуховых аппаратов включают:

  • Лучшее управление обратной связью (свистом)
  • Лучшее шумоподавление
  • Улучшенная автоматическая регулировка громкости
  • Возможность подключения к устройствам с беспроводной технологией Bluetooth, таким как мобильные телефоны и планшеты

Слуховые аппараты открытой посадки оставляют ваш слуховой проход хотя бы частично открытым и в настоящее время являются современными средствами для лечения высокочастотной потери слуха.Слуховые аппараты открытого типа нормально пропускают в ухо низкочастотные и среднечастотные звуки, так что усиливаются только высокочастотные звуки.

Чтобы найти лучший слуховой аппарат для вашей ситуации, запишитесь на прием к аудиологу, чтобы проверить слух и обсудить ваши конкретные потребности. Вместе вы можете решить, какие функции будут наиболее полезны для вашей потери слуха.

Поскольку привыкание к слуховому аппарату может занять некоторое время, в большинстве штатов предусмотрен как минимум 30-дневный пробный период, в течение которого вы можете опробовать слуховой аппарат и вернуть его, если он вас не устроит.За пробный период может взиматься плата.

С

Синтия Хоган, доктор философии.

Получите самую свежую медицинскую информацию от экспертов Mayo Clinic.

Зарегистрируйтесь бесплатно и будьте в курсе научных достижений, советов по здоровью и актуальных тем, связанных со здоровьем, таких как COVID-19, а также экспертных знаний по управлению здоровьем.

Узнайте больше об использовании данных Mayo Clinic.

Чтобы предоставить вам наиболее актуальную и полезную информацию, а также понять, какие информация полезна, мы можем объединить вашу электронную почту и информацию об использовании веб-сайта с другая информация о вас, которой мы располагаем. Если вы пациент клиники Майо, это может включать защищенную информацию о здоровье.Если мы объединим эту информацию с вашей защищенной медицинской информации, мы будем рассматривать всю эту информацию как информацию и будет использовать или раскрывать эту информацию только так, как указано в нашем уведомлении о практики конфиденциальности. Вы можете отказаться от получения сообщений по электронной почте в любое время, нажав на ссылка для отписки в письме.

Подписаться!

Спасибо за подписку

Наш электронный информационный бюллетень Housecall будет держать вас в курсе самой последней медицинской информации.

Извините, что-то пошло не так с вашей подпиской

Повторите попытку через пару минут

Повторить попытку

26 ноября 2020 г. Показать ссылки
  1. Вебер ПК.Усиление слуха у взрослых. https://www.uptodate.com/contents/search. По состоянию на 28 октября 2020 г.
  2. Flint PW, et al., ред. Усиление слухового аппарата. В: Каммингс Отоларингология: Хирургия головы и шеи. 7-е изд. Эльзевир; 2021. https://www.clinicalkey.com. По состоянию на 28 октября 2020 г.
  3. Потеря слуха. Профессиональная версия руководства Merck. https://www.merckmanuals.com/professional/ear,-nose,-and-throat-disorders/hearing-loss/. По состоянию на 28 октября 2020 г.
  4. Слуховые аппараты.Национальный институт глухоты и других коммуникативных расстройств. https://www.nidcd.nih.gov/health/hearing-aids. По состоянию на 29 октября 2020 г.
Посмотреть больше ответов экспертов

Товары и услуги

  1. Книга: Mayo Clinic on Hear and Balance

.

Высокочастотный компонент – обзор

Лазерное сканирование

Shigeru и Atsuo 46 применили технологию лазерного сканирования для объективной оценки складок шва.Лазерная технологическая система состояла из лазерного измерителя перемещений, подвижного предметного столика с двумя осями, магнитных измерителей перемещений, контроллеров и компьютера. Лазерный сканер обнаружил отражение от сморщенной поверхности с помощью светочувствительного полупроводника. С выходом высоты отражающей точки, рассчитанной по принципу триангуляции, данные о линиях, относительно волнового и мощностного спектров каждой линии, рассчитывались с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Логарифмические спектры мощности использовались для выделения мощности волны на низкой частоте, поскольку мощность волны на высокой частоте очень мала по сравнению с мощностью волны на низкой частоте, а высокочастотная волна важна для оценки. Полоса частот спектров мощности была разделена на три сегмента полосы, а все линии – на три группы. Девять областей были определены разделением частоты и положения. С этими девятью значениями и разделением на пять степеней взаимосвязь была проанализирована с помощью дискриминационного анализа.Было трудно отличить небольшие значения складок от данных объективных измерений.

