Ohren

Das Ohr ist ein Sinnesorgan, mit dem akustische Signale, also Schall, Töne, Geräusche als dem Luftdruck überlagerter Schallwechseldruck wahrgenommen werden.

Ohren allgemein

Viele Tiere haben Ohren, Aufbau und Platzierung der Ohren sind bei den verschiedenen Arten jedoch ganz unterschiedlich.

Bei Heuschrecken sitzen die Ohren am Hinterleib, bei Zikaden an den Beinen und bei Mücken an den Fühlern. Einige Eidechsen- und Salamanderarten hören mit Brustkorb und Lunge. Nicht immer sind äußere Ohren vorhanden, wenn der Gehörsinn vorhanden ist, zum Beispiel bei Schlangen und einigen Robbenarten.

Der Hörbereich (Hörzone) des menschlichen Ohrs reicht von etwa 16 Hertz bis maximal 20.000 Hertz in ganz jungen Jahren, wobei im Alter das Hörvermögen für hohe Frequenzen nachlässt. Unter anderem können Elefanten noch tiefere Frequenzen wahrnehmen, den so genannten Infraschall, während eine Reihe von Tieren, zum Beispiel Hunde, Delfine und Fledermäuse noch wesentlich höhere Frequenzen (den Ultraschall) hören können.

Eine Aufgabe der Ohren ist die Orientierung im Raum, das heißt Schallquellen zu lokalisieren, also deren Richtung und Entfernung zu bestimmen. Seitlich einfallender Schall erreicht das zugewandte Ohr eher als das abgewandte und ist dort lauter, da das abgewandten Ohr durch den Kopf abgeschattet wird. Diese Laufzeit- und Pegeldifferenzen zwischen beiden Ohren werden vom Gehirn ausgewertet und zur Richtungsbestimmung genutzt. Darüber hinaus erzeugt die Ohrmuschel je nach Richtung spezifische spektrale Veränderungen des Frequenzgangs, die ebenfalls ausgewertet und zur Richtungsbestimmung benutzt werden.

Viele Lebewesen, wie auch der Mensch, können zwar vorhandene Schallquellen lokalisieren, benötigen aber zur Orientierung noch den Gesichtssinn. Dem gegenüber nutzen insbesondere Delfine und Fledermäuse den Gehörsinn zu einem vollständig entwickelten Orientierungssystem. Beide stoßen hochfrequente Töne aus (bis 200 kHz) und orientieren sich anhand des Echos. Diese aktive Verfahren zur Orientierung nennt man Ortung. Bei den Fledermäusen hat das Gehör die Augen praktisch ersetzt, die in der Dunkelheit von keinem großen Nutzen sind. Da wir Menschen zum Richtungshören und Entfernungshören keine Laute ausstoßen, nennen wir unser gezieltes Hören Lokalisieren, und wir sollten in diesem Zusammenhang den Begriff Ortung vermeiden, da dieser eindeutig zur Technik der Navigation und zum Radar gehört.

Das Ohr des Menschen

Aufbau

Beim Menschen wird das Ohr in drei Bereiche eingeteilt:

• Das Außenohr umfasst die Ohrmuschel, das Ohrläppchen und den äußeren Gehörgang

• Zum Mittelohr gehört das Trommelfell und die Gehörknöchelchen (Hammer, Amboss und Steigbügel). Die eustachische Röhre verbindet Mittelohr und Nasenrachenraum.

• Das Innenohr besteht aus der Gehörschnecke, in der der Schall in Nervenimpulse umgesetzt wird, und dem Labyrinth, das als Gleichgewichtsorgan dient. Gehörschnecke und Labyrinth sind ähnlich gebaut: Beide sind mit einer Flüssigkeit gefüllt und besitzen Haarzellen, bei denen feine Härchen in die Flüssigkeit reichen. Durch Bewegungen der Flüssigkeit werden die Härchen gebogen und lösen dabei Nervenimpulse aus.

Die Wahrnehmung von akustischen Signalen wird wesentlich davon bestimmt, wie Schallschwingungen auf ihrem Weg vom Außenohr über das Mittelohr hin zu den Nervenzellen des Innenohrs jeweils umgeformt und verarbeitet werden. Siehe hierzu:

• Außenohr (Richtungscodierung des Schalls)
• Mittelohr (Transformation vom Außenohr zum Innenohr)
• Innenohr (Signalverarbeitung und Analyse)

Eigenschaften

Das menschliche Gehör kann akustische Ereignisse nur innerhalb eines bestimmten Frequenz- und Schalldruckpegelbereichs wahrnehmen. Zwischen der Hörschwelle und der Schmerzschwelle liegt die Hörfläche. Die Empfindlichkeit des Ohrs ist außerordentlich. Aber ebenso die Toleranz gegenüber Lärm.

