Akustik Flashcards
Was ist Schall?
Schall ist eine Druckwelle in einem elastischen Medium (z.B. Luft, Wasser)
Wie hoch ist die Schallgeschwindigkeit?
Die Schallgeschwindigkeit in Luft bei 20°C = 340 m/s
Die Schallgeschwindigkeit in Wasser bei 20°C = 1512 m/s
Wie entsteht Schall?
Moleküle werden durch einen vibrierenden Körper in Bewegung versetzt.
Sie schwingen um die sogenannte Mittellage und verändern im Grunde ihre Position nicht —> Longitudinalwelle!
Was sind die Eigenschaften einer Longitudinalwelle?
Sie schwingt in Ausbreitungsrichtung.
Nach dem Durchlauf bewegen sich die Teilchen wieder zurück in Ruhelage.
Es gibt keinen Energieverlust.
Was ist ein Ton?
Ein Ton ist eine Sinusschwingung, die nur aus einer einzigen Frequenz besteht.
Was ist ein Klang?
Es handelt sich um einen Grundton mit mehreren Obertönen, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz beträgt.
Was ist ein Geräusch?
Schallereignis, das praktisch alle Frequenzen des Hörbereiches umfasst.
Was ist der adäquate Reiz für das Ohr?
Der adäquate Reiz des Ohres ist Schall.
Welche unterschiedlichen Arten an Schall gibt es in der Sprache?
Vokale werden als Klang definiert.
Konsonanten werden als Geräusch definiert.
Wie wird der Schall durch die Amplitude charakterisiert?
Die Amplitude entspricht der Lautstärke.
Die Amplitude wird angegeben als Schalldruck in Pascal (Pa) oder als Schalldruckpegel in Dezibel (dB).
Was ist der Schalldruckpegel?
Schalldruckpegel (SPL)
= 20 * log ( P/P⁰ )
P: effektiver Schalldruck
P⁰: Referenzschalldruck = 2 * 10^(-5) Pa
Wie verändert sich der Schalldruck bei Zunahme um 6 dB?
Eine Zunahme vom 6 dB führt zur Verdopplung des Schalldrucks.
Wie verändert sich der Schalldruck bei einer Zunahme von 20 dB?
Eine Zunahme um 20 dB führt zu einer Verzehnfachung des Schalldruckes.
Wie wird der Schall durch die Frequenz charakterisiert?
Frequenz wird angegeben in Schwingungen pro Sekunde (Hz) und entspricht der Tonhöhe.
Welche Frequenzen umfasst der menschliche Hörbereich?
Der Mensch kann Frequenzen von 20-20.000 Hz hören (4-130 phon).
Höchste Empfindlichkeit des Hörschalls bei f = 2-5 kHz
Was ist der Hörbereich des menschlichen Ohres?
Er ist eine subjektiv empfundene Größe, angegeben in phon.
Er ist nicht direkt abhängig vom Schalldruck, sondern viel mehr von der Frequenz.
Wie funktioniert die Luftleitung zum Innenohr?
Schall gelangt durch die Luft des äußeren Gehörganges über Trommelfell und Gehörknöchelchen zum ovalen Fenster.
Flüssigkeiten (Perilymphe) haben eine höhere Impedanz. Ohne Gehörknöchelchen gingen 99% des Schalls verloren, indem sie reflektiert würden.
Was ist Infraschall?
Eine Frequenz, die zu klein ist um vom Menschen wahrgenommen werden zu können: <20 Hz
Wird als Vibration wahrgenommen.
Was ist Ultraschall?
Eine Frequenz, die zu hoch ist, um vom Menschen wahrgenommen werden zu können, f > 20.000 Hz
Was sind Isophone?
Im Diagramm aus Frequenz f und Schallpegel L bei denen alle Töne als gleich laut empfunden werden.
Was ist Impedanz?
Impedanz = Druck/Geschwindigkeit
Materialabhängiger „Schallwiderstand“; Konstante erklärt den Zusammenhang zwischen Schallgeschwindigkeit c und der Materialdichte
Beim Übergang zwischen unterschiedlichen Medien, gibt es keine Frequenzänderung!
Eine niedrigere Geschwindigkeit ergibt eine höhere Impedanz!
(Vgl. Soll ein liegen gebliebenes Auto -hohe Impedanz- angeschoben werden, wird man langsam anschieben -hohe Impedanz des Schiebenden- und nicht schnell gegen das Auto stoßen -niedrige Impedanz beim schnellen Stoßen)
Wie geschieht die Impedanzanpassung im Innenohr?
Impedanzanpassung ist die Verminderung des Schallwellenverlusts (Reflektion/Absorption) durch zwei Mechanismen:
- Flächenverhältnis vom Trommelfell zum ovalen Fenster: 30:1 (90 mm² zu 3 mm²) und damit einhergehender Druckerhöhung (Druck entspricht Kraft pro Fläche; Verkleinerung der Übertragungsfläche führt zu größerem Druck)
- Hebelwirkung der Gehörknöchelchenkette verstärken Druckerhöhung
(3. Herabsetzen der Geschwindigkeit der Steigbügelbewegung im Vergleich zum Trommelfell)
—> nur noch 35% werden reflektiert (Druckamplitude steigt)
Wie kann die Schallübertragung im Innenohr gedämpft werden?
