Das menschliche Ohr

Das menschliche Ohr ist ein sehr empfindliches und komplexes Sinnesorgan. Menschen können die Frequenzen von 16 Hz bis 20 kHz (etwa 10 Oktaven) wahrnehmen. Das Gehör besteht aus dem Ohr und der Hörbahn im Gehirn. Dieser Artikel fokussiert nur das Ohr, das aus drei Teilen besteht:

1. Außenohr (auris externa)
2. Mittelohr (auris media)
3. Innenohr (auris interna)

Alle drei sind auf dem folgenden Bild zu sehen.

Der Ohraufbau: Außenohr, Mittelohr, Innenohr

Im Folgenden lesen Sie über die ersten zwei Teile des Ohrs. In einem weiteren Artikel erfahren Sie über das Innenohr.

Ohr Aufbau — das Außenohr

Der erste Schritt des Hörens geschieht im Außenohr. In dem Bild oben ist es gut zu sehen. Das Außenohr besteht aus:

1. Der Ohrmuschel (auricula auris): Sie wirkt vor allem als Filter. Schall klingt aus jedem Einfallswinkel ein bisschen anders. Zum Beispiel erzeugt die Ohrmuschel einen Schallschatten, der hohe Frequenzen von hinten leise macht, tiefe aber nicht (Ziemer, 2023). Diese Filterung ist für Schallquellen-Lokalisation und Binaural Audio wichtig.
2. Dem äußeren Gehörgang (meatus acusticus externus): Er ist 3 cm lang, und verstärkt Frequenzen um 4 kHz. Winzige Härchen, Ohrenschmalz und Öl schützen das Ohr vor Keimen und Parasiten und befördern sie nach draußen. (Ziemer, 2023)

Zwischen dem Außenohr und dem Mittelohr befindet sich das Trommelfell. Es ist „etwa 0,074 mm dünn, nach außen konkav und elliptisch, mit einem Durchmesser von 0,8–1 cm.“ (Ziemer, 2023) Die eintreffenden Schalldruckschwankungen lenken das Trommelfell aus. Dadurch alleine können wir sie aber nicht hören.

Ohr Aufbau — das Mittelohr

Hinter dem Trommelfell befindet sich das Mittelohr. Das Bild unten veranschaulicht diesen Teil.

Hammer, Amboss und Steigbügel funktionieren als Impedanzwandler im Mittelohr. Foto: Alizera Moradpour

Das Mittelohr enthält drei winzige Knochen

1. Hammer (malleus)
2. Amboss (incus)
3. Steigbügel (stapes)

und die Eustachische Röhre, die Ihnen den Druckausgleich im Flugzeug und unter Wasser ermöglicht. Die Knochen sind miteinander verbunden und übertragen die Auslenkungen des Trommelfells auf das ovale Fenster, den Eingang des Innenohrs. Ihre Hebelwirkung ist nötig, damit Schall aus der Luft in das mit Flüssigkeit gefüllte Innenohr übertragen wird, ohne zu reflektieren (Ziemer, 2023).

Ohr Aufbau — das Innenohr

Im Innenohr (auch Hörschnecke oder Cochlea) passiert die Magie:

Das Innenohr ist schneckenförmig und ihre Bio-Mechanik nichtlinear. Foto: Alireza Moradpour

1. Komplizierte physiologische Mechanismen erzeugen eine Wanderwelle, die vom ovalen Fenster bis zur Spitze läuft.
2. Das Besondere an ihr ist, dass sich jede Frequenz an einem anderen Ort aufschaukelt. Das passiert durch Nichtlinearitäten, wie bei einer Monsterwelle.
3. Ähnlich einem Spektrogramm wird der eintreffende Schall so in seine einzelnen Frequenzen zerlegt, deren Lautstärke und zeitliche Abfolge im Hörnerv neuronal kodiert werden.
4. Diese neuronale Kodierung mithilfe von 30.000 Neuronen ist noch ungenau.
5. Daher umfasst die Hörbahn des Menschen hunderte Millionen weiterer Neuronen, die die Ortung von Schallquellen, das Erkennen von Tonhöhen, Rhythmen, Melodien, Harmonien, Timbre und Sprache optimieren.

Die Funktionsweise des Ohres ist so gut erforscht, dass wir es für Technologien, wie MP3 und Sonifikation und psychoakustische Schallfeldsynthese nutzen können. Gleichzeitig sind viele Detailfragen noch immer offen, weshalb sich die Systematische Musikwissenschaft nach wie vor mit der Physiologie und Psychologie des Hörens befasst.

Quellen:

• Ziemer, T. (2023). Psychoakustische Schallfeldsynthese für Musik: Raum schaffen für Komposition, Aufführung, Akustik und Wahrnehmung. Springer, Cham.

