Hörsel
Från Rilpedia
Hörsel, ett av kroppens sinnen, vars uppgift är att uppfatta ljud. Hörsel studeras inom audiologi och psykoakustik, det förra ämnet behandlar främst de fysiologiska sidorna medan det senare ämnet behandlar de psykologiska sidorna och hörselupplevelsen.
Innehåll |
Så fungerar hörseln
Ljudvågor fångas upp av ytterörat (öronmusslan) och den yttre hörselgången och leds in mot trumhinnan, som sätts i vibration. Rörelsen överförs till innerörat med hjälp av de tre hörselbenen hammaren, städet och stigbygeln till det ovala fönstret, som sitter i ena ändan på hörselsnäckan. Hörselsnäckan består av en snäckformad tunnel, delad i två kanaler (scala vestibuli och scala tympani) av ett par membran, basilarmembranet på vilket sinneshåren (de Cortiska organen) sitter och vestibularmembranet. Hörselsnäckan avslutas med runda fönstret, som liksom ovala förnstret är ett elastiskt membran. När vätskan i hörselsnäckan via ovala fönstret sätts i svängning uppstår vågmönster i vätskan som deformerar basilarmembranet. Deformationen, som ger information om den inkommande signalens frekvens och amplitud, registreras av de Cortiska organen och signalen skickar vidare till hörselcentrum i hjärnan via hörselnerven.
Därifrån finns två teorier om hur vi tolkar ljudet: platsteorin som anger att vågdeformationens placering på basilarmembranet är huvudnyckel till vår tolkning av frekvens, och periodicitetsteorin som anger att relativ tonhöjd analyseras i hjärnan med ledning av periodiciteten hos de nervimpulser som skickas från de Cortiska organen. Ingen av teorierna kan ensam förklara alla hörselns enastående egenskaper och på senare tid lutar vetenskapen åt att de ska kombineras – periodicitetsanalys vid lägre frekvenser, samverkan i mellanregistret och platsanalys vid höga frekvenser.
Hörtröskel och smärtgräns
Genom örats mekaniska konstruktion – resonanser i hörselgången, ”utväxling" via hörselbenen och storleksskillnad mellan trumhinnan och ovala fönstret – är känsligheten för ljud olika vid olika frekvenser. Känsligast är örat mellan 3000 och 4000 Hz. Hörtröskeln (nedre gränsen för hörbarhet) ligger här vid ett ljudtryck på ca 0,00002 N/m2 (20 µPa). Vid låga frekvenser krävs åtskilligt högre ljudtryck för att vi skall uppmärksamma dem.
Örat har av praktisk-historiska skäl ett enormt amplitudomfång där smärtgränsen nås vid ca en biljon gånger högre ljudtryck (stenåldersmänniskan skulle kunna uppfatta det svaga prasslet av en orm i gräset men tåla knallen av ett nära blixtnedslag utan skador på hörseln).
För att få mera hanterliga värden anger man därför istället ljudtrycknivåer i dB (decibel) relativt hörtröskeln. Det är ett logaritmiskt mått på skillnaden mellan valda nivåer. Nu varierar örats känslighet med frekvensen, och för att efterlikna det förses mätinstrument med vägningsfilter. Saken kompliceras av att frekvensgången i örat även är beroende av medelljudnivån av alla toner som förekommer samtidigt. Därför måste man ha olika vägningsfilter vid mätning av svaga ljud, medelstarka ljud, mycket starka ljud. Dessa filter betecknas A, B och C. Dessa är de vanligaste. För speciella ändamål finns ytterligare vägningsfilter. Det vanligast förekommande är A-filtret. För att dB-värdena ska bli meningsfulla krävs att dels 0-värdet är definierat, dels att filtertypen anges. Detta sker genom att tillämplig filtertyp anges inom parentes efter dB. Uttryckt på detta sätt anges smärtgränsen till 120 dB(A) om A-filter används. Detta är dock korrekt endast vid mätning med en enda ton, eftersom A-kurvan är specificerad för svaga ljud. I verkligheten förekommande ljud består sällan av en enda ton, utan är en blandning av många toner med varierande individuell styrka. Därför borde smärtgränsen egentligen mätas med C-filter, när det gäller sammansatta ljud, men det slarvas ofta med detta. Särskilt i populärvetenskapliga sammanhang är man nästan alltid omedveten om att en angivelse av ett "naket" dB-tal utan definition av 0-läge och vägningskurva inte är meningsfullt!
