|

I. 4 / A
Fül
– a legpontosabb méréstechnikával rendelkező
érzékszerv
Ha
elveszítenénk a hallásunkat, azzal egyik döntő tájékozódási
lehetőségünket veszítenénk el. A napi történésekből igencsak ki lennénk
rekesztve, akárcsak egy szűk kalitkába zárt madár. Az érzékelt hangok
gazdagítják életünk érzéki benyomásait. Fülelünk a víz halk csobogására
a tóparton, de halljuk a tenger hullámverésének dübörgő hangját is.
Örvendezünk a méhek halk zümmögésének, amikor virágról virágra szállnak,
és séta közben örülünk egy trillázó pacsirta énekének. Az általunk
hallott zajok széles skálát fognak át. Ez a tartomány egy szúnyog halk
zümmögésétől egy sugárhajtású gép indulásának fülsiketítő zajáig terjed.
A csattogó légkalapácsok és a zakatoló gépek szintén mindennapi
tapasztalataink közé tartoznak. Mindezek a jelek ugyan elárulják
eredetüket, de nincs nekünk szóló üzenetük.
Nem
csak vevők, de adók is vagyunk. A beszéd és a hallás alapvető
kommunikációs eszközeink. Itt minőségileg egészen másfajta hangról van
szó. A zene hangjai, az énekelt dalok és a beszélt nyelv tele van
jelentésekkel. Az általuk tartalmazott jelentés azonosítása több, mint a
hanghullámok feldolgozása. Ehhez egy különleges kiértékelő rendszerre
van szükség. A hallás folyamatában az agy ez a nélkülözhetetlen műszer.
Végül az értelmezett hang a lelkünket is megérinti, amint azt egy
francia közmondás oly találóan kifejezi: „A fül a szívhez vezető út”.
A
hallásnak a külvilággal való kapcsolatunkban nem kevésbé fontos szerepe
van, mint a látásnak. Minden zaj a levegő rezgése, amit füleink
felfognak. Először hidrodinamikai rezgésekké, majd elektromos idegi
impulzusokká alakulnak, végül az agy azonosítja ezeket mint információt.
|
 |
|
A recehártya (retina)
felépítése ! |
|
1. alagúttá
kunkorodott
fülszegély
2. a fülszegély gyöke
(crus helicus)
3. a külső hallójárat
elfedett nyílással
4. tragus
5.
antitragus |
6.
fülkagyló-üreg
(cavum conchae)
7.
belszegély (anthelix)
8.
fülszegély (helix)
9.
kapu a fülszegély-alagúthoz
10. Darwin-féle dudor |
Tudtad-e, hogy az emberi fül egy mérőműszer, amely egy olyan technikával
rendelkezik, amit eddig a tudomány nem tudott megvalósítani, sőt még
megérteni sem? Hogy némi fogalmunk legyen erről a technikáról, néhány
szakkifejezésre is szükségünk lesz. Először néhány fogalmat magyarázzunk
el:
Hangnyomásszint: A rezgő testek (a hangvilla, a hangszóró membránja,
az ember hangszálai) rezgésbe hozzák a körülöttük levő levegőt. Ennek
során a közvetlen környezetükben levő levegőmolekulák felgyorsulnak.
Hullámok keletkeznek, amelyek kb. 340 m/s sebességgel terjednek. Ezt a
jelenséget nevezzük hangnak. A hangtérben vannak zónák, amelyekben a
levegő-molekulák sűrűbben, és olyanok, melyekben ritkábban helyezkednek
el. Ezekben a zónákban a megfelelő légnyomás nagyobb, ill. kisebb a
normálisnál. Ha egy grafikonon ábrázoljuk a hangnyomás ingadozásait, egy
hullámformájú görbét kapunk. Két szomszédos, azonos nyomású hely
távolságát hullámhossznak nevezzük. A hullámnak a nyugalmi helyzetből
való maximális kitérése az amplitúdó. Ha nő a hullámhossz (vagyis
csökken az időegységenkénti rezgések száma), mélyebb
hangot hallunk. Ha a hullámhossz csökken (vagyis nő az
időegységenkénti rezgések száma), akkor magasabbnak halljuk a hangot. A
hangmagasság a hang frekvenciája, mértékegysége a hertz (1 Hz = 1 rezgés
másodpercenként). Az amplitúdó növekedése hangosabb hangot, csökkenése
pedig halkabb hangot eredményez. A szokásos hangforrások különböző
frekvenciájú és amplitúdójú hangok keverékét bocsátják ki.