Durch den M. tensor tympani und den M. stapedius wird die Effektivität der Schallübertragung vermindert.
Wo sitzt das Corti Organ?
Es sitzt auf der Basilarmembran (Trennwand zur Scala tympani).
Wozu dient das Corti Organ?
Das Corti Organ ist der Ort der Umwandlung von Schall in neuronale Signale.
Was ist eine Wanderwelle?
Wellenförmige Bewegung innerhalb des cochleären Gangsystems durch Schwingungen am ovalen Fenster.
ovales Fenster —> Scala vestibuli —> Helicotrema —> Scala tympani —> rundes Fenster
Was ist Frequenzdispersion?
Die Wanderwelle erreicht ihre maximale Amplitude an einem frequenzspezifischen Ort der Basilarmembran.
Hohe Frequenzen sind nahe der Basis, tiefe Frequenzen sind nahe dem Helicotrema.
Codierung der Frequenz => Tonotopie
Was sind die mechanischen Eigenschaften der Basilarmembran?
- Breite der Basilarmembran nimmt von der Basis zum Apex auf das 5-fache zu
- Basilarmembran wird dünner
- die Steifigkeit der Basilarmembran nimmt stark ab
- Masse der schwingenden Struktur nimmt zu
Schwingung verläuft nicht synchron => Wanderwelle
Wie funktionieren die Haarzellen?
Eine Scherbewegung führt zum Rezeptorpotential (Sensorpotential) in inneren wie äußeren Haarzellen.
Auslenkung des Bündels in Richtung der größten Stereozilien depolarisiert die Zelle (exzitatorische Auslenkungsrichtung)
Auslenkung in die Gegenrichtung hyperpolatisiert die Zelle (inhibitorische Auslenkungsrichtung)
Wie sind Haarzellen aufgebaut?
Kochleäre Haarbündel aus wenigen Reihen von Stereozilien.
Innere Haarzellen: fast gerade angeordnet, birnenförmig, afferent innerviert, Zellkörper in Cochlea
Äußere Haarzellen: V-förmig angeordnet, säulenförmig, hauptsächlich efferent innerviert, Zellkörper in oberer Olive im Hirnstamm
Wie wird der Schall wahrgenommen?
Vibration der Basilarmembran verschiebt die Tektorialmembran gegenüber den Haarzellen (Haarbündel sind richtungsempfindlich)
Exzitatorische und inhibitorische Auslenkung
Wie kommt es zur Ausbildung des Rezeptorpotentials?
Auslenkung in Richtung der größeren Stereozilien —> Dehnung der Tip Links —> Öffnung mechanosensitiver Kationenkanäle —> K+ Einstrom —> Öffnung spannungsabhängiger Ca2+ Kanäle
=> Reaktionszeit von <10 usec
Wieso kommt es bei Auslenkung der Stereozilien zum K+ Einstrom?
Für K+ besteht kein Konzentrationsgradient.
Apikaler K+ Einstrom von elektrischem Potential getrieben:
- Membranpotential der Haarzelle
- Endokochleäres Potential
K+ verlässt die Haarzelle basolateral (transepithelialer Weg)
Durch welche Kanäle kommt es in der Stria vascularis zur K+ Sekretion im Innenohr?
Basale Zellen:
K+ Kanal (Kir4.1)
Marginale Zellen: Na+,K+,2Cl- Symporter (NKCC1) Na+/K+ ATPase K+ Kanal (IsK) Cl- Kanal (CIC-K) -von marginalen Zellen in intrastriale Flüssigkeit-
Was bewirkt Furosemid?
Na+, K+, 2Cl- Symporter (NKCC1) wird durch Furosemid gehemmt
—> es kommt zur Innenohrschwerhörigkeit
Was ist das endokochleäre Potential?
Positives elektrisches Potential der Scala Media von +80 bis +100 mV gegenüber der Scala vestibuli und Scala tympani.
Das Potential wird von der Stria vascularis erzeugt.
Welches Potential besitzt die innere Haarzelle?
Ca. -40 mV
Welches Potential besitzt die äußere Haarzelle?
Ca. -70 mV
Welches ist das Rezeptororgan des Ohres?
Haarzellen im Corti-Organ
A) innere Haarzellen: überwiegend afferente Fasern, myelinisiert, ca. 90% des N. Cochlearis
B) äußere Haarzellen: überwiegend efferente Fasern, nicht-myelinisiert, ca 10% des N. Cochlearis
Wie funktioniert die synoptische Transmission?
Depolarisation —> Öffnung spannungsgesteuerter L-Typ Ca2+ Kanäle —> Exozytose synaptischer Vesikel
—> Glutamatfreisetzung —> postsynaptischer Glutamatrezeptor (AMPA-Typ) —> EPSP —> AP
Wie wird am Hörnerv die Amplitude codiert?