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Das Gehör von Mücken

Mücken kommunizieren über die Töne, die ihr Flügelschlag produziert. Vor allem für ihr Paarungsverhalten ist der Mücken-Ton essenziell. Man spricht bei ihrem akustischen Balzverhalten gar von Liebesliedern. Die Mechanismen sind geradezu spektakulär:

Mückenton-Messung, mit Mücken (rot) und Mikrofonen (grün) im Käfig, daneben ein Lautsprecher (blau). Foto: Tim Ziemer

• Es gibt über 3500 Moskito-Arten
• Einige kennen Sie als Stechmücken oder Gelsen
• Mücken hören mit ihren Antennen
• Ruhende Mücken hören Frequenz bis etwa 500 Hz
• Im Flug können Mücken jedoch auch Frequenzen von über einem Kilohertz wahrnehmen
• Denn wenn sie selbst fliegen, reagieren ihr Flügelschlag und der Außenschall gewissermaßen miteinander
• Aus der Überlagerung ihres eigenen Flugschalls und dem eintreffenden Schall aus der Umwelt entstehen bei dieser Reaktion neue, tiefe Frequenzen
• Diese neuen Frequenzen entstehen durch Nichtlinearitäten in den Antennen und ähneln den Schwebungen, die wir Menschen hören
• Vor allem männliche Mücken schlagen oft weit über 500 Mal pro Sekunde mit den Flügeln. Dadurch erzeugen Sie nur Frequenzen über 500 Hz.
• Ohne Nichtlinearitäten wären männliche Mücken also für andere Mücken unhörbar
• Dank der Nichtlinearitäten können Weibchen Männchen bemerken und orten

Details über das Gehör von Moskitos finden Sie in meinem Artikel zum Modell des Mückengehörs. Ich selbst habe am KNUST in Ghana akustische Untersuchungen an Mücken durchgeführt, wie in dem Foto oben zu sehen ist. Vor allem Männchen lassen sich durch den Klang eines Weibchens anlocken. Vertreiben ist hingegen schwierig.

Darum nutzen Mücken-Ton-Stecker nichts

Ein Mückenabwehr-Ton existiert nicht. Obwohl Sie viele Produkte kaufen können, die sich als Mückenschreck ausgeben, weisen wissenschaftliche Erkenntnisse in eine andere Richtung:

Kein Mücken-Ton vertreibt Moskitos. Daher nutze ich Speere. Foto: Tim Ziemer

• Es ist bekannt, dass hohe Schalldruckpegel in Tieren, wie Menschen, Stress und den Drang zur Flucht auslösen können
• Jedoch verklingt diese Wirkung schnell, wenn das Tier feststellt, dass keine wirkliche Gefahr von dem Schall ausgeht
• Nachweislich lassen sich Mücken mittels gebündeltem Schall (Beamforming/Schallstrahl) bei extrem hohen Pegeln geradezu kochen
• Dazu müssen sie sich jedoch irgendwo auf diesem dünnen Schallstrahl befinden. Da könnten Sie Mücken ebenso gut mit einem Speer jagen (siehe Foto).
• Kommen Sie selbst diesem Schallstrahl in die Quere, ziehen auch Sie sich Verbrennungen zu
• Akustische Geräte zur vermeintlichen Mückenabwehr erzeugen lediglich einen lauten Sinus-Ton, keinen Schallstrahl
• Dieser ist weder für Fluchtinstinkt, noch für Verbrennungen laut genug
• Mit Glück liegt dieser im Ultraschallbereich und ist für Sie nicht hörbar
• Mit Pech stört Sie der Ton, da er oft zwischen 10 und 16 kHz liegt
• In jedem Fall ist ausgeschlossen, dass eine Mücke ihn hören kann
• Und selbst bei hörbarem Schall, wie Ihrer Stimme oder Musik, besteht kein Grund zur Annahme, dass er Mücken verscheucht

Im Gegensatz zum Mücken-Ton, konnten wir in Experimenten beobachten, dass Cremes mit Eukalyptus-Öl Mücken wirksam vom Stechen abhalten. Foto: Tim Ziemer

Um die Gefahr auf Mückenstiche zu reduzieren, setzen Sie für Innenräume auf Fliegengitter, und tragen Sie draußen am besten lange Kleidung, cremen sich mit Lotion auf Zitronengras- oder Eukalyptus-Basis ein, stellen einen Ventilator hinter sich auf und meiden Feuchtgebiete. Da Mücken generell sehr leise sind, kann man ihre Flug-Töne nur im schalltoten Raum ohne viel Rauschen aufnehmen.

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