Örat

Hörandet är ett mycket mer komplicerat och omfattande system än vad de flesta av kunnat ana. Hörseln kan, tillsammans med övriga hjärnfunktioner spela oss ordentliga spratt ibland. Det tycks vara så att man måste befinna sig i speciella känslomässiga lägen för att hjärnan skall ta över lyssnadet från ett statiskt lyssnade till ett känslomässigt lyssnade.

• Ytterörat
  Ytterörat är inte en slumpmässigt formad broskbit. Vad händer om vi inte har några yttre öron bara hål i huvudet?
  Man kan testa genom att hålla händerna kupade runt öronen. Ljudet förstärks. Bara det borde motivera ytterörats existens.
  När vi sätter händerna bakom ytterörat visar mätningar att ljudtrycksnivån ökar ca 5 dB vid de viktiga talfrekvenserna mellan 2000 och 3000 Hz. Alltså är ytterörat ett viktigt delorgan av hela örat.
  Men det är inte nog med det, ytterörat bidrar en hel del till vår möjlighet att lokalisera ljudkällan. De hjälper oss också att urskilja ljud framifrån och bakifrån.
  Vid högre frekvenser blir ytterörat en barriär för ljud bakifrån, vilket skapar en viss riktningsinformation.
  Ett ljud som träffar över eller under örats horisontalplan påverkar också ljudtrycket på trumhinnan genom en kombination av ljud som kommer direkt och ljud som är reflekterat via veck på ytterörat. En stråle går direkt in i öppningen på hörselgången, en annan är reflekterad via vecken i ytterörat. Den direkta och den reflekterade vågen strålar samman i öppningen. En del ljudvågor blir på detta vis lite senare än de direkta vågorna pga den längre färdvägen. Dessa sammanstrålande signaler ligger väldigt nära varandra i tidsplanet. Signaler som ligger så nära varandra kan inte örat uppfatta som två olika signaler utan de läggs ihop till en signal med annan nivå, pga örats konstruktion blir det en nivåsänkning. Ofta uppträder denna sänkning runt 8 khz och används av hjärnan för att bestämma riktningen av ljudet.
  Det hela kompliceras av diffraktion, ljud runt huvud och skuldror mm.
• Hörselgången
  Hörselgången som har en diameter av ca 0,7 cm och ungefär 3 cm lång. Det är en kanal som är stängd trumhinnan. En ljudvågs tryckmaxima inträffar en kvarts våglängd av rörets längd. Dvs 340m/s / 0,03m / 4 = 2833hz. Alltså skulle hörseln ha en hörandetopp vid 2,8khz. Detta är lite osäkert eftersom man inte kan säga var hörselgången akustiskt slutar och ytterörat börjar (= ändeffekt). Orgelbyggare är också medvetna om en ändeffekt som ändrar den effektiva längden av pipan. Pipresonansen förstärker ljudtrycket som in i hörselgången med ungefär 10 dB vid trumhinnan med en topp vid ca 2,8khz

  Mätningar av örat har bevisat fenomenet:
  Den svarta kurvan är pipresonanser och den röda är förstärkning genom huvudets volym mm av den svarta.