Der leiseste wahrnehmbare Schalldruck ist etwa 20 Mikro-Pascal (2·10^-5 Pa), das entspricht L_p = 0 dBSPL Schalldruckpegel. Diese Schalldruckveränderungen Δ p werden über das Trommelfell übertragen und im Ohr-Gehirnsystem zum Höreindruck gewandelt. Weil das Trommelfell mit dem Ohrsystem die Eigenschaften eines Schalldruckempfängers hat, beschreibt der Schalldruckpegel von allen Schallfeldgrößen die Stärke des Höreindrucks am Besten. Als Schallenergiegröße ist die Schallintensität J in W/m^{2 hingegen nicht geeignet (aufgrund der komplexen Impedanz des Außen- und Mittelohres bei gleichem Schalldruckpegel), den Höreindruck zu beschreiben. Gleiches gilt sinngemäß für die Schallschnelle.}

Die Schallleistung, die das menschliche Gehör aufnimmt, ist äußerst gering. Der leiseste wahrnehmbare Schall erzeugt eine Leistung von weniger als 10^-17W im Innenohr. Innerhalb einer zehntel Sekunde, die das Ohr braucht, um dieses Signal in Nervenimpulse umzusetzen, wird durch eine Energie von etwa 10^-18Joule schon ein Sinneseindruck erzeugt. Daran wird deutlich, wie empfindlich dieses Sinnesorgan eigentlich ist.

Die Schmerzgrenze liegt bei über 120 dBSPL, das ist der millionenfache Schalldruck des kleinsten hörbaren. Dennoch oder gerade deswegen ist das Ohr sehr empfindlich, vor allem das Innenohr nimmt bei lautem Schalldruck Schaden.

Beim natürlichen Hören und bei der Kopfhörer-Stereofonie spielt der Ohrabstand [1] eine Rolle.

Krankheiten

Das menschliche Ohr kann auf verschiedenartige Weisen erkranken, die jeweils sehr spezifisch sind für den betroffenen Teil des Ohres. Das Außenohr ist durch seine relativ dünne Haut im Gehörgang und in der Ohrmuschel empfänglich für Infektionen mit Bakterien oder Pilzen. Diese führen zur häufig beobachteten Ohrenentzündung oder Otitis. Durch geschwächte Abwehr und mangelhafte Behandlung kann die Infektion auf den Knochen, der den Gehörgang umgibt, übergreifen und eine Vereiterung desselben verursachen. Man spricht dann von einem Cholesteatom, das nur operativ behandelt werden kann.

Auch das Mittelohr kann von einer Entzündung und Vereiterung betroffen sein. Diese erzeugen oft einen Überdruck im Mittelohr, weil die Eustachische Röhre anschwillt und die Entzündungsprodukte nicht abfließen können. Durch den Überdruck entsteht am Trommelfell eine Dehnung, die große Schmerzen verursacht. Durch die Infektion können auch die Gehörknöchelchen angegriffen und zerstört werden. Das Mittelohr kann weiterhin durch sehr große Schalldrücke beschädigt werden, wie sie bei Explosionen entstehen. Zusammen mit den anderen hieraus entstandenen Schäden spricht man vom Knalltrauma.

Die häufigsten Erkrankungen des Innenohres treten im Zusammenhang mit dauerhafter Lärmbelastung und Knalltraumata auf. Hierbei werden zuerst die äußeren und später auch die inneren Haarzellen geschädigt. Die Umwandlung der mechanischen Reize in Nervenimpulse ist dann nicht mehr möglich und eine Schwerhörigkeit stellt sich ein. In diesem Zusammenhang tritt auch oft Tinnitus auf. Weiterhin ist das Innenohr Ziel von vor allem viralen Infektionen, wie Meningitis, Masern und Mumps.

Siehe auch: Otosklerose.

Richtungshören

Um Richtungen wahrzunehmen, wertet das Gehör Laufzeit- und Pegeldifferenzen zwischen beiden Ohren aus. Zusätzlich werden die spektralen Veränderungen ausgewertet, die richtungsabhängig durch das Außenohr erzeugt werden. Zur Abschätzung von Entfernungen werden spektrale Eigenschaften des Schalls und (in Räumen) das Verhältnis zwischen Direktschall und reflektiertem Schall ausgewertet.

Um das Richtungshören zu testen und um akustische Signale auf die Auswirkungen auf die seitliche Richtungsauslenkung zu untersuchen, werden oft beiden Ohren unterschiedliche Test-Signale über Kopfhörer angeboten. Dieses nennt man Lateralisation. Gegenstand der Untersuchung ist hier meist der Einfluss von Laufzeit und Pegeldifferenzen auf das Richtungshören.

Lokalisation gilt dagegen für die Richtungs- und Entfernungszuordnung eines Hörereignisses beim natürlichen Hören und beim Lautsprecherhören. Der maximale Laufzeitunterschied (Laufzeitdifferenz) zwischen den Ohren entspricht etwa 0,63 ms = 630 µs, was einer Schallwegstrecke von 22,6 cm bei einer Schallgeschwindigkeit von 343 m/s bei 20 °C entspricht, dieses ist nicht der Kopfdurchmesser.

Siehe auch

Organe des menschlichen Körpers, Trommelfell, Lärm, Lokalisation, Tinnitus, Sinne, Gehör, Ohrring, Hörschwelle, Schmerzschwelle, Schalldruck, Schalldruckpegel, SPL, Schallfeldgröße, Audiogramm, Gehörlosigkeit, Ohr (Bauwesen)

Weblinks

• Der Ohrabstand - Welcher denn?