Hoe werkt het oor?

Ik hoor wat jij niet hoort en andersom

Ons gehoor is een verbazingwekkend zintuig. In de evolutie ( voor de Darwinisten onder ons ) is het gehoor als laatste ontwikkeld. Ver na de reuk- en tastzin en het gezichtsvermogen al waren ontwikkeld. Dat het als laatste en dus als pronkstuk ons ter beschikking werd gesteld blijkt wel uit de specificaties van ons gehoor.

Het spectrum van zichtbaar licht voor de mens beslaat 1 octaaf, terwijl ons gehoor een bereik heeft van 11 octaven. In andere woorden, de boven- en onderwaarden van de frequenties van zichtbaar licht hebben een verhouding van 2:1. Ons gehoor daarentegen kent een verhouding van 1000:1 voor de hoogste en laagste frequentie die we kunnen horen. En dit is nog niet alles. Het verschil tussen het zachtste geluid dat we nog kunnen waarnemen en het punt waarop de pijngrens wordt bereikt is in de orde van 10^12. Dat is een 1 met twaalf nullen en komt overeen met 130dB.
En het houdt nog niet op. Ons trommelvlies heeft een uitslag bij het ‘ontvangen’ van het meest zachte geluid dat we nog kunnen waarnemen van een honderdste van de diameter van een waterstof molecuul. Dit is 0,0074 Angstrom en 1 Angstrom is 10-10 meter. Bij een toon van 1KHz en een druk van 70dB is de uitslag van het trommelvlies ‘al’ 0,00000000254 meter!
Dit zijn de statische waarden, maar ieder mens is uniek. Net zoals een vingerafdruk uniek is voor een individu, is ook de vorm van de oorschelp uniek voor een persoon. De vorm bepaalt niet allen het uiterlijk maar in grote mate ook hoe en wat we horen. Een simpele test door met de hand je oorschelp te vergroten of te modelleren toont dit al aan.
Voordat we toekomen aan de vraag waarom het menselijk gehoor een zo groot scala aan nuances kan overbrengen aan de eigenaar ervan gaan we eerst een stukje biologie ophalen.

Figuur 1 

Het oor bestaat uit 3 delen, het buitenoor, het middenoor en het binnenoor - hoe kom je erop. Het buitenoor wordt gevormd door de oorschelp en het gehoorkanaal. Beiden hebben ook een beschermende taak voor de tere onderdelen die meer naar binnen in het hoofd liggen.

Het middenoor wordt begrensd door het trommelvlies, hierboven hebben we al kunnen zien dat dit membraan in trilling komt en dan een minuscule uitslag heeft. Deze trilling wordt weer verder doorgegeven aan 3 kleine botjes in het binnenoor, de hamer, het aanbeeld en de stijgbeugel. Deze botjes zijn op een ingenieuze manier aan spiertjes opgehangen die zowel voor een nagenoeg wrijvingloze beweging zorgen als voor bescherming. Wordt de geluidsdruk namelijk te hoog, dan zullen de spiertjes zich aanspannen om zo te proberen schade te voorkomen.

Het binnenoor begint na het ovale venster wat ook een membraan is. De stijgbeugel is met dit venster verbonden. Het binnenoor bestaat verder uit een aantal kanalen die zich in verschillende richtingen gedraaid in de schedel bevinden. De meeste kanalen vormen tezamen ons evenwichtsorgaan. Het andere kanaal wat gedraaid is in de vorm van een slakkenhuis, vormt het orgaan waarmee we echt horen. In dit slakkenhuis wordt mechanische energie omgezet in elektrische energie, de vorm van energie die onze hersenen kunnen begrijpen.

 Figuur 2

Als je het slakkenhuis zou uitrollen krijg je iets zoals in figuur 2 is afgebeeld. Het hele slakkenhuis is met een vloeistof - zout water - gevuld. Een membraan deelt het slakkenhuis in de lengte in tweeën. Geluid dat via trommelvlies, hamer, aanbeeld en stijgbeugel het slakkenhuis bereikt in de vorm van trillingen wordt verder aan het slakkenhuis doorgegeven via het ovale venster. De vloeistof komt in beweging en het gevolg is ook een golfbeweging in het centrale membraan. Omdat de het membraan taps toeloopt en niet overal een zelfde stijfheid heeft, zal de golf door het membraan niet overal dezelfde amplitude hebben; de golf neemt eerst toe in amplitude en zal vervolgens vrij snel worden gedempt. Afhankelijk van de frequentie van de golf zal de amplitude op een bepaalde plaats in het membraan het grootst zijn. Lage frequenties hebben hun grootste amplitude aan het eind van het slakkenhuis, terwijl hoge frequenties hun grootste amplitude bereiken aan het begin - vlak achter de stijgbeugel.

Het membraan in het slakkenhuis is voorzien van heel kleine haartjes die op hun beurt weer met een bundel zenuwen is verbonden. Als het membraan dus beweegt zullen de haartjes de bijbehorende zenuwen banen stimuleren. De zenuwen geven dan de elektrische pulsen door aan de hersenen. De informatie die onze hersenen zo ontvangen bevat een afbeelding van de golfvorm die door het membraan gaat en informatie over welke haartjes deze informatie verzonden hebben - de frequentie. dus. Harde geluiden zorgen bij dit mechanisme dus voor meer geactiveerde haartjes en zachte geluiden voor minder en dus met meer (frequentie) precisie.

