Vår hörsel

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
• 10
• 100
• 1000
• 10 000
Rörelse i mm
1
0,1
0,01
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
Stapediusmuskeln
Muskeln tensor tympani
• 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!