Schall und Gehör kHz KAD 2007.03.26.

Präsentation zum Thema: "Schall und Gehör kHz KAD 2007.03.26."—  Präsentation transkript:

1 Schall und Gehör kHz KAD

2 Schall – mechanische Welle : periodische Auslenkungen von Materieteilchen breiten sich räumlich in einem (elastsichen) Medium aus – longitudinale Welle – transversale Welle (nur in Festkörper) u(x,t): Auslenkung der Materieteilchen, Dichte-/Druckänderung, (Schall)Druck

3 Physikalische Zusammenhänge
Intensität = Leistungsdichte = Energiestromdichte Zusammenhang zwischen der Intensität und dem Schalldruck Kompressibilität: relative Volumenveränderung/Druck Schallgeschwindigkeit determiniert durch die Dichte und Kompressibilität des Mediums

4 Absorption und Reflexion von Schallwellen
Absorptionsgesetz: I = I0 e–mx,, m = m(Z, f) vgl.: Lichtabsorption, Ultraschallabsorption Reflexion: Snellius-Descartes Gesetz vgl.: Lichtabsorption, Ultraschallabsorption Reflexionsvermögen: Echoortung von Fledermäusen

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6 Charakteristiken des Reizes und der Empfindung

7 Frequenz und Intensität System

8 Einteilung nach der Frequenz
Delphin Fledermaus Katze Hund 10 20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k 50k 100k Mensch f (Hz) Elefant Grille Thunfisch

9 Einteilung nach der Intensität
n: (Schall)intensitäts-Pegel

10 Psychophysikalische Gesetze
Wie hängt die Lautstärke (Empfindungsstärke) von der Intensität (Reizstärke) ab? Weber-Fechner Gesetz: L: Lautstärke, Einheit: phon Stevens Gesetz: L*: Lautheit, Einheit: sone

11 Kurven gleicher Lautstärke des menschlichen Ohres

12 Phon und Sone

13 Audiometrie – Audiogram
subjektive Schwellenaudiometrie: die Messung der bei einer gegebenen Frequenz kleinsten Intensität, die zur Auslösung der Tonempfindung nötig ist. Hörschwelle: die Darstellung dieser Kurve Hörschwellenkurve: 0 phon objektive Audiometrie: mit Hilfe von EEG-Signal Audiogram: die Bestimmung der Abweichung der Hörschwellenkurve der Versuchsperson von der normalen Hörschwellenkurve

14 Stimmgebung mit einfachen Systemen
Saite-Eigenschwingungen Hohlresonator

15 Einfaches Musikinstrument
die Zeitfunktion das Spektrum

16 Stimmgebung mit den Stimmbändern
Stimmritze,die von zwei Membranen, den Stimmbändern begrenzt ist bei normaler Atmung ist die Stimmritze weit geöffnet bei Stimmgebung rücken die Stimmbänder zusammen, die Atemmuskulatur bewirkt eine Erhöhung des Luftdruckes > leichte Erweiterung der Stimmritze > Druckabfall > Verengerung der Stimmritze ... usw.

17 Signalumwandlungen bei Gehör
Trommelfell Basilarmembran Haarzelle Hörnerv mechanische Umwandlung mechano-elektrische Umwandlung mechanische Energie elektrische Energie Reizenergie Rezeptor-potential Aktions-potential elektrische -elektrische Umwandlung

18 Das Ohr Innenohr Mittelohr Aussenohr Schall- empfindung
Impedanzanpassung Resonator- funktion Das Ohr

19 Das menschliche Ohr

20 Funktion von Gehörknöchelchen
Medium Luft Wasser Gehör-knöchelchen ovales Fenster Trommelfell Druckvergrösserung: (Hebel + Flächenverkleinerung) pWasser/pLuft = 22,3 pWasser pLuft FTrommel ATrommel=

21 Mittelohr als Impedanzanpasser
wegen der grossen Impedanzdifferenz von Luft und Wasser die Intensität in Wasser wäre 0,0011-mal kleiner als die Intensität in Luft wegen der Druckvergrösserung 13,7% der Intensität geht durch Impedanzanpassung (0,137 / 0,0011 = 125)

22 Das Corti Organ

23 Bewegung der laufenden Wellen auf der basilaren Membran
ti > ti+1 ovalisches Fenster apikales Ende Hüllkurve der laufenden Welle Ausbreitungsrichtung Basilarmembrane

24 Basilarmembrane in der Ruhe
Modell: (a) Basilarmembrane in der Ruhe Ablenkung elhajlás (b) Basilarmembrane bewegt sich

25 Modell heutzutage: Frequenzanalyse + aktiver nichtlinearer Filtereffekt
regenerativer Verstärker : Mitkopplung (grosse Verstärkung in einem engen Frequenzbereich)

26 Haarzellen, als Mechanotranszduzern
Auslenkung der Cilien Öffnung der Ionenkanale AP Impulse in die Richtung des Gehirns

27 Haarzellen von Meer-schweinchen
Gehörverlust Haarzellen von Meer-schweinchen Bestrahlung (120 dB, 24 h) normale Bedingungen

28 Richtungsbestimmung (zweiohriges Richtungshören)
Mittellinie Bestimmung der zeitlichen Verzögerung (Dt) des Empfangs ein und derselben Schallwellenkomponente zwischen beiden Ohren Schallquelle q q d: Abstand der Ohren d