 |
|
Az
emberi fül felépítése
A
hangrezgések útja a külső hallójáraton át, a
dobhártyán, a kalapácson, az üllőn és a kengyelen
keresztül, az ovális ablakon át a folyadékkal teli
csigába vezet. A kerek ablak gondoskodik a
nyomáskiegyenlítésről a csiga és a levegővel teli
középfül között. A három ívjárat az egyensúlyi
szervhez tartozik. A hangérzékelés szerve a két és
fél kanyarulatból álló csiga. A csigamenet
tartalmazza a Corti-féle szervet, amelyben kb. 15
000 hallósejt található érzékelő szőrökkel
(szőrsejtekkel). A csigából egy hallóidegekből álló
„vastagkábel” fut az agyba. |
A nyomás
amplitúdóját hangnyomásnak nevezzük,
(pascal, Pa) adunk meg (1 N/m2 = 1 Newton per négyzetméter). Az
akusztikában azonban egy másik mérték szokásos, nevezetesen a
hangnyomásszint. Ezt dB-ben (= deciBel) adjuk meg. Valamilyen px
hangnyomásból a következőképpen kapjuk meg a hozzátartozó dB-számot:
Képezzük a px/p0 hányadost, ahol p0 = 2 · 10-5 N/m2 egy önkényesen
megállapított referencia-hangnyomás. Erre a célra éppen azt a p0
hangnyomást választották, amely az emberi fül hallásküszöbének felel
meg. Ezután képezzük a px/p0 hányados tízes alapú logaritmusát, és ezt
szorozzuk 20-al. Az L hangnyomásszint kiszámításának képlete tehát:
L = 20 · log(px/p0)
Ennek az
önkényesnek látszó definíciónak egy sor előnye van:
• Ahelyett,
hogy a nyomásnál kellemetlen módon tíz hatványaival kellene számolni,
ugyanezt elérhetjük 1-3 jegyű számokkal.
• Az egyes
mennyiségekre egész számokkal való szorzás esetén a következő
összefüggések adódnak:
• Tízszeres
hangnyomás 20 dB különbséggel fejezhető ki.
• Kétszeres
hangnyomás 20 · log 2 = 20 · 0,30103 ≈ 6 dB különbségnek felel meg.
•
Háromszoros hangnyomás 20 · log 3 = 20 · 0,4771 = 9,54 ≈ 10 dB
különbségnek felel meg.
• A
hangenergia a hangnyomás négyzetével arányos. A hangenergia
megduplázódása tehát 3 dB különbségnek felel meg.
