Vår hörsel Vår hörsel är fantastisk! Vid ett telefonsamtal kan vi med hjälp av det första eller två första orden oftast veta vem som ringer Vid normal hörsel kan vi höra: från viskning till öronbedövande ljud varifrån ljudet kommer lågfrekvent muller ex.vis åskmuller högfrekvent ljud ex.vis syrsor eller fågelkvitter
Örat Ljudet i luften samlas upp i örat Leds in till trumhinnan Mellanörat omvandlar mekaniskt trumhinnans rörelse till tryck i innerörats vätskesystem Strömmande vätska böjer hårcellerna Hårcellerna skickar elektrokemiska signaler till hjärnan via hörselnerven Hjärnan bearbetar informationen till vad vi uppfattar som ljud
Något om ljud Ljudvågor Frekvenser Våglängder Ljudtryck Ljudhastighet
Ljudutbredning, våglängd och frekvens En ljudvåg breder ut sig genom tryckvågor som förtätar och förtunnar luften Ljudet breder ut sig i luft med hastigheten ca 340 m/s och i vatten med ca 1450 m/s. (Innerörat är vätskefyllt) Våglängd i m Frekvens i Hz (antal svängningar/sek.)
Våglängden = ljudhastigheten / frekvensen Våglängden i vatten är ca 4,5 gånger längre än i luft. Våglängden vid 1000 Hz är ca 0,34 m i luft och ca 1,45 m i vatten (vätska) Jämför med innerörats storlek - gångvägen i innerörats vätska är ca 32 mm. Det blir 2,2% av våglängden vid 1000 Hz, dvs nästan ingen tryckskillnad i innerörat!
Rörelse i ljudvågen För partiklar i ljudvågen är rörelsen proportionell mot hastigheten (eller trycket) dividerat med frekvensen Vid samma ljudtryck får vi då rörelsen: Frekvens Rörelse i mm 10 1 100 0,1 1000 0,01 10 000 0,001 Rörelsen vid låga frekvenser är stor och vid höga frekvenser mycket liten Jämför med rörelsemöjligheten i trumhinnan och ovala fönstret! Ca 1 mm resp. 1 tiondels mm!
Örats huvuddelar Ytterörat förstärker ljud och hörselgången leder in ljud till mellanörat. Trumhinnan rör sig med ljudtrycket som överför rörelsen (kraften) via mellanbenen till ovala fönstret (14 gånger mindre än trumhinnan, diameter 10 resp. ca 3 mm). Den ökade trycket (kraften) behövs för att röra vätskan i snäckan. Rörelsen i vätskan påverkar hårcellerna som skickar elektrokemiska signaler via hörselnerven till hjärnan som omvandlar signalerna till upplevda ljud.
Örat och hörselgång Örats utformning gör att ljud samlas upp. Mycket höga frekvenser uppifrån och framifrån hörs bättre. Det är ett arv från tiden då vi började gå upprätta och lyssnade efter ljud från brutna grenar och prasslande löv ovanför oss. Våra öron avskiljs akustiskt från varandra av huvudet. Vi får därmed en möjlighet att höra riktningen på ljud inom normala talområdet. Ca 500 Hz -> Vid stor skillnad på hörsel på öronen tappar vi mycket av detta. Detsamma gäller vid hög hörselnedsättning på båda öronen.
Mellanörat Hammaren Städet Stapediusmuskeln Muskeln Tensor tympani Örontrumpetens öppning Stigbygeln Ovala fönstret Ca 2-3 mm i diameter Trumhinnan ca 10 mm i diameter
MELLANÖRAT Ljudvågornas tryckvariationer i luften går in i ytterörat, samlas och förstärks något och går genom hörselgången och når trumhinnan. Rörelsen i trumhinnan överförs (kraften) via mellanbenen till ovala fönstret (14 gånger mindre yta än trumhinnan). Mellanbenen minskar rörelsen och ökar kraften ca 1,3 gånger. Totalt blir trycket i vätskan cirka 20 gånger högre än i luften och rörelsen 20 gånger mindre. Därmed kompenseras mycket av den akustiska skillnaden mellan luft och vätska. När luftljud träffar vatten reflekteras det mesta och endast cirka en tusendel av ljudet går vidare i vattnet Rörelsen i trumhinna och ovala fönstret begränsar och dämpar rörelsen och därmed ljudet vid låga frekvenser. Rörelsen begränsas till ca 1 mm resp. 1 tiondels mm. Vid större rörelse fås dämpning på grund av töjning i membranen.
