functieleer H3.3 gehoor

geluid & 3 eigenschappen van een geluidsgolf

geluid = de ritmische samendrukking van luchtmoleculen (trillingen) tot een golf, en die golf beweegt zich voort via een bepaald medium (lucht, water, aarde, etc.)

een geluidsgolf heeft 3 eigenschappen:

• frequentie = hoe vaak een cyclus/golf herhaalt per seconde → dit bepaalt de toonhoogte en wordt weergegeven in hertz (Hz)
  Hoe hoger de frequentie, hoe hoger de toon.

• amplitude = het verschil tussen het hoogste en laagste punt van een geluidsgolf → dit bepaalt het geluidsvolume en wordt uitgedrukt in decibels (dB). dB is een logaritmische schaal → als iets 3 dB hoger wordt, dan wordt het dus dubbel zo groot.
  Hoe hoger de amplitude, hoe hoger het volume.

• timbre (complexity) = het aantal verschillende componenten van een geluid → bepaalt de klankkleur/het unieke karakter van het geluid. De meeste geluiden zijn een mix van verschillende golven (met verschillende frequenties/amplitudes). Timbre bestaat uit boventonen & grondtonen → de boventonen zijn een meervoud van de grondtonen (dus grondtoon 100Hz geeft boventonen 200Hz, 300Hz, etc.) → de relatieve sterkte van de boventonen bepaalt de kleur van het geluid.

de gehoordrempel

hoeveel energie (dB) een geluid moet hebben zodat het net hoorbaar is.

Voor een gezond persoon ligt de drempel bij 1000Hz → daarom is dit gelijkgesteld aan 0dB. Als je een toon met een veel hogere/lagere toonhoogte (Hz) wil horen, moet je het geluidsvolume (dB) hoger maken. 

Mensen zijn het gevoeligst voor geluiden tussen 1000-4000 Hz. Spreken valt binnen deze toonhoogtes → het menselijk gehoor is dus afgestemd om spraak te verstaan

Met de leeftijd verlies je de hogere tonen (frequenties).

onderdelen van het oor + functie

1. het buitenoor
   - oorschelp: vangt de geluidsgolven op & versterkt deze
   - gehoorgang: brengt de geluidsgolven verder het oor in naar het trommelvlies
   - trommelvlies: geluidsgolven botsen tegen het trommelvlies aan

2. het middenoor
   - hamer (Malleus): het trommelvlies trilt hiertegenaan en de hamer versterkt het geluid
   - aambeeld (Icus): de hamer geeft het geluid door en het aambeeld versterkt het weer
   - stijgbeugel (Stapes): het aanbeeld geeft het geluid door en de stijgbeugel versterkt het weer
   - het middenoor versterkt in totaal het geluid met 20 dB.

3. het binnenoor
   - ovale venster: de opening van het slakkenhuis → de voet van de stijgbeugel trilt tegen het ovale venster aan en het ovale venster geeft die trilling weer door
   - het slakkenhuis (Cochlea): bestaat uit vloeistof + het basilair membraan met haarcellen.
   Het basilair membraan gaat bewegen door de drukgolven (trilling) in de vloeistof. De beweging van het membraan is uniek voor de frequentie → door de beweging worden bepaalde haarcellen geactiveerd en gaan ze vuren → dit zorgt ervoor dat je geluid hoort

4. de primaire auditieve cortex (A1): via de gehoorzenuw wordt de informatie doorgegeven aan A1.

het waarnemen van toonsterkte, toonhoogte & locatie van geluid

toonsterkte: bij een hogere amplitude wordt het trommelvlies meer doorgebogen → dit wordt doorgegeven via de gehoorbeentjes en zorgt voor meer verschuiving van de vloeistof in het basilair membraan → hierdoor gaan meer haarcellen vuren & gaan ze ook harder vuren

toonhoogte: wordt bepaald door 2 principes (2 type cellen)

• plaatsingsprincipe (bij hoge tonen): de plaats van de (maximale) beweging van het basilair membraan is afhankelijk van de frequentie. Bij complexe tonen kan het membraan op verschillende plaatsen bewegen.
  tonotope organisatie = hogere tonen produceren golven die een kleinere afstand afleggen dan lage tonen → hoe lager de frequentie, hoe verder de beweging op het membraan → en de haarcellen die onder dat membraan zitten, zitten dus ook op een specifieke toonhoogte (de plek = de toonhoogte). De primaire auditieve cortex heeft ook tonotope organisatie.

