Hören wie unter Wasser? - Impedanzanpassung

Wer sich schon einmal unser Innenohr angeschaut hat, ist vielleicht über folgendes Problem gestolpert: die physikalischen Stimuli, die als Töne oder Geräusche an unser Ohr dringen, befinden sich in den meisten Fällen in der gasförmigen Phase (der Luft), in unserem Hörorgan (der Cochlea) befindet sich aber eine Flüssigkeit (die Perilymphe). Wie ist es überhaupt möglich zu hören, wo doch die Schallwellen auf die träge Flüssigkeit stoßen?

Wer den Versuch einmal machen möchte, der kann gerne beim nächsten Besuch im Freibad mit einem Freund ins Wasser gehen. Einer hat den Kopf unter Wasser und der andere stellt ihm eine Frage. Vielleicht bekommst du gerade noch so mit, dass da jemand spricht, aber verstehen wirst du es sicher nicht. Das liegt daran, dass Schallwellen, die von der gasförmigen auf eine flüssige Phase treffen zu 98% reflektiert werden. Lediglich 2% pflanzen sich im Wasser weiterhin fort.

Irgendwie müssen die Schallwellen verstärkt werden, bevor sie in die Cochlea geleitet werden. Hier kommen nun die Gehörknöchelchen und das Trommelfell ins Spiel. Ihnen obliegt die so genannte Impedanzanpassung. Das ist der wissenschaftliche Ausdruck für die Übertragung der Schallwellen zwischen Medien.

Folgen wir dem Weg der Töne bis zu den rezipierenden (empfangenden) Nervenzellen in der Cochlea. Die Schallwellen treffen auf das Trommelfell (a). Dieses gerät in Schwingungen und überträgt diese auf, von Muskeln gehaltenen, Hammer (b). Dieser auf den Amboß (c) und von dort auf den Steigbügel (d). Bisher befinden wir uns noch immer in der Luftphase. Dies ändert sich aber mit dem anschließenden ovalen Fenster, auf das der Steigbügel aufliegt. Hinter dieser Membran befindet sich nun die mit Perilymphe (einer physiologischen Flüssigkeit) gefüllte Cochlea. In dieser "Hörschnecke" befinden sich haarartige Nervenzellen, die Schallwellen in Nervenimpulse umwandeln können.

Wie kommt es nun zur Verstärkung des Schalles? Das Trommelfell hat eine Fläche von etwa 55mm². Die Membran des ovalen Fensters (auf der der Steigbügel sitzt) ist hingegen nur ca. 3,2mm² groß. Da für den Druck die Beziehung "Kraft pro Fläche" gilt, ist der Druck um so größer, je kleiner die Fläche ist. Es findet also, durch den Flächenunterschied der beinden Membranen, eine 22fache Verstärkung der Schallwellen statt. Hieran ist auch die mechanische Wirkung des langen Hammers (Hebelwirkung) auf die beiden folgenden Knöchelchen beteiligt. Nur durch diese Schallverstärkung wird es uns überhaupt möglich ein relativ großes Geräuschespektrum wahrzunehmen.


Zum Schluß noch zwei, aus meiner Sicht, interessante Fakten: Wenn wir einen Schrei von uns geben, erfolgt der so genannte Prävokalisationsreflex ("vor dem Sprechen"). Hierbei kontrahieren die Muskeln der Gehörknöchelchen. Da bei einem Schrei von einer hohen Lautsärke ausgegangen werden kann, soll so das Trommelfell und das Innenohr vor Schäden geschützt werden.
Der zweite Punkt betrifft die Entstehung der Gehörknöchelchen. Wie uns die spezielle Zoologie gezeigt hat, sind die Knöchelchen und die darumliegenden Muskeln die Überreste des Unterkiefers unserer früheren Meeresbewohnenden Vorfahren. Doch dies ist eine ganz andere Geschichte und wenn ihr wollt, erzähl ich sie euch.



Bildnachweis:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/32/Trommelfell.png
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Kommentare:

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