Schallamplitude durch AP-Frequenz codiert.
Je höher der Schalldruckpegel, desto höher die Frequenz (Max. 100 Hz)
Wie wird am Hörnerv die Frequenz codiert?
Tonotopie (Amplitudenmaximum der Wanderwelle)
Stimulusgröße wird über Frequenz der APs codiert; mit zunehmender Stimulusgröße werden zusätzliche Hörnervenfasern rekrutiert
Was ist eine Schalleitungsstörung?
Störung der Luftleitung
Schädigungsort liegt in schallleitenden Anteilen des Ohrs
Mittelohr oder äußerer Gehörgang
Mittelohrentzündung
Eine meist sehr schmerzhafte, virale Infektion oder bakterielle Entzündung.
Die Übertragung erfolgt über die Eustachische Röhre aus dem Nasenraum oder durch die Blutbahn.
Während der Infektion ist das Hörvermögen auf dem betroffenen Ohr stark eingeschränkt.
Perforation des Trommelfells
Das Trommelfell kann durch Einwirkung von Fremdkörpern oder durch eine Entzündung beschädigt werden.
In manchen Fällen kann auch ein Schlag auf das Ohr oder ein sehr lauter Knall zu einer Perforation führen. Ein Loch im Trommelfell führt zu einem schlechteren Hören.
Otosklerose
Die Otosklerose beeinträchtigt die Beweglichkeit des Steigbügels durch Verkalkung. Es tritt eine langsame zunehmende Schallleitungsschwerhörigkeit auf. Nicht selten ist die Erkrankung mit einem auftretenden Ohrgeräusch (Tinnitus) verbunden.
Was ist eine Schallempfindungsstörung?
Schädigung der Hörempfindung
Schädigungsort liegt im Innenohr oder nachgeschalteten Stationen der Hörbahn
Unabhängig vom Weg des Schalls
Bartter Syndrom
Beschädigung der sensiblen Haarzellen führt zur Einschränkung der Schallwahrnehmung.
- Knalltrauma
- Presbyacusis (Altersschwerhörigkeit)
- Medikamentöse Beeinträchtigung (Ototoxische Nebenwirkungen)
Genetische Veränderung kann auch Ursache für Höreinschränkungen sein
(Genetischer Defekt des Furosemid-sensitiven Na+/K+/2Cl- Cotransporters)
Morbus Meniere
Symptome: Schwindel (Vertigo), Hörverlust und Phantomgeräusche (Tinnitus, Ohrensausen), zusammen: Meniersche Trias
Vermutliche Ursache:
- gestörte Resorption von Endolymphe
- zu hoher Druck auf der Reissner-Membran führt zu vorübergehenden Rissen in der Membran oder erhöhter Durchlässigkeit des Endolymphschlauches
- Endolymphraum wird ausgebuchtet und die Beziehung zwischen Haarzellen und Tektorialmembran verzerrt (Endolymphhydrops, Hydrops cochleae)
Was ist Resonanz?
Erfolgt bei einer kontinuierlichen Anregung einer Schwingung mit oder nahe der Eigenfrequenz.
Haarzellen im Innenohr haben ca. 100 unterschiedliche Resonanzfrequenzen
—> Trennung von unterschiedlichen Frequenzen eines Geräusches
Rinne-Versuch
Subjektives audiometrisches Verfahren:
Test der Schallleitung beider Ohren durch Vergleich der Hörschwellen, für Luft- und Knochenleitung
Durchführung: Stimmgabel an Proc. Mastoideus und dann vor das gleichseitige Ohr gehalten, Ton am Ohr besser oder normal zu hören = Rinne positiv bei normaler Schallleitung (Luft besser als Knochen)
Negativer Rinne-Versuch: Hinweis auf Schallleitungsstörung
Positiver Rinne-Versuch: Physiologisch / Schallempfindungsstörung des getesteten Ohres
Weber-Versuch
Test der Knochenleitung, untersucht ob eine einseitige Schwerhörigkeit auf einer Schallleitungs- / Schallempfindungsstörung beruht
Durchführung: Stimmgabel wird auf die Schädelmitte aufgesetzt und der Patient soll beantworten auf welcher Seite er den Ton besser hört
- keine Lateralisation: physiologisch/ seitengleiche Schwerhörigkeit
- Lateralisation in das normale Ohr: Schallempfindungsstörung der Gegenseite
- Lateralisation in das hörgeschädigte Ohr: Schallleitungsstörung dieser Seite
Addition mehrerer gleichlautend Schallquellen
Lges = Lpi + 10 * log(n)
10 Schallquellen = Erhöhung des Schallpegels um 10 dB
100 Schallquellen = Erhöhung um 20 dB
1000 Schallquellen = Erhöhung um 30 dB
Schallleistungspegel
Lp = 10 * log (P/P⁰) {dB}
Schallintensitätspegel
Li = 10 * log(I/I⁰) {dB}