• frequentieprincipe (bij lage tonen): de snelheid van vuren is de maat voor de frequentie. Dus 300 keer vuren = 300 Hz.
  salvoprincipe = individuele cellen kunnen niet meer dan 1.000 Hz vuren, maar toch kan je tot 20.000 Hz horen → cellen die dichtbij elkaar liggen wisselen elkaar daarom af (als de ene vuurt, laadt de andere op)

geluidslokalisatie

We kunnen geluiden lokaliseren in een ruimte → dit gebeurt op het niveau van de hersenstam. Dit is mogelijk omdat je 2 oren hebt.

De hersenen berekenen zo 2 dingen: in welk oor het geluid sneller aankomt & in welk oor het geluid harder is. In het horizontale vlak (links-rechts) heb je 2 cues waarmee je met 1-2 graden geluid kan lokaliseren:

• interaural level difference (ILD) = meet het verschil in luidheid tussen de 2 oren. ILD is het meest effectief voor hoge frequenties vanwege het geluidsschaduweffect: geluiden met een hoge frequentie worden “geschaduwd” door objecten → ze buigen dus niet om het hoofd heen, waardoor ze aan de ene kant blijven hangen en het daar dus luider is.

• interaural time difference (ITD) = meet het verschil in aankomsttijd van een geluidsgolf in elk oor. ITD is het meest effectief voor lage frequenties omdat deze geluidsgolven wel goed om objecten heen buigen → het geluid wat moet buigen komt daarom iets later aan (microseconden verschil)

model van Jeffres: in de hersenstam (olijfkernen) zitten gespecialiseerde neuronen die verschillende ITDs (locaties) kunnen detecteren

onder water kan je geluid slecht lokaliseren omdat ITD en ILD te klein zijn omdat water geluid snel geleidt en niet dempt

de kegel van verwarring (cone of confusion)

binaurale cues (ITD en ILD) geven alleen informatie over of iets links of rechts van je is. Het geeft geen informatie over hoe hoog (elevatie) of hoe ver (afstand) het geluid is.

De kegel of verwarring is een kegelvormig gebied waar het geluid mogelijk vandaan had kunnen komen op basis van de ITD en de ILD.

toch worden er weinig fouten gemaakt vanwege:

• de oorschelp heeft een bepaalde vorm, die filtert als het ware het geluid, en brein weet dat dat anders is voor geluid van boven of onder… terwijl daar ITD en ILD hetzelfde zijn. Als je bijvoorbeeld de oorschelp verandert, dus oren van iemand anders geven, dan ‘klopt’ het filter niet meer en lokaliseer je verkeerd.

• echo: ver of dichtbij heeft andere echo’s. Dichtbij het geluid hoor je eerder het directe geluid, daarna pas de echo. Verder af van het geluid hoor je steeds meer echo en minder van het directe geluid.

• hoofdbewegingen: je kan je hoofd draaien naar de geluidsbron.

visuele cues: het buiksprekerseffect = wanneer je denkt dat geluid ergens vandaan komt, lijkt het net alsof het daar echt vandaan komt terwijl het in werkelijkheid bijv. ergens anders vandaan komt → meestal klopt het wel en helpt het dus.

bijv. buikspreker -> je denkt dat de pop spreekt omdat je ziet dat de pop aan het "praten" is -> in werkelijkheid is het de buikspreker

gehoorstoornissen

• conductiedoofheid (geleidingsdoofheid) = de gehoorbeentjes slijten en worden stugger → hierdoor wordt het geluid minder goed versterkt. Dit is te verhelpen met een gehoorapparaat

• tijdelijke drempelverschuiving (maskering) = door het horen van te harde geluiden, hoor je zachte geluiden niet meer

• tinnitus = oorsuizen

• sensorineurale doofheid = beschadiging van het midden- en binnenoor (haarcellen), waardoor neurale signalen niet meer goed worden doorgegeven. De haarcellen van de hoge frequenties raken het eerst beschadigd, omdat zowel de hoge en lage frequenties langs deze haarcellen komen -> de hoge frequenties komen niet meer bij de haarcellen van lage frequenties, dus die lijden minder -> je krijgt dus eerder sensorineurale doofheid voor hoge tonen

een cochleaire implantaat kan geheugenverlies helpen verminderen → het bootst de functie van het slakkenhuis na, maar heeft geen tonotopische organisatie. In het buitenoor wordt een microfoon geplaatst die golven omzet naar elektrische signalen. Spraak is goed te verstaan, maar muziek niet.