Skyddsmekanism i mellanörat Muskeln tensor tympani Stapediusmuskeln Vid höga ljudnivåer (över ca 80 db) börjar örats små muskler dra ihop sig. Tensor tympani drar i hammaren som är fäst i trumhinnan och städet (hämmar rörelsen) Stapedius (kroppens minsta muskel) drar i övergången mellan stigbygeln och städet (snedställer stigbygeln och minskar därmed trycket i vätskan, nickande rörelse ) Fullt dragna ger musklerna en skyddseffekt på 30 db i ett normalt öra Reaktionstiden för dragning är någon millisekund Efter ca 1 sekund slakar musklerna och skyddseffekten är borta
Inneröra Ljudet går in via ovala fönstret, in i hörselsnäckans kanal upp till toppen av snäckan och sedan tillbaka till runda fönstret
Balansorganet Balansorganet ligger i samma hålighet som innerörat med samma vätska och samma blodförsörjning
Hörselsnäcka eller Cochlea Tvärsnittet visar ljudets gång i snäckan
Tryckvågen påverkar membran och flöde Vestibular membranet utsättes för tryckvågen och böjs ut något, trycker på tectorial membranet som får vätskan att strömma förbi hårcellerna. Högsta flödeshastigheten i början av flödet. Dessutom böjs basilar membranet ut något. Detta sker med en viss dämpning på grund av förluster vid utböjning och strömnings förluster. Snabba förändringar (höga hastigheter) ger höga förluster. Snabba förändringar svarar mot höga frekvenser Höga ljudtryck ger stora utböjningar i vestibular och i basilar membranen. Sannolikt kompenserar tectorial membranet något för att reducera flödet.
Förenklad kanalbeskrivning. Vi rullar ut kanalen från bas till topp. Vi ser en tryckvåg gå in i kanalen, dämpas något, överför något tryck till returkanalen och slutligen pressar på runda fönstret. Snabba förändringar (höga frekvenser) dämpas tidigt i kanalen medan långsamma (låga frekvenser) dämpas senare i kanalen och i runda fönstret. Höga frekvenser dominerar i början av kanalen och låga i slutet av kanalen. Hjärnan skapar upplevt ljud av de av hårcellerna skickade elektriska signalerna
Ljudets dämpning vid olika frekvenser Skiss på utrullad cochlea (hörselsnäcka) Figuren indikerar basilarmembranets vibration på grund av ljud Höga frekvenser (8, 6, 4, 2 khz) dämpas tidigt medan lägre (1000, 600, 300 Hz) behöver dämpas på en längre sträcka.
Runda fönstrets rörelser överför inget tryck till ovala fönstret. Utrymmet i mellanörat är fyllt med luft (ej vätska) och är tryckutjämnat via örontrumpeten. Låga frekvenser dämpas slutligen ut här (?) Ljudtryckets vågrörelse överförs via hårcellerna till hjärnan och kan därmed analyseras av hjärnan (avancerat)
Hur fungerar ljudet i hjärnan? Hjärnan får en viss frekvensinformation på grund av dämpningen. Höga frekvenser tidigt i cochlean och låga senare. Detta är inte tillräcklig information. Tryckvågens utbredning i cochlean ger hjärnan trycket som funktion av tiden. Detta kan vara den viktigaste informationen som sedan hjärnan bearbetar och får fram ljudet. Sannolikt ger hårcellerna ännu mer information. Frekvenser?? Mekanisk svängning i hårceller? Nej! Möjligen mekanisk elektrisk egensvängning i hårcellerna. (Mina gissningar!)