• Mellanörat
  Det finns svårigheter med att överföra ljudenergi från luft in i ett kompakt medium som vatten.
  Utan väldigt speciell utrustning kommer ljud skapat i luft att refekteras av vattnet. En sådan överföring medför missanpassning av impedanser till upp mot förhållandet 4000:1, alltså en transformation med extremt låg verkningsgrad.
  Här krävs alltså en impedansomvandling.
  Funktionen i mellanörat liknar två kolvar vars ytor har ett förhållande 27:1 och är förbundna med en hävarm med förhållandet 1.3:1 till 3:1. Detta renderar en mekaniskökning av kraften till mellan 35 och 80 gånger.
  Tidigare sade vi att impedansomvandlingen mellan luften och vätskan i örat är 4000:1 vilket för övrigt motsvarar impedansförhållandet mellan luft och vatte.
  Förhållandet för att matcha dessa två enheter är roten ur 4000 eller ca 63:1. Här ovan ser vi att kraftökningen i mekaniken ligger mellan 35 till 80 gånger. Impendansanpassningen mellan luft och vatten är alltså elegant löst av mekaniken i mellanörat. Systemets känslighet torde ligga på i storleksorningen en luftmolikyl som slår mot trumhinnan.
• Innerörat
  Innerörat består av balansorganet och snäckan. Samma vätska används av båda men deras funktion är oberoende av var andra.
  Snäckan, med en ärtas storlek, är inbakad i ben och upplindad som en havssnäcka, därav namnet. Längden på snäckan är ca 25mm
  Det vätskefyllda delen av innerörat är delat i en övre och en nedre del. Den övre delen öppnas av det ovala fönstret och det tryckutjämnande runda fönstret mot den nedre delen.
  Vibrationer i trumhinnan sätter småbenen i rörelse, vilket orsakar vibrationer i ovala fönstret som orsakar ljudvågor i vätskan i innerörat. När ovala fönstret trycks in kommer runda fönstret att göra motsvarande, pga av vätskepelaren, rörelse utåt mot mellanörat.
  Vid mätningar har man funnit att snäckan har en stående våg motsvarand ca 50hz vilket resulterar i en amplitudtopp som uppträder nära änden längst bort från ovala fönstret.
  När frekvensen ändras kommer positionen på amplitudtoppen att ändras och är väldigt utdragna och kan således inte vara förklaringen till möjligheten att urskilja olika frekvenser. Det måste alltså finnas något annat som hör till nervernas område vilken har effekten att passbanden skärps som ger oss möjlighet att analysera ljudet så bra som vi gör.
  De ca 24000- 30000 hårlika nervterminalerna påverkas av ljudvågorna i vätskan som sedan transporterar signalerna till hjärnan i form av neuron urladdningar. Man kan säga att denna del fungerar som en mikrofon. Enligt mätningar lär denna del återge signalen någorlunda linjärt.
  Den lägsta nivå vi kan höra i den biologiska signalvägen om det inte finns yttre störningar är signalen från en enda av dessa hårliknande sensorer.
  Särskilda amplitutnivåer har dekterats av örat som system vid 50hz, 800hz, 1500hz och vid 2800hz.
• Hjärnan
  Den överföring av ljud som beskrivs här ovan ger upphov till en mängd felaktigheter i överföringen. Det resulterar i en ganska vågig och fasförvriden signal in till hjärnan.
  Hjärnan är ett fantastiskt organ, vid mätningar och försök har man kunnat påvisa att hjärnan själv rättar till det mesta av de fel som uppstår. Men av någon anledning så rättas inte alltid felen lika vid varje tillfälle. Hjärnas känslomässiga läge avgör till stor del hur felaktigheter rättas till. Förmodligen vet inte hjärnan hur en rak signal ser ut. Hjärnan har ju inte någon refferensmikrofon vid sidan av så att säga. Den rättar troligtvis signalen efter en nedärvd mall plus de erfareheter som fylls på under livet fortfarande utan att veta vad som är en rak signal.
  När hjärnan bearbetar ljudsignaler tar inte bara in den nedärvada malle och erfareheter utan den plockar också in lukt, känsel och synintryck när signalen korrigeras.
  Resultatet av detta blir att det knappast finns två människor av alla på Jorden som hör exakt samma av samma signal.
  Hörseln är också det enda sinnesorgan som aldrig sover. När människan sover ligger hörseln ständigt och pejlar av läget runt omkring. Vid minsta fara väcker den oss. Det är därför man använder ex.vis brandlarm i form av ljud i bostäder. Vi vaknar helt enkelt inte av lukt, fladdrande ljus eller små skakningar. Men ljud vaknar vi av just därför att den delen av hjärnan sover aldrig.
• Örats känslighet
  Denna del har jag lånat ute från internet.

  ”Det andra sinnet

  Ingen djupt involverad i ljud skulle våga förneka betydelsen av syn, det så kallade första sinnet, men ett speciellt intresse för hörsel är av naturliga anledningar förståeligt. Vi får lära oss att 83 % av vad vi lär oss kommer via ögonen, och bara 11 % via öronen. Men när vi senare skall återkalla vad vi lärt oss, är en kombination av syn och hörsel vida överlägsen båda.
  Den fenomenala succén för audiovisuell teknik är detta skuld till. Sinnena var otvivelaktigt skapade för att tillgodose våra behov, vart och ett på sitt specifika sett och att hålla det ena för viktigare än det andra är katastrofalt.
  Varje sinne är ett fönster i vår kropp öppet ut mot olika aspekter i vår omgivning, vart och ett med olika information för analys och lämpligt agerande.
  Ljudarbetare kan förlåtas deras speciella intresse i mänskligt öra-hjärna mekanism och det underbara hörselsinnet. Kunskap om det innersta arbetet ifråga om hörsel påverkar direkt det dagliga arbetet, oavsett om det rör sig om elektronik, high fidelity, musik, inspelning, radio eller televisions sändning, ljudförstärkning, akustisk arkitektur, och så vidare. Det påverkar också alla branscher, yrken och aktiviteter som mänskligt tal är inblandat i, vilket torde vara det mesta.

