Néhány szó a hangról A nyomás oszcillálása A hang egy 3D-s longitudinális hullám, amely rugalmas közegben terjed! Hallás Bódis Emőke 2014. november 19. 1. Időbeli periodicitás: Periódusidő (T, s) Frekvencia (f, Hz) 2. Térbeli periodicitás: Hullámhossz (λ, m) 3. Amplitudó Frekvenvia tartomány: 0-20 Hz: Infrahang 20 Hz -20 khz: Hallható tartomány 20 khz- : Ultrahang 4. Intenzitás (I, W/m 2 ) - hallásküszöb: 10-12 W/m 2 (mérve 1000 Hz- en) - maximális intenzitás (ami még rövid ideig, fájdalom nélkül kibírható): 10 W/m 2 5. Rela7v intenzitás (n, db) 13 nagyságrend Példa: Ha van egy I= 10,000-szer erősebb hang, mint a hallásküszöb, akkor az intenzitások aránya 10 4, a kitevő 4, és az intenzitásszint 40 db: I (W/m 2 ) - az intenzitásszint (n ), mely a relapv intenzitások logaritmusának 10- szerese n =10 lg I I 0 (db) 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 n (db) 0 10 20 30 40 50 60 70 Alexander Graham Bell (1874-1922) Egyenlő hangosságú görbék I. Hangosság II. A hang színezete III. A hang magassága I. Hangosság - Nem csak a hang intezitása! - Magába foglalja a hang érzékelésének erősségét. - A hang intenzitását módosítani kell a fül érzélkenységével az ado\ frekvenciára. 1
II. Hangmagasság A hangmagasság a rezgés frekvenciájától függ úgy, hogy a magasabb hangnak a magasabb frekvenvia felel meg (Galilei) Hangmagasság = a hang frekvenciája Példa, a közép C = 261.6 Hz "Perfekt hangmagasság vagy "abszolút hangmagasság III. A hang színezete A hang pszichoakkuszdkai tulajdonsága A hang azon tulajdonságait írja le, amelyek azonos hangosság és hangmagasság melle\ is különböző (hegedű, zongora, fuvola) 1. Színuszos hang a legegyszerűbb dszta hang p(t) = p max sin( ωt +ϕ) 2. Zenei hangok p(t) = p 1 sin( ωt) + p 2 sin(2ωt) + p 3 sin(3ωt) +... Fourier analízis: felbontja a jelet frekvencia komponensekre Inverz Fourier transzformáció: A különböző frekvenciakomponensek színuszos komponenseiből szintetizálható bármilyen időbeli függvény. 3. Zaj: több eltérő frekvenciájú és intenzitású jel zavaró összessége. A zaj leírására nem alkalmas egyetlen szám (például a hang intenzitása), ezért azt többnyire egy színképpel írjuk le. Fehér zaj: a teljes vizsgált frekvenciatartományban (emberi érzékelő esetén 20 Hz 20 khz) a hangnyomásszintje állandó. Szürke zaj: egy jól meghatározott, szűk frekvenciatartományban folytonos hangnyomásszint van, míg az összes többi frekvencián nem mérhető hangnyomásszint. Színes zajok: olyan zajokat, melyek frekvenciája határozottan nem állandó értékű, de gyakorlatilag jól meghatározható frekvenciasávba esik Külső fül Fülkagyló feladata: térbeli információk gyűjtése Külső hallójárat 25 mm hosszú, 7 mm széles dobhártya egyik végén zárt cső, állóhullámok (orgonasíp) Dobhártya a hang okozta nyomásváltozás megrezegted, mint egy dob felületét épp hallható hang: 10-11 m a rezgési amplitúdója Ez az elmozdulás csupán 30 %- kal nagyobb, mint a levegő termikus rezgéséből származó random fluktuáció. 1. Malleus (kalapács) 2. Incus (üllő) 3. Stapes (kengyel) A középfül fő feladata: Hangerősítés! Ennél jobb fülünk nem is lehetne! 2