Парк и его коллеги 49 , 50 и Парк 51 также использовали лазерную технологию для захвата складок швов и их оценки с помощью искусственного интеллекта. Измеритель смещения, состоящий из лазерного диода, может точно измерить профиль поверхности шва независимо от изменений цвета или состояния поверхности. Данные, полученные вдоль линии шва, были преобразованы в спектры мощности в частотной области с помощью БПФ.Спектры мощности создали определенные шаблоны для нейронных сетей, которые оценивали складки швов, имитируя рейтинг AATCC хорошо обученных экспертов-людей. Они обнаружили, что прогнозирование и оптимизация складок шва возможны с использованием подхода, разработанного в их исследовании со свойствами материала и параметрами обработки.

Кавабата 52 и Кавабата и др. 23 использовали метод лазерного сканирования для измерения складок швов и проанализировали сенсорную оценку складок швов с использованием закона Вебера-Фехнера.В их работе геометрическая форма складок измерялась сканирующим лазерным лучом для получения профиля высоты. Сигнал высоты пропускался через фильтр нижних частот с частотой среза 1 Гц (1 Гц эквивалентен 4 см длины волны при скорости сканирования 4 см/с) для устранения влияния более длинной волны на складку. оценка. По сигналу высоты они рассчитали параметр шероховатости поверхности и обнаружили, что сенсорная оценка складок шва соответствует закону Вебера-Фехнера, который гласит, что сенсорное значение пропорционально логарифму величины качества физической стимуляции.На основе вышеизложенной теории они разработали уравнение для объективного прогнозирования складчатости шва. Это был очень важный вклад в открытие почти линейной зависимости между субъективной степенью складчатости и физической величиной.

В 1997 году Фан и его коллеги 22 , 53−57 разработали объективный метод оценки швов на трехмерной поверхности одежды с помощью технологии лазерного сканирования. В этом эксперименте для сканирования швов одежды использовалась коммерческая система трехмерного лазерного сканирования, состоящая из лазерной сканирующей головки, робота-манипулятора, компьютера и специального программного обеспечения для сбора данных.Система трехмерного лазерного сканирования, называемая 3D Model Maker, показана на рис. 4.4.

Цифровые 2D-фильтры использовались для получения профилей складок путем удаления высокочастотных компонентов в профилях швов, которые могли быть обусловлены отдельными нитями ткани или шумом, а также низкочастотными компонентами, которые могли быть вызваны поверхность одежды. Они рассмотрели следующие четыре геометрических параметра, рассчитанных по профилю складчатости:

Среднее смещение от средней величины ( R a )

(4.28)Ra=1N∑i=1Nzi−zi¯.

, где z ( i ) — высота i -го измерения, а N — количество точек измерения.

Дисперсия: по:

(4.30)S=1N∑i=1Nzi−zi¯3/σ3

Заостренность (эксцесс) распределения высоты профиля складок определяется по формуле:

(4.31)K=1N∑i=1Nzi−zi¯4/σ4

Найдено, что логарифм среднего смещения от средней звездной величины (log R a ) и логарифм дисперсии (log σ 2 ) были линейно связаны с выраженностью складок шва. Добавление логарифма асимметрии ( S ) и остроконечности ( K ) распределения высот едва ли улучшило корреляцию. Поэтому Log R a и Log σ 2 были рекомендованы в качестве объективных показателей складчатости шва.

В своем исследовании Фань и Лю использовали в качестве образцов десять мужских рубашек, сшитых из двух разных тканей одинакового веса и плотности: одна из белого полиэстера/хлопка, а другая из хлопка в красно-белую клетку. Они обсудили взаимосвязь между логарифмом дисперсии (log σ 2 ) и субъективной степенью складчатости швов, близкой к четырем частям образца одежды, а именно шву кокетки, шву кармана, шву планки и шву проймы. Отношения показаны на рис. 4.5(а), 4,5(б), 4,5(в) и 4,5(г) соответственно.