Hangerősség: Amint láttuk, a hangnyomásszint egy tisztán fizikai,
mérhető mennyiség, amely vagy N/m2-ben vagy dB-ben adható meg, és semmit
sem mond az ember által szubjektíven érzett hangerősségről. Az azonos
hangnyomású, de különböző frekvenciájú hanghullámokat nem érezzük azonos
erősségűnek. Egy 63 Hz-es hangot csak akkor hallunk egy 20 dB-es és 1000
Hz-es viszonyítási hanggal egyenlő erősségűnek, ha a 63 Hz-es hang
hangnyomását kb. 30-szorosára növeljük. Az imént felírt képlet szerint
ez L = 20 · log 30 = 29,5 dB különbséget jelent. Egy dB-Hz grafikonon
berajzolhatók az azonos hangerőhöz tartozó vonalak. Ezeket a görbéket,
melyek a különböző frekvenciákhoz, de azonos hangerőszinthez tartozó
pontokat kötik össze, izofonoknak nevezik. Definíció szerint a
hangerőszint értéke egyenlő az ugyanilyen hangerejű 1000 Hz-es hang
dB-ben mért hangnyomásszintjével, de fon egységben megadva. Például ha
fel akarjuk rajzolni az 50 fon-hoz tartozó izofont, a következőt kell
tennünk: Egy kísérleti személy előtt bekapcsolunk egy 1000 Hz-es, 50 dB
hangnyomásszintű viszonyítási hangot. A kísérleti személynek az összes
többi frekvenciánál addig kell állítania egy hangszint-szabályzót (a
dB-érték beállítása), míg ezt a hangot ugyanolyan hangosnak nem érzi,
mint az 1000 Hz-es hangot. Ily módon a Hz-abszcisszákhoz megkereshetjük
a megfelelő dB-ordinátákat, és felrajzolhatjuk az 50 fon-hoz tartozó
görbét (izofont). A fon-skála csak 1000 Hz-en egyezik meg számszerűen a
decibel-skálával.
Azt a
hangnyomásszintet, amelynél egy hang éppen hallhatóvá válik,
hallásküszöbnek nevezzük. Ez a 4 fon-hoz tartozó izofon. Ha a
hang-nyomásszint olyan erőssé válik, hogy fájdalmat érzünk, elérjük a
fájdalomküszöböt. Ez is egy izofon, a hozzá tartozó hangerősség 130
fon. Ha a fül a nyomást úgy érzékelné, mint egy fizikai mérőműszer,
akkor az összes izofon vízszintes egyenes lenne.
|
 |
|
A normálisan halló
emberi fül hallási tartománya
A különböző
frekvenciákon különböző a fül érzékenysége (a hallásküszöb görbéje).
Az 1-5 kHz tartományban a legnagyobb az érzékenység; itt a fül még
2·10-5 N/m2 hangnyomásokat is érzékel, ami 10-16 W/cm2
hangintenzitásnak (I) ill. hangenergiának felel meg. Az ábrán be van
jelölve a nyelv és a zene intenzitás- és frekvenciatartománya. A
legszélesebb hallási sáv kb. 2 kHz-nél van: itt elképzelhetetlen, 13
nagyságrendnyi hangenergia-tartományt fog át. |
Két hang
hangerősségének egyenlőségét nagyon pontosan meg tudjuk ítélni. Az alsó
intenzitástartományban két egyenlő frekvenciájú
hangot már akkor különböző erősségűnek érzünk, ha hangnyomás-értékük
csupán 1 dB-lel tér el. A felső intenzitástartományban ez az érték még
ennél is lényegesen kisebb.
12
nagyságrend a mérési tartomány átkapcsolása nélkül: A
hangnyomásszintet illetően a fül teljesítménye valóban csodálatra méltó:
120 dB-es tartományt fog át. Mivel 6 dB a hangnyomás megduplázódását
jelenti, az emberi fül akkora hangnyomás-tartományt képes átfogni,
amelyben a két szélső érték aránya 2-nek 120 dB/(6 dB) = 20-ik hatványa:
220 = 1 048 567 ≈ 1 millió. A hangenergia esetén a négyzetes összefüggés
miatt már 3 dB duplázódást jelent. Az emberi fül tehát azzal a nem
sejtett képességgel rendelkezik, hogy olyan széles
energiatartományban észleli a hangokat, amelyben a két szélső érték
aránya 2-nek 120 dB/(3 dB) = 40-ik hatványa ill. 10-nek 12-ik hatványa:
240 = 10244 = 1,099 · 1012. Másképp kifejezve: A fájdalomküszöb és a még
éppen hallható hang közötti tartomány a hangenergiát illetően olyan
óriási, hogy a két szélső energia aránya 1 billió. Mindez bámulatos
módon a mérési tartomány változtatása nélkül történik. Nem ismert olyan
mérőkészülék, amely ilyen széles sávot képes átfogni a mérési tartomány
átkapcsolása nélkül! Ha például egy voltmérővel 1 és 10 000 Volt közötti
feszültségeket akarunk mérni (az arány 104), ez ugyanazzal a készülékkel
csak akkor lehetséges, ha a mérési tartományt többször átkapcsoljuk.