  Örats känslighet

  Hörselns delikata och känsliga natur kan understrykas dramatiskt med ett litet experiment. Du har inte möjlighet att delta i experimentet personligen, men låt fantasin flöda! Den tjocka dörren till ett ljuddött rum öppnas sakta, där inne avslöjar sig extremt tjocka väggar och enmeters kilar av glasull som pekar inåt och täcker alla väggar, tak och det som kallas golv, du går på ett metallnät i luften. En stol bärs in, och du sitter ner. Detta experiment tar tid, och som resultat av det påståendet lutar du dig tillbaka medan du sakta räknar glasullskilarna för att få tiden att gå. Det är riktigt kusligt här inne. Den flod av ljud och oväsen som livet och aktiviteter utsätter oss för, är nu frånvarande vilket vi är skrämmande medvetna om.

  Tystnaden pressar sig på dig gravlikt, tio minuter, en halvtimme. Nya ljud upptäcks, ljud som kommer inne i från kroppen. Först det ljudliga pumpandet från hjärtat. En timme förflyter, ljudet av blodet som forsar fram i ådrorna börjar bli hörbart. Till slut, om dina öron är friska, kommer din tålmodighet att belönas med ett fräsande ljud mellan hjärtpumpandet och vensuset. Vad kan det vara? Jo det är ljudet av luftpartiklar som dunsar mot trumhinnan. Trumhinnans rörelse som resultat av det fräsande ljudet är otroligt liten, bara 1 / 10 av en miljondels mm, eller 1 / 10 av diametern på en vätemolekyl.
  Det mänskliga örat kan inte detektera ljud mindre än regnet av luftmolekyler mot trumhinnan. Detta är tröskeln för hörande. Det finns inget skäl att ha känsligare hörsel än så, för allt ljud med svagare styrka skulle dränkas i ljudet från molekylregnet. Detta betyder att det svagaste möjliga ljudet i luft precis matchar den minsta hörförnimmelsen. Tillfällighet, anpassning, design, du får dra dina egna slutsatser. Å andra sidan kan dina öron reagera på knallen från en kanon, jetplan m.m. utan att öronen kroknar eller blir skadade, utom av de mest intensiva ljuden.
  Örat har förmåga att i viss mån skydda sig mot kraftiga ljud. Musklerna spänns så att vibrationerna i trumhinna och hörselben försvåras (stapediusreflexen)”

  Av Helmer Malmquist
  http://www.hmaudio.se/akustik/akust21.htm

• Sammanfattning
  Den mista rörelse vi kan dektera är alltså när en luftmolekyl träffar trumhinnan. Hinnan rör sig då fram och åter endast med en sträcka som motsvarar en tiondel av en vätemolekyls bredd. Otroligt!
  Men för att vi inte skall bli tokiga av allt ljud finns det som kallas för stapediusreflexen. Reflexen spänner en serie små muskler och på så vis stramar upp rörliga delar i örat. Detta sätter ner känsligehten för tryckvariationer. Dvs hörselns känslighet minskar i takt med ökad nivå i ljudet.
  Stapediusreflexen är dessutm en långsam reaktion. När man varit och lyssnat på en konsert och står på utsidan märker man tydligt att örats känslighet minskat. Det kan ta upp mot en timma innan den är återställd, dvs innan stapediusreflexens muskler släppt sitt tag.
  Om man lyssnar på musik kan man inte höra så små signalskillnder som en ”tiondel av en vätemolekyl”. Då är det musikens nivå som avgör minsta detalj man kan höra. Dels så fixar stapediusreflexen en del och dels så maskerar den de högre nivåerna i den komplicerade ljudsignalen de mindre signalerena. Fler signaler som ligger nära varandra kan inte heller örat höra som skilda signaler utan lägger ihop det till en signal. Mer om detta på annan plats.