Рисунок 4.5. (а) субъективная оценка по сравнению с логарифмом ( σ 2 ) для шва кокетки; (б) субъективная оценка по сравнению с логарифмом ( σ 2 ) для карманного шва; (c) субъективная оценка по сравнению с логарифмом ( σ 2 ) для шва Placket; (d) Субъективная оценка по сравнению с Log( σ 2 ) для шва проймы.

На основании этого исследования 53 были сделаны следующие выводы:

1.

Система трехмерного лазерного сканирования эффективна для захвата поверхности одежды с достаточной точностью и воспроизводимостью для объективной оценки внешнего вида одежды.

2.

Указанный двухмерный полосовой цифровой фильтр эффективен для извлечения профилей складок из отсканированных поверхностей одежды путем удаления «высокочастотных» компонентов из текстуры поверхности ткани и «низкочастотных» компонентов, представляющих силуэт одежды и драпировка.

3.

Субъективно оцениваемые степени складчатости швов одежды линейно связаны с log ( σ 2 ), который можно рассчитать по профилям складок.

4.

Степень складчатости швов одежды может быть объективно оценена путем измерения log ( σ 2 ). Объективная оценка является более точной и воспроизводимой, чем субъективная оценка.

5.

На объективный метод оценки не влияет цвет и рисунок ткани, из которой изготовлен предмет одежды.

Несмотря на то, что в ходе этого исследования был доказан объективный метод, дальнейшая работа по-прежнему считалась необходимой.Система состояла из дорогостоящего оборудования и программного обеспечения. Это все еще может быть слишком дорого для рутинного промышленного применения, хотя это практически осуществимо, когда для испытаний требуется лишь небольшое количество образцов. Требовались дальнейшие усилия, чтобы снизить стоимость системы и сделать ее более надежной для промышленного использования.

Реология округлых клеток млекопитающих при непрерывном воздействии высоких частот

Культура клеток

Клетки HeLa Kyoto дикого типа (любезно предоставленные А. Хайманом, Дрезден) культивировали в среде Игла, не содержащей фенолового красного, с высоким содержанием глюкозы, модифицированной Дульбекко ( DMEM), дополненный 1 мМ пирувата натрия, 4 мМ GlutaMAX (Gibco Life Tech.) и 10% (об./об.) эмбриональной телячьей сыворотки (Sigma Aldrich). Среда содержала 100 единиц мл -1 пенициллина и 10 мкг стрептомицина -1 мл (Gibco Life Technologies). Клетки культивировали в колбах Т-25 при 37 °С с 5% СО 2 в атмосфере. При достижении слияния 70% клетки разделяли. Клетки использовали максимум для 25 пассажей. Линию клеток регулярно тестировали на загрязнение микоплазмой с использованием набора для ПЦР (ATCC ® 30-1012 K ).

Калибровка кантилеверов, чистота и функционализация

Кантилеверы (NP-O, тип A, Bruker), имеющие номинальную добротность 3 и жесткость пружины ≈0.35 Н м -1 были проверены на наилучшую фототермическую реакцию и откалиброваны с использованием метода Садера 44,45 . Для функционализации кантилеверы очищали в 95% серной кислоте в течение 3 мин при комнатной температуре. В это время кантилеверы осторожно перемещали в кислоте. Затем кантилеверы трижды промывали сверхчистой водой (≈18 МОм см -1 ) и сушили, помещая их чипы на прецизионные салфетки (Kimtech Science). После этого их помещали на 10 мин в УВО-очиститель ® (Jelight Company Inc.). После обработки УФО кантилеверы инкубировали в 50 мг мл -1 Конканавалина А (ConA, Calbiochem) в течение 1 ч при 37°С. Затем кантилеверы промывали фосфатно-солевым буфером и сразу же использовали для прикрепления клеток.