 |
|
A
fülkagyló és a hangutak
a)
Fülkagyló: Az ábrán láthatók a fülkagyló egyes
részeinek anatómiai elnevezései.
b)
Lehetséges hangutak: A két lehetséges hangút (I.
és II.) be van rajzolva a fülkagylóba:Az I. út
esetén a hang a belszegélyből a külső hallójárathoz
érkezik, a II. út esetén pedig végigfut az alagúttá
bemélyült fülszegély S-alakú íve mentén. Mivel a
második út az elsőhöz képest kb. 6,6 cm-rel
hosszabb, a hangesemények 0,066 m/(330 m/s) = 0,0002
s = 0,2 ms időkülönbséggel érkeznek be. Ezáltal az
agyban olyan hatás jön létre, mintha az embernek nem
két, hanem négy füle volna – kettő a fejen egy
kicsit magasabban, kettő pedig kicsit mélyebben –,
mivel az agy ugyanazt a jelet négyszer kapja meg,
egymáshoz képest kis időkülönbségekkel. |
Az emberi
fül egy optimálisan megszerkesztett mérőrendszer, amelynek érzékenysége
eléri a fizikailag lehetséges határokat. A
hanghullámok nyomáshullámok. A hanghullámok által kifejtett nyomás
nagyon csekély. Egy még éppen hallható 1000 Hz-es hang hangnyomása 2 ·
10-5 N/m2. Ugyanezen a frekvencián a fül fájdalom-határa a
küszöb-hangnyomás kb. hatmilliószorosánál van. Hallószervünk
munkatartománya több nagyságrendet fog át (lásd a 23. oldali ábrát).
Az emberi
fül halláshatáránál (hallásküszöb) a dobhártya minimális rezgési
kitérése (amplitúdója) a csekély hangnyomás miatt csupán 10-10 cm. Hogy
fogalmat alkothassunk erről a szélsőséges érzékenységről, egy szokatlan
hasonlathoz kell folyamodnunk: Ha az ember testhosszát 200
milliószorosára nagyítjuk, megkapjuk a föld-hold távolságot. A dobhártya
kitérése még ekkora léptéknagyítás esetén is csupán 2 mm lenne.
Tudtad-e,
hogy az emberi fül frekvenciatartománya 10 oktáv? A C és C’ hang között
(ugyanígy A és A’ vagy G és G’ között) egy oktáv van. Az oktáv szó itt
nem a frekvenciaarányra vonatkozik: a frekvencia egy oktávon belül
megduplázódik. Két oktáv (pl. C és C’’ között) tehát az f1 frekvenciától
a négyszeres f2 = 4 · f1 frekvenciáig terjed; három oktáv ennek
megfelelően az f1 kiindulási frekvencia nyolcszorosáig terjed: f3 = 23 ·
f1. Az ember 10 oktávos hallási tartománya a frekvenciára vonatkozóan
210 = 1024 ≈ 1000 szorzótényezőt jelent – a hallási tartomány 20 Hz–20
kHz.
Bámulatosan
jó az a képességünk, amivel a hangmagasságokat meg tudjuk különböztetni.