Ovanstående är bara en kort översikt. Problemet är mycket mer komplicerat än så. En utmärkt redogörelse, som går djupt i hithörande mätproblem, finns på engelska Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Phon. Den artikeln innehåller även en rad länkar för ytterligare fördjupning i ämnet.
Frekvensomfång
Som unga kan vi uppfatta ljud mellan 20 och 20 000 Hz, men redan i 20-årsåldern börjar känsligheten för höga frekvenser minska. Försämringen har traditionellt varit tydligare för män än för kvinnor.
I 60-årsåldern brukar man kunna uppfatta toner mellan 20-10 000 Hz. För den oinsatte kan det tyckas som om halva registret är borta men så illa är det inte. Tonskalan är logaritmisk så att en fördubbling av frekvensen representerar en oktav – det är alltså lika många toner mellan 20 och 40 Hz som mellan 10000 och 20000Hz. Följaktligen är bara en oktav av tio borta. Dessutom har akustiska musikinstrument inga grundtoner över 4400 Hz, däröver finns bara övertoner.
För uppfattbarhet av vanligt tal spelar ljud med frekvens under 300 Hz liten roll. En övre gräns på 3 400 Hz räcker för att man på rösten ska kunna känna igen en bekant person, man eller kvinna. Detta är vad man kallar telefonkvalitet. För en fullödig musikupplevelse med en symfoniorkesters alla instrument krävs mer. En övre gränsfrekvens på 10 kHz ger en betydande kvalitetshöjning (det är något bättre än vid radiomottagning på amplitudmodulerad mellanvåg), 15 kHz (rundradions FM-band) riktigt bra. Vuxna människor hör ofta inte ljud med högre frekvenser än så; barn och ungdomar kanske ytterligare högst en ters eller kvint.
Musikälskare med s k guldöron (HiFi-entusiaster) brukar hävda att 20 kHz inte är nog i ljudanläggningar, trots att även deras hörsel är slut så högt upp i frekvens. Paradoxalt nog kan de ha rätt. Även i de bästa ljudanläggningar, och framför allt i själva guldöronen (yttre och inre delar) råder en större eller mindre, men ofrånkomllig olinjaritet. Det innebär att när två eller fler toner av mycket hög frekvens ljuder samtidigt, så bildas genom intermodulation även komponenter som har frekvens lika med skillnaden i frekvens mellan genererande tonerna med frekvens långt över hörbarhetsgränsen. Därmed transformeras skillnaden ner till det hörbara området, och kan faktiskt uppfattas av lyssnaren. Dessa frekvenstransformerade toner är normalt svaga, men har ändå betydelse för helhetsintrycket; musiken blir "naturligare", t o m för "silveröron".
Somliga människor, som påstås omusikaliska, hävdar stundom att "musik låter fult", vilket s k musikaliska människor inte håller med om. Men det kan faktiskt vara så att de "omusikaliska" har olinjära öron, som skapar störande toner med frekvenser som inte stämmer med musikens tonskala. (Jämför Pythagoras komma.) Därför är musik fult i dessa öron. Detta avslöjas aldrig vid traditionella entoniga hörselprov (Békésy-mätning); för det krävs tvåtons-mätningar eller mätningar med ännu fler samtidiga toner. Litteraturen på detta område är mager[källa behövs].
Fokusering och förträngning
Till skillnad från en vanliga ljudmätare så har hjärnan också förmågan att mer eller mindre fokusera eller förtränga ett specifikt ljud. Detta är troligen också ett arv från evolutionen. Stenåldersmänniskor som kunde urskilja och reagera på viss svaga ljud från faror hade större chans att överleva och ta hand om sina barn osv.