Настройка системы

Устройство, сочетающее в себе фототермическую активацию микроконсолей и оптическую микроскопию, использовалось, как описано 15 . Устройство было дополнено z-пьезо столиком (модуль CellHesion ® , JPK Instruments), что позволило точно зажать ячейку между обоими кантилеверами.Нижняя пластина ведомого консольного подшипника была закреплена вакуумной смазкой на фрезерованном на станке с ЧПУ клине с углом наклона 10° и размерами 3,30 × 3,00 × 0,75 мм 3 (Ш × Д × В). Угловой клин позволял считывающему лазеру отражаться от ведомого кантилевера в фотодиод. Клин закрепляли вакуумной смазкой на чашке Петри. Устройство было объединено с инвертированным оптическим микроскопом (Zeiss, Axio Observer), оснащенным камерой OrcaFlash 4.0 (Hamamatsu) и 20-кратным план-апохроматическим объективом с 0.8 NA (Цейсс). Все эксперименты проводились в контролируемой системе окружающей среды 16 для поддержания условий культивирования клеток, контроля температуры (37,0 °C) и регулирования pH с использованием увлажненной газовой смеси на основе синтетического воздуха, содержащего 5% CO 2 .

Измерение клеточной массы

Измерение клеточной массы проводили, как описано ранее 15 . Вкратце, клетки выращивали в 6-луночных планшетах, затем обрабатывали трипсином. Клетки оставляли восстанавливаться в среде для культивирования клеток (см. Методы) в течение 30 минут после обработки трипсином, прежде чем их высевали в чашку Петри (Ibidi-IbiTreat).Чтобы прикрепить округлую ячейку HeLa к кантилеверу, кантилевер, функционализированный ConA, опускали на округлую ячейку до тех пор, пока ячейка не деформировалась на ≈1 мкм, поддерживая на постоянной высоте в течение 2 с. После этого кантилевер и прикрепленную к нему ячейку поднимали на 200 мкм над дном чашки. Вертикальное движение полностью отделяло ячейку от чашки Петри, и расстояние было достаточным, чтобы избежать гидродинамического сцепления кантилевера с дном чашки. Развертку частоты модуляции лазера проводили в диапазоне от 1 кГц до 40 кГц, чтобы определить собственную частоту кантилевера до и после прикрепления клеток.Амплитуда кантилевера была записана для расчета эффективной силы срабатывания фототермического срабатывания (дополнительный рисунок 4).

Измерения клеточной механики

Клеточная механика была охарактеризована после измерения клеточной массы. Перед тем, как привести ячейку, прикрепленную к ведущему кантилеверу, в контакт с ведомым кантилевером, самые свободные концы обоих кантилеверов приводили в контакт. Записав кривую сила-расстояние для главного кантилевера, расстояние между обоими кантилеверами было откалибровано.В дальнейшем на этом расстоянии необходимо было измерить высоту и сжатие зажатой ячейки. От точки контакта с ведомым кантилевером ведущий кантилевер был поднят на 25 мкм. Затем он был расположен в x y , таким образом, чтобы прикрепленная ячейка находилась над свободным концом ведомого кантилевера. Ведущий кантилевер приближали к ведомому до тех пор, пока округлая ячейка не сжималась на ≈1 мкм. Через 5 минут, что позволило клетке адаптироваться к заключению (дополнительный рис.9), мы зафиксировали развертку частоты во всех трех конфигурациях (рис. 2а). В каждой конфигурации лазера было сделано микроскопическое изображение. После измерения главный кантилевер был отодвинут от ведомого кантилевера. Развертка по частоте выполнялась на ведомом кантилевере с начальными положениями лазера.