Az 1000 Hz körüli optimális tartományban képesek vagyunk két frekvenciát
megkülönböztetni, amelyek csak 0,3%-kal, vagyis 3 Hz-cel térnek el
egymástól. Ha két mérőjel olyan közel van egymáshoz, hogy
érzékszerveink még éppen meg tudják őket
megkülönböztetni, eltérésüket különbségküszöbnek nevezzük. A frekvencia
különbségküszöbe ezek szerint csupán 3 Hz.
A
hangerősség, az időbeli lefolyás és a
frekvencia-összetétel az a három jellemző, amely egy hangesemény
lényegéről és eredetéről informál minket. Ezenkívül fontos az az irány
is, ahonnan a hang érkezik. A hang forrásának lokalizálása olyan
probléma, amit a Teremtő a két füllel való hallás révén oldott meg. Egy
hang-forrás lokalizálása szempontjából két fontos tényező van: a
különböző intenzitás és a terjedési idők különbsége.
|
 |
 |
|
A hang számítási
lehetőségei az agyban
c) Hat
összehasonlítási érték: A vázlat szerint az agyban történő
numerikus kiértékelés számára a négy, térben elkülönülő mérési érték
miatt összesen hat összehasonlítási érték van.
d) Hangfelfogó
mezők: A hangfelfogó mezők helyzete anatómiai megfontolások
segítségével a fenti rajz szerint megállapítható. Egy 45°-kal
lesüllyesztett hangforrás esetén a hang a felső belépési mezőbe
akkora késéssel lép be, ami kb. 9,1 mm útmeghosszabbodásnak felel
meg. Ez az egyenlő szárú háromszög miatt 13 mm magasságkülönbségnek
felel meg. A Darwin-féle dudor alatt található a hangbelépés kapuja
az alagútszerűen kitágult fülszegélybe. A rövidebb I. út nyílása ott
van, ahol a balszegély egy kétoldalú csúszdához hasonlóan van
kialakítva. A dudor formájú belszegélyen a hang a fülszegélybe
reflektálódik, és a hosszabb II. hangúton jut a hallójárathoz, vagy
a dudortól rövid úton jut oda. Mivel a két belépőnyílás közötti
legrövidebb összeköttetés kb. 45°-ban hajlik, a két hangút
belépőnyílásának távolsága kb. 18 mm.
(J. Maximilian, E. Irrgang, B. Anderesen után) |
A
hangforrástól elfordított fül a hangeseményt valamivel halkabban és
valamivel később hallja, mint a hangforrás felé fordított fül. A
hangforrás távolságának megbecsülése is a két fül közötti viszonylagos
hangerőkülönbség mérése által történik. Noha ez
az idő- és hangerő-különbség rendkívül kicsi, az agy hallási központjai
mégis képesek úgy kiértékelni, hogy létrejön az irányérzet. Ez a
mérőkészülék olyan pontosan működik, hogy annak a hangnak az
időkülönbsége, amely a bal fülbe csupán 0,000 03 másodperccel később
érkezik, mint a jobb fülbe, még határozottan érzékelhető. Ez az
akusztikus térbeli tájékozódás szempontjából azt jelenti, hogy ha egy
hangforrás iránya csupán 3°-kal tér el a fej szimmetriasíkjától, már
észleljük, hogy elmozdult.