Vår fantastiska hörsel Trots den begränsade informationen till hjärnan kan den ändå få fram en mycket bra analys av ljudet (till och med absolut gehör!) Fantastiskt! Hur går detta till? Vi kan höra från viskning ca 20 dba till ca 80 dba. Över denna nivå dämpas ljudet något i mellanörat. Skillnaden 60 db innebär en ljudeffektändring av 1 till 1 000 000. Ljudtrycksändring på 1 till 1000. Vi har för närvarande vad jag vet ingen bra förklarning på hur analysen i hjärnan görs.
Örats omfång i frekvens och ljudtrycksnivå Rörelsebegränsningen i främst trumhinna och ovala fönstret påverkar hörbart område vid låga frekvenser. Det krävs höga ljudnivåer för att vi skall kunna uppfatta ljudet i frekvensområdet 20 50 Hz
Vid mycket höga frekvenser begränsas ljudet av överföringen mellan mellanörats ben som ger en viss dämpning. (vibrationsisolering) Vid ca 4 000 förstärks ljudet av stående vågen i hörselgången. (ca 40 mm lång) Talets frekvensområde är 100 6 000 Hz, med vokaler i under ca 500 Hz och konsonanter vid högre frekvenser. Musik omfattar ett något bredare frekvensområde ca 50 15 000 Hz Decibel En dubblering av uppfattat ljud svara mot ca 8-10 db. En dubblering av tryck är lika med 6 db. (= 20*log p)
Örats omfång i frekvens och ljudtrycksnivå
- phonkurvor (lika känslighet) - - - - A-vägt vitt ljud - Vitt ljud = samma ljudtryck vid alla frekvenser - Jämförelse vid 40 resp. 70 phon - Motsvarar ca 45 50 resp. 75-80 dba - dba användes normalt för att grovt karakterisera ljudnivå trots avvikelser främst i lågfrekvent högt ljud. - För utveckling av hörselskador är 500-10 000 Hz det viktigaste området.
Vår hörsel Skillnaden mellan att uppfatta ljud och smärtgränsen är ca 120 db vid 1000 Hz (mitt i talområdet) för mycket bra öron (små barn). Ljudtrycket vid smärtgänsen är 120 db eller 1000 000 gånger högre tryck än vid uppfattbarhetsgränsen. Ett oskadat öra klarar av detta! Frekvensomfånget för oskadat örat är ca 20 20 000 Hz Vi kan identifiera olika personer beroende på små variationer i rösten Vi kan höra varifrån ljudet kommer Normalt för en vuxen är ljudområdet för örat 20 80 db eller en ljudtrycksskillnad på 60 db eller 1000 gånger. (Mellanörat begränsar ljudet med max. 30 db vid höga ljudnivåer.)
Hörselskador Snabba förändringar ger höga strömningshastigheter och höga förluster. (Svarar mot höga frekvenser) Högre ljudnivåer ger också höga hastigheter och höga förluster Ljudvågorna är starkast i början, i närheten av ovala fönstret. Skador på hårcellerna på grund av höga strömningshastigheter kommer därför i början av basilarmembranet och drabbar främst de högsta frekvenserna: typiskt 4 khz och högre frekvenser. De första skadorna kommer på de hårcellerna som skall känna av låga flöden, men som blir värst utsatta vid höga flöden. Förvärras skadan hör vi sämre vid höga frekvenser men även vid något lägre frekvenser. Skador uppträder normalt vid långvarig ljudnivå över 85 dba men även kortvarigt mycket högt ljud ger skador. Exempelvis plåtbearbetning med hammare eller slägga. Varvsarbetare förlorade ofta snabbt sin hörsel. Mycket högt ljud med mer än 1 sek. emellan varje slag!