Анализ передаточной функции

Во-первых, чувствительность к отклонению, которая была записана до измерения массы, использовалась для преобразования записанных напряжений в амплитуды. Было обнаружено, что чувствительность к отклонению обоих кантилеверов в этой установке одинакова (дополнительный рис.{\ast}\) эффективная масса кантилевера. Отсюда была извлечена эффективная частотно-зависимая сила срабатывания \(F(f)\) 17 (дополнительный рисунок 4). Затем были использованы размеры кантилевера (дополнительный рис. 6) для коррекции кривых амплитуды и фазовой характеристики. Эти поправки были получены путем моделирования методом конечных элементов для каждого положения лазера и длины кантилевера на основе микроскопических изображений. Вместе с эффективными силами срабатывания скорректированные кривые амплитуды и отклика были вставлены в уравнение.1, чтобы извлечь передаточную функцию \({g}_{{\rm{c}}}(f)\). Чтобы учесть геометрию ячейки и извлечь модули накопления и потерь из \({g}_{{\rm{c}}}\left(f\right),\), мы использовали модель Comsol (дополнительное примечание 2 и Methods), в котором в качестве параметров используются радиус клетки R и толщина \({h}_{{\rm{{\rm{cort}}}\) клеточной коры. Для \({h}_{{\rm{cort}}}\) мы использовали 200 нм (рис. 4f), тогда как \(R\) рассчитывали по массе клеток m c согласно \(R = \ sqrt [3] {\ frac {3} {4 \ pi} {m} _ {{\ rm {c}}} / {\ rho} _ {c}} \), с \ ({ \varrho }_{{\rm{c}}}\), представляющий плотность ячейки, взятой из исх.{\ бета} $ $

(3)

Применение неограниченной глобальной подгонки (Origin 2018b, OriginLab Co.) к уравнению. 2 и уравнение 3 одновременно подгонялись к двум наборам данных, которые соответствовали мнимой и действительной частям \({g}_{{\rm{c}}}(f)\). Подгонка выполнялась для каждой отдельной ячейки с использованием двумерной оптимизации, которая повторялась с использованием алгоритма Маркварта-Левенберга-Левенберга. Полученные значения являются результатом усреднения параметров одной ячейки (дополнительная таблица 2).{0,5}$$

(5)

, где \(N\) — количество точек данных, \({y}_{j}\) — значение \(j\)-й точки данных и \({\hat{y}}_{j }\) подходящее значение для данной точки данных. Чем меньше расстояние подгонки от данных, тем лучше подгонка. Мера, представленная в уравнении. 5 сродни дисперсии, тогда как мера, представленная в уравнении. 4 менее нарушен выбросами. Эти расстояния были рассчитаны для каждого условия с использованием подгонок, сгенерированных с помощью Python 3.{{\prime} {\prime} }\) мы выполнили t -тест для данных, показанных на рис. 4c, d. Нулевая гипотеза \({H}_{0}\) для теста равна \({H}_{0}:c=0\), где \(c\) является коэффициентом корреляции, т. е. \({ H}_{0}\) не коррелирует. Значение p <0,05 указывает на отклонение этой нулевой гипотезы, при более высоких значениях p \({H}_{0}\) не отвергается. Это означает, что если значение p выше уровня значимости, то нет доказательств альтернативной гипотезы, т.е.т. е. корреляция с \(R\).

Химические возмущения

Химические вещества, используемые для возмущения клеток HeLa, растворяли в диметилсульфоксиде (ДМСО), затем разбавляли в среде для культивирования клеток. За 30 мин до измерения раствор добавляли к среде в культуральной камере, содержащей клетки. Конечные концентрации составляли 500 нМ для латрункулина-А (LatA, Sigma L5163) и 50 мкМ для CK666 (Sigma SML0006).

Наноскопия со стимулированным эмиссионным истощением (STED) для оценки толщины коры

Клетки HeLa в чашке Петри фиксировали 4% параформальдегидом и окрашивали с использованием набора SiR-actin (Spirochrome; SiR-actin 1:1000), установленного на перевернутом Axio Наблюдатель Z1 (Zeiss), оснащенный апохроматом a-Plan Apochrom 100x/1.Масляный объектив 46 NA (Zeiss) и модуль сверхвысокого разрешения STEDYCON (Abberior Instruments). Отдельные клетки отбирали с использованием сканирования с низким разрешением, и срезы с высоким разрешением z записывали в центре клетки. Изображения сверхвысокого разрешения были получены с мощностью 1,8 \({\rm{\mu}}{\rm{W}}\) для лазера стимуляции 640 нм и 0,16 Вт для лазера истощения с максимальным латеральным разрешением 50°. нм. Изображения были получены при частоте строчной развертки 42 Гц и времени задержки пикселя 1 мкс. Каждую линию сканировали пять раз и накапливали сигналы флуоресценции.Полученные изображения подвергались профессиональной деконволюции Гюйгенса (v19.04, Scientific Volume Imaging) с использованием теоретической функции рассеяния точки объектива.