Hoe werkt het oor?

Dat onze oren in staat zijn heel zachte geluiden en heel harde geluiden te horen hebben we in het begin van dit artikel gezien. Hier valt nu aan toe te voegen dat geluid met een lage frequentie door ons als minder luid wordt ervaren dan tonen van een hogere frequentie. Bij hogere frequenties wordt ook eerder de pijngrens bereikt.

We hebben het nu wel steeds over geluid, maar wat is geluid eigenlijk. Volgens de natuurkunde is geluid een snel wisselende drukgolf in een medium. Voor ons betekent dat dit medium lucht is. Dus als de luchtdruk snel wisselt doordat er ergens iets in trilling is gebracht, wordt dat door ons mensen als geluid ervaren.

Geluid kent eigenschappen naast sterkte en frequentie die voor een oermens van levensbelang waren. Deze eigenschappen zijn timbre en locatie. Met onze oren aan de zijkant van het hoofd geplaatst, en onze ogen aan de voorkant lijkt dit systeem bij uitstek geschikt voor een verdedigingstaak. Immers, geluid kunnen wij continue rondom ons heen waarnemen. De extreme gevoeligheid maakt dat we heel zachte geluidjes kunnen waarnemen en ook gelijk de plaats in 3D bepalen waar dit geluid vandaan komt. Het gevoel voor timbre kan ons vertellen met wat voor een aanvaller we te maken hebben. De kans dat we verrast worden door een roofdier is (of beter was) klein. Ook zou het jagen door een goed gehoor beter kunnen verlopen: het zachte geritsel van een muis in het gras kunnen we horen. Een roofdier is over het algemeen meer afhankelijk van zijn geurzin of gezichtsvermogen.
Als ons gehoor louter voor communicatie doeleinden zou dienen zou een gevoeligheid van 104 voldoende zijn bij een frequentie ratio van 10:1. Wij hebben alleen een veel betere specificatie tot onze beschikking, dus verdediging en jacht lijken plausibele verklaringen voor de mooie specs.
Nog een bewijs dat zelfverdediging en gehoor bij elkaar horen in de mens is de manier waarop het binnenoor en de hersenen verbonden zijn: hard wired en wel naar heel primitieve delen van de hersenen. Zou hier ook niet de sleutel liggen voor de het fenomeen van muziek en emotie? Ik denk van wel, als de tranen over je wangen lopen of je een ongekende vorm van extase bereikt door muziek, dan weet je nu waar dat vandaan komt.

Het mag als bekend worden verondersteld dat ons gehoor het meest gevoelig is in de frequentie band van 2000 tot 5000 Hz. Dit is ook het gebied van de spraak. Ook al neemt de gevoeligheid voor hogere frequenties met de jaren af, het spraak gebied blijft behouden. Zou spraak zich ontwikkeld hebben specifiek voor dit gevoelige gebied? Baby’s huilen ook al in dit gebied en met succes (heb ik begrepen).
Maar hoor ik nu hetzelfde als jij? Nee. Ik ken Marja al heel lang en vaak bespreken we na afloop van een LP, CD of concert hetgeen we gehoord hebben. Het grote voordeel van LP en CD is dat je het nog een keer kan draaien. En dan blijkt dat wij beiden een verschillend gehoor hebben.

Een goed middel om er achter te komen hoe onze muzikale perceptie werkt is het luisteren naar stukken op de CD die Diane Deutsch gemaakt heeft. Via www.philomel.com kun je deze CD bestellen of een paar .WAV bestandjes downloaden. Op de CD staan 6 stukken die besproken worden door prof. Deutsch. Al deze stukken zijn muzikale illusies of paradoxen. De CD en het bijbehorende boekje maakt duidelijk dat niet allen de fysieke vorm van ons gehoorstelsel, van oorschelp tot slakkenhuis, van persoon tot persoon verschillend ‘klinkt’ maar ook dat de hersenen zo’n belangrijke rol spelen.
Man en vrouw, linkshandig of rechtshandig en zelfs de geografische afkomst en moedertaal hebben een belangrijke invloed op onze muzikale perceptie. Luisteraars uit Californië horen heel anders dan luisteraars uit Rotterdam.

We hebben nu ontdekt waar de verschillen in perceptie zitten tussen Marja en mijzelf. Het is geen oplossing om twee luisterkamers te bouwen met twee aparte installaties. Het beste is om samen het systeem samen te stellen zodat er een goede middenweg wordt kan worden ingesteld. De zogenaamde 4th wave systemen, die bestaan uit componenten die je kunt aanpassen aan je smaak, gehoor en muziek van de dag zijn uiteraard ideaal.
De enige oren die je dus kunt vertrouwen zijn je eigen, en de enige andere oren waar je mee kunt leven zijn die van je partner. En vergeet alsjeblieft de meeste luistertest in de bladen!