A
zajszint mért értékei: Az alábbi táblázat különböző zajok
dB-értékeit tartalmazza. A 90 dB feletti zajok halláskárosodást
okozhatnak. Tartós 155 dB-es zaj képes megégetni a bőrt. Íme néhány
hangforrás a hozzá tartozó dB-értékkel:
|
Hangforrás |
dB |
|
hallásküszöb |
15 |
|
levélzizegés |
18 |
|
suttogás |
25 |
|
nagy irodahelyiség |
50 |
|
lassan haladó autó |
50 |
|
mennydörgés |
65 |
|
élénk utcai forgalom |
70 |
|
írógép |
70 |
|
vízesés zúgása |
90 |
|
távolsági
tehervonat |
98 |
|
fűrészüzem |
100 |
|
sugárhajtású repülőgép (600 m
magasan) |
105 |
|
diszkó |
114 |
|
légcsavaros repülőgép induláskor |
120 |
|
kazánkovács-műhely |
120 |
|
rock-koncerten |
125 |
|
sűrített levegős kőzetfúró |
130 |
|
tüzérségi tűz |
130 |
|
repülőgépmotor vizsgálópadja |
140 |
|
sugárhajtású repülőgép indulása |
145 |
Most
foglalkozzunk a fül felépítésével:
Fülkagyló:
Az emberi fülkagyló különös szépségű és összetéveszthetetlen
alakú. Lendületes dombormű, kiemelkedésekkel és
mélyedések-kel, csatornákkal, dudorokkal, kiugrásokkal és
beszögellésekkel, amelyek mégis minden embernél egyediek. E
bonyolult és szép struktúrák jelentőségét csak néhány éve
fejtették meg. Kiderült, hogy fontos szerepet játszanak a
hallási folyamatban.
A hang a
fülkagylótól két, eltérő hosszúságú úton jut el a
hallójárathoz. Ez azt eredményezi, hogy a hang a hosszabbik
úton haladva ötezred másodperccel később lép be a
hallójáratba, mint a rövidebbiken.
|
 |
A Corti-féle szerv !
1. ércsík
2. spirálszalag
3. a dobi csatorna
borítósejtjei
4. támasztósejtek
5. külső szőrsejtek
6. belső alagút
7. belső szőrsejt
8. belső
spirálbarázda
9. oszlopsejtek
10. hallóideg
11.
csontos spirál-lamella
12.
a csontos spirállamella pereme
13.
fedőhártya
14.
Reissner-hártya
15.
csigacsatorna |
330 m/s
hangsebességnél ez hat és fél centiméteres kerülőt jelent.
Ez a hangkettőződés – nem tévesztendő össze a két fül
közötti időeltolódással – egy kifinomult akusztikai elemzés
célját szolgálja, amely nélkül az ember nem boldogulna.
Tehát egy háromdimenziós hangelemző rendszerrel
rendelkezünk, amely lehetővé teszi számunkra, hogy a
hangforrások irányát, helyét és mozgását az egész térben
felismerjük. A nyelvi kommunikáció nagy igényeket támaszt a
hallással szemben, hiszen egy beszélő ember helyét és
mozgását, és a nyelv összes bonyolult hangszekvenciáját a
legpontosabban kell észlelni. A két fülünkön meglevő két-két
hangút révén kvázi négy füllel rendelkezünk. Ennek a
mesterien kigondolt elvnek a zsenialitása abban van, hogy
szubjektíve sem a hangkettőződésről, sem a négyszereződésről
nem veszünk tudomást.
Darwin 1871-ben jelentette meg „Az
ember származása és a nemi kiválasztás” [magyarul: Gondolat,
Bp. 1961] című könyvét, és ebben megsemmisítő ítéletet
mondott az ember külső füléről: Mélyedéseinek és
kiemelkedéseinek nincs semmi értelme. A fülkagyló felső,
külső peremén levő dudor „Darwin-féle dudorként” vonult be
az irodalomba. Kutatók nemzedékei látatlanul hittek a
darwini értelmezésben, miszerint ez kiváló példa a
degenerációra. A valóságban a fülkagyló redőlabirintusa
esetében egy szép, genetikailag előírt struktúráról van szó,
miáltal az agy ugyanazt a jelet ötezred másodperccel (=
0,0002 s) később még egyszer megkapja (lásd 24. old. b
ábrát). Ennek olyan hatása van, mintha az embernek négy füle
lenne: kettő magasabban, kettő pedig mélyebben a fej két
oldalán. Ez a rafinált rendszer lehetővé teszi hat
összehasonlítási érték kielemzését az agyban: kettőt az alsó
és felső „fül” között mindkét oldalon, kettőt a szemben levő
oldalak felső és alsó „füle” között, és egyet-egyet a két
alsó és a két felső „fül” között (lásd 25. old. c ábrát).