Для оценки толщины коры из STED-изображений вычитали фон, а профили линий в случайных положениях коры получали с помощью ImageJ (Wayne Rasband). Для каждой клетки извлекали 10 профилей линий (интенсивность флуоресценции \(I\) в зависимости от положения \(s\)) в разных местах. Профили линий были аппроксимированы гауссовской

$$I={I}_{0}+{I}_{1}\cdot \frac{{{\exp }}\left[-\frac{4{\ rm {ln}} \ left (2 \ right) {\ left (s- {{\ rm {s}}} _ {0} \ right)} ^ {2}} {{w} ^ {2}} \ right]}{w\sqrt{\frac{\pi}}{4{\rm{ln}}\left(2\right)}}}$$

(6)

где \({I}_{0}\) — смещение сигнала, \({I}_{1}\) площадь пика интенсивности флуоресценции, \({s}_{0}\) центральное положение пика и \(w\) полная ширина на половине максимума.Используя средний параметр \(w\) уравнения. 6 в качестве толщины коры одной клетки, мы извлекли значения 10 отдельных клеток и определили среднее значение и стандартную ошибку (дополнительный рисунок 15).

Для измерения радиуса клетки \(R\) для последующей корреляции с толщиной коры через центр клетки проводили линию, пересекающую кору клетки с двух противоположных сторон. За диаметр принимали расстояние между пиками интенсивности флуоресценции с обеих сторон. Второй диаметр измеряли для той же ячейки, используя линию, ортогональную первой.Усреднив два диаметра и уменьшив результат вдвое, мы получили наноскопию \(R.\)

STED для оценки формы сжатых клеток

Для xz срезов сжатых клеток HeLa была оборудована установка STED с водно-иммерсионным объективом 63x (LCI Plan-Neofluar 63x/1.3 Imm Corr DIC M27, Zeiss). Установка была помещена в камеру контроля окружающей среды (The Cube, Life Imaging Services) для поддержания температуры окружающей среды на уровне 37 °C. Как описано ранее, микрокантилеверы (ACL-TL-10; AppNano) были сформованы в виде клиновидных микрокантилеверов с помощью сфокусированного ионного пучка, чтобы компенсировать внутренний наклон кантилевера на 10° в системе на основе АСМ и обеспечить сжатие клеток HeLa параллельными пластинами 13 .

Клетки HeLa, культивированные, как описано выше, суспендировали в среде STED (DMEM (12800017, Thermo Fisher) с добавлением 20 мМ HEPES (A3724, Applichem)), с добавлением 1 % FCS, осаждали и ресуспендировали в среде STED. Клеткам HeLa давали возможность восстановиться после обработки трипсином в течение 30 мин, а затем пипеткой переносили на чашки Петри со стеклянным дном (WPI), содержащие среду STED с добавлением 1 мкМ SiR-актина и 10 мкМ верапамила (оба спирохром). Для визуализации отбирали соответствующие клетки HeLa, которые имели минимальную площадь контакта с чашкой Петри со стеклянным дном.Интенсивность лазера возбуждения была оптимизирована для каждой клетки, чтобы получить изображения с наилучшим соотношением сигнал/шум. Истощающий лазер был настроен на разрешение xy с длиной волны 100 нм. Для каждой выбранной клетки HeLa были получены два перпендикулярных среза размером xz с центром в клетке. После этого клиновидный кантилевер приближали к ячейкам HeLa до тех пор, пока не было зафиксировано заданное значение относительного отклонения 0,05 В. Затем кантилевер опустили на 1 мкм, и для сжатых клеток HeLa были получены два перпендикулярных и центрированных к клеткам среза размером xz с теми же настройками, что и для несжатых.