Belső fül Számoljuk ki a középfül- belsőfül határáról visszeverődő hang arányát! Egyensúlyszerv Csiga Reflexiós koefficiens R = Z 2 # water Z air & % ( = 0.9989 = 99.89% $ Z water + Z air ' A hang 0.11%- a lépne be a belső fülbe. - spirálisan feltekerede\ cső, 2.5 fordulat, 35 mm hossz - vízszerű anyaggal töltve - ovális ablak, kerek ablak LEVEGŐ Külső fül p air A tymp = 55 mm 2 LEVEGŐ 1.3x Tympanic Membrane x VÍZ Belső fül p water ossicles Oval Window A oval = 3.2 mm 2 Az erősítés : 1. A kisebb területre koncentrálódó regés miatt: 17x ( A tymp tól A oval -ig) 2. Emelőkar funkció miatt: 1.3x Össz: 22x nyomás növekedés A hang 13.7% -a intenzitásnak képes a belső fülbe jutni. Alaphártya (membrana basilaris) - laza, gel- szerű hártya - mechanikai stressz- mentes - változó szélesség, magasság - fölö\e Cord szerv Békésy- féle Hely Teória A Cor^- szerv keresztmetszete 1. A hang stimulus felületi hullámot kelt, amely az ovális ablaktól a csiga tetejéig terjed. 2. A terjedési sebesség csökken (45 m/s- 2 m/s) a hártya növekvő szélességével és lazaságával. 3. A fázis-késéssel érkező hullámok utolérik az előzőt, az amplitudó megnő, majd hirtelen lecsökken. Békésy György, Nobel Díj, 1961 4. A burkológörbe maximumának helye a BM-on függ a hang frekvenciájától, az amplitudója pedig az intenzitásától. 5. A BM rezgése elmozdítja a Corti szerv szőrsejtjeit, elektromos potenciálváltozás indul. Cor^- szerv 12 000-20 000 sejt Szőrsejtek Kb. 3500 sejt Színezett pásztászó elektronmikroszpópos felvétel a külső szőrsejtek sztereociliumairól. A belső szőrsejtek sztereociliumainak kötege látható. 3
11/19/14 Szőrsejtek Tip link: sztereociliumok vékony, rugalmas rostjai Külső szőrsejtek: MT- val érintkeznek! Belső szőrsejtek: nincs érintkezés a MT- hoz Endolymha: K+- ban gazdag környezet Szőrsejtek Külső szőrsejtek A BM elmozdul a Békésy hullámok által. A szőrsejtek elmozdulnak. A TM elmozdul (elcsúszik), mechanikai nyíró erőt gyakorol a szőrsejtek sztereociliumain. A BM elmozdulását érzékelik, K-csatornák kinyílnak, depolarizáció Feszültségérzékeny motor fehérje: konformáció-változás prestin, A hosszváltozás okozta folyadékáramlás segít a belső szőrsejtek érzékelésében. Longitudinalis hosszváltozás a hang rezgése alapján A külső szőrsejtek kapcsolódnak a TM-hoz, a nyíró erő következtéban megdőlnek. A belső szőrsejtek sztereociliumai elhajlanak az endolympha folyadékáramlása következtéban. Mechanoelektromos Transzducer A BM eredeti rezgését felerősíti: a sejt presztin-kontrakció által okozott saját rezgése REZONANCIÁT kelt, az erősítés több nagyságrendű Külső szőrsejtek Prestin: transzmembrán motorfehérje Speciális motorfehérje: nem használ közvetlenül ATP- t a mozgatáshoz, hanem a membránpotenciál a tápellátás Konformáció- változás μs- os nagységrendű!! 4
Külső szőrsejtek Rezonancia Belső szőrsejtek Mechanoelektromos Transzducer A külső szőrsejtek által felerősíte\ rezgéseket az endolympha közveptésével a belső szőrsejtek érzékelik és az afferens idegek továbbítják az infót az agy felé. Jell: - éles frekvenciaszelektálás - nagy érzékenység - nem- lineáriserősítés: a kis intenzitású hangokat jobban erősíd, nagyokat kevésbé See what happens to your stereocilia while you happily dance in a party! 5