Mindebből az agy villámgyorsan kiszámítja a környezet
térbeli hangképét, ami lehetővé teszi a hallott információ
kifinomult elemzését. Ennek a konstrukciónak köszönhetjük
azt a bámulatos képességünket, hogy egyes zajokat háttérbe
tudunk szorítani, míg másokat ki tudunk emelni.
 |
A
csiga
1.
pitvari csatorna
2.
csigacsatorna
3.
dobi csatorna
4.
érzékelő terület (Corti-féle szerv)
5.
Reissner-hártya
6.
csigalyuk a pitvari és a dobi csatorna között
7.
kerek ablak
8.
kengyel az ovális ablakban |
Középfül: A beérkező hang a
hallójáraton áthaladva a dobhártyának ütközik. Ez rezgésbe
jön, és a neki átadott energiát továbbadja a középfül
hallócsontocska-láncának. A három hallócsontocska (kalapács,
üllő, kengyel) a dobhártya rezgéseit átviszi egy hártyára
(ovális ablak), a belső fül felé. Ez a három csont egyébként
az emberi test legkisebb csontja! Súlyuk csupán 10
milligramm, kevesebb, mint egy egyforintos súlyának
századrésze. A hallási folyamatban a hangot át kell vinni a
levegőből a belsőfül folyadékába. Egy technikai rendszerben
a levegőből a folyadékba való átmenet során az energia
legnagyobb része rendszerint visszaverődik. A hallásnál
ilyen veszteség megengedhetetlen lenne. Ezt elkerülendő, a
Teremtő közbekapcsolt egy zseniális konstrukciót, amely a
reflexiós veszteségeket rendkívül alacsony szinten tartja. A
dobhártya-hallócsontocska berendezés bonyolult mechanizmusa
révén a levegő hanghullám-ellenállása pontosan illeszkedik a
belsőfül hanghullám-ellenállásához. A kalapács (malleus) a
nyelével a dobhártyához van erősítve, úgyhogy annak
rezgéseit át tudja venni és az üllőn (incus) keresztül
tovább tudja adni a kengyelnek (stapes). A csuklókkal
ellátott csontlánc konstrukciója gondoskodik
róla, hogy a kalapácsra ható erő az emelőhatás miatt a
háromszorosára nőjön, amikor eléri a kengyelt. Ezenkívül a
dobhártya (effektív rezgőfelülete 0,65 cm2) és az ovális
ablak eltérő mérete miatt növekszik a hangnyomás. A
kengyelnek az ovális ablakkal érintkező talpa csak 0,032 cm2
felületű. Ez a mechanizmus tehát további 20-szoros erősítést
okoz.
Belsőfül: A levegőben terjedő hangnak
(dobhártya) folyadékban terjedő hanggá (folyadékkal teli
csiga) való átalakításakor nagymértékű erősítés történik. A
belsőfül a koponya sziklacsontjában található, és
tartalmazza mind az egyensúlyi szervet, mind a hallócsigát (cochlea).
Itt további átalakításra kerül sor, nevezetesen a mechanikus
rezgéseknek elektromos idegi impulzusokká való alakítására.
A csigában van egy tömlő (csigacsatorna, ductus coch-learis),
amely egy nagy viszkozitású folyadékkal, az endolymphával
van kitöltve. A csigacsatornát mindkét oldalon egy-egy
további folyadéktér kíséri: a pitvari csatorna (scala
vestibuli) és a dobi csatorna (scala tympani). Ez a két
járat egy másik, valamivel kevésbé viszkózus folyadékkal, a
perilymphával van kitöltve, és a csigacsúcsban (helicotrema)
találkoznak. A pitvari csatorna az ovális ablaknál kezdődik,
a dobi csatorna pedig a dobüreg falán végződik, pontosan a
kerek ablak hártyájánál.