Моделирование жесткости ячеек

Для моделирования, показанного на рис. 1e, использовались уравнения движения, основанные на модели пружины-демпфера (вставка, рис. 1e):

$${k}_{{\rm {m}}}{x}_{{\rm{m}}}+{c}_{{\rm{m}}}{\dot{x}}_{{\rm{m}}}- {k}_{{\rm{c}}}\left({x}_{{\rm{s}}}-{x}_{{\rm{m}}}\right)+{m} _{{\rm{m}}}{\ddot{x}}_{{\rm{m}}}={F}_{m}$$

(7)

$${k}_{{\rm{s}}}{x}_{{\rm{s}}}+{c}_{{\rm{s}}}{\dot{x} }_{{\rm{s}}}-{k}_{{\rm{c}}}\left({x}_{{\rm{m}}}-{x}_{{\rm {s}}}\right)+{m}_{{\rm{s}}}{\ddot{x}}_{{\rm{s}}}=0$$

(8)

Мы решили уравнения.7 и 8 с использованием MatLab R2016b. Переменные помечены в соответствии с рис. 1c. За исключением \({k}_{{\rm{c}}}\), которое было выбрано равным 3 мН м -1 , другие константы были взяты из эксперимента. Чтобы смоделировать затвердевание клетки, \({k}_{{\rm{c}}}\) увеличивали до 100 раз в последний момент времени.

Модель ячейки твердая оболочка–жидкое ядро ​​Comsol

Из-за небольшого динамического сжатия ограничивающими микроконсолью предполагается, что ячейку можно смоделировать с помощью модели твердой оболочки–жидкого ядра.Для моделирования использовался модуль механики твердого тела Comsol (Comsol Multiphysics GmbH) в двухмерном осесимметричном режиме. Предполагается, что исходная форма ячейки является сферической, а ее радиус \(R\) рассчитывается на основе заданного пользователем объема ячейки \({V}_{{\rm{c}}}\) (дополнительное примечание 2) . Оболочка была параметризована толщиной коры h cort  = 200 нм. Используется осевая симметрия вместе с ограничением вертикального смещения нижней границы ячейки.Условие нулевой вертикальной деформации действует как \({zy}\)-горизонтальная плоскость симметрии. Следовательно, ячейка будет сжата симметрично сверху и снизу на одинаковую величину. Предполагается, что жидкость внутри ячейки несжимаема, поэтому внутренний объем моделируемой ячейки остается фиксированным для каждого расстояния сжатия Δ . Это делается с помощью глобального уравнения: \(\oint \left(R+u\left(P\right)\right)\cdot n{A}_{{\rm{c}}}-{V}_{ {\rm{c}}}=0\). Это уравнение решает внутреннее давление \(P\), так что внутренний объем, рассчитанный по форме деформированной ячейки \(u(P)\), соответствует \({V}_{{\rm{c}}}\ ) для каждого Δ .Из изначально сферической формы ячейка выдавливается вертикально с помощью контактной нагрузки. Вместо использования контактных поверхностей в Comsol мы смоделировали нагрузку, задав контактную силу на единицу площади в виде \({F}_{A}\propto \theta \left(x-R+d\Delta /2\right )\), где \(\theta\) — единичная ступенчатая функция Хевисайда, а \(d\varDelta\) — управляемый пользователем параметр, описывающий сжатие ячейки. Наконец, силу, действующую на ячейку, можно получить, интегрируя вертикальную силу реакции в области контакта.Пространственная производная силы дает жесткость пружины как функцию расстояния сжатия ячейки, которая используется для корреляции жесткости пружины с жесткостью ячейки (дополнительное примечание 2).

Модель системы консоль-ячейка-консоль Comsol

Вся система консоль-ячейка-консоль была смоделирована с использованием модуля механики твердого тела Comsol. Геометрия кантилевера была спроектирована в SolidWorks 2018 (Dassault Systèmes SolidWorks Corp.) и импортирована в Comsol. Ячейка была смоделирована как сжатая твердая сфера и зацеплена со свободными тетраэдрами (рис.2д, г). Верхние поверхности кантилеверов сначала были объединены в сетку со свободными треугольниками, а затем заметались в толщину. Сила была приложена к консолям в виде равномерной краевой нагрузки на поперечные разрезы линии при \(z=\) 20 \({\rm{\mu}}{\rm{m}}\) (рис. 2б). Консоли моделируются как нитрид кремния (Si 3 N 4 , модуль накопления 250 ГПа) и имеют феноменологическое внутреннее демпфирование, которое соответствует добротности микрокантилевера в жидкости.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.