A csigacsatornát és a pitvari
csatornát egy vékony, rugalmas hártya, az ún.
Reissner-hártya választja el. Ez a hártya enged a hang által
okozott térfogat-elmozdulásnak (= vándorhullám). A hártya
kitéréseit az endolympha átviszi egy másik hártyára, az
alaphártyára, amely a csigacsatorna és a dobi csatorna
között helyezkedik el, innen pedig a perilympha továbbvezeti
a kerek ablakhoz. Ez a lerövidített út fölöslegessé teszi,
hogy a vándorhullám megtegye a kerülőutat a csigacsúcson
keresztül. A Reissner- és az alaphártya tehát egy ütemben
rezeg. Az alaphártya fölött helyezkedik el spirálalakú
dudorként a Corti-féle szerv, amely érzősejtekből épül fel,
nevezetesen 12 000 három-öt sorban elrendezett külső, és 3
500 egy sorban elrendezett belső szőrsejtből (ehhez jönnek a
támasztósejtek). A 12 000 érzősejt
szabályosan elrendezve négy párhuzamos sorban helyezkedik el
(együttesen csak 1/20 mm szélesek) egy 32 mm hosszú
lamellán. A sejteknek ez a geometriai elrendezése és
eloszlása egy zongora billentyűinek elrendezésére hasonlít:
Egy lineáris skála, amelyen a sejtelemek a legmagasabbtól a
legalacsonyabb rezgési frekvenciáig vannak hangolva,
nevezetesen 10-20 kHz-re az egyik végén és kb. 30 Hz-re a
másik végén. Hang hatására az alaphártya fel-le rezeg. Az
amplitúdók azonban elképzelhetetlenül kicsik, nevezetesen
10-11 m nagyságrendűek; ez csupán egy milliárdod centiméter
ill. 10 pikométer (1 pm = 1 pikométer = egy billiomod
méter). Gondoljuk meg: Ez már az atomok átmérőjének
nagyságrendjébe esik. A külső szőrsejtek csúcsai egy
fedőhártyába (membrana tectoria) nyúlnak be, amely a
csigajáratba emelkedik ki. A csigajáratban történő
térfogat-elmozdulások az alap- és fedőhártya relatív
mozgását, így az érzékelő szőröcskék csekély nyíródását
eredményezik. A szőrsejteket ez az inger gerjeszti. Az így
keletkező elektromos jeleket a hallóidegek (nervus
cochlearis) az agyba vezetik. Figyelemre méltó, hogy a jelek
nem csak a szőrsejttől az agy felé, hanem fordított irányban
is futnak. A szőrsejtek alapjánál ezért kétféle típusú
idegrost található: afferens rostok, amelyek az agy felé
vezetnek, és efferens rostok, melyek a szőrsejt felé
vezetnek. Ennek a visszacsatolásnak az értelme még nem
tisztázott. Ez egyike azoknak a rejtélyeknek, amelyeket még
nem sikerült megoldani.
A csigában találhatók a mérőadók
(receptorok); az embernél kb. 15 000 szőrsejt, melyek a
különböző frekvenciájú hanghullámokat felfogják (lásd a
fenti ábrát). A szőrsejtek rendezett sorokban ülnek az
alaphártyán, ami egy vékony válaszfal, és végigvonul az
egész csigán, követve annak minden kanyarulatát. A
szőrsejtek a beérkező hangot összetevő frekvenciáira
bontják. Mindegyik frekvencia a 15 000 szőrsejt csak egy kis
töredékét gerjeszti az alaphártya meghatározott helyén. A
csiga működésmódja rendkívül bonyolult, és még ma sem értjük
teljesen a maga zseniális konstrukciójában.
A fül különleges képességei:
A fül az emberi test legérzékenyebb
érzékszerve. Hallási tartománya kb. 20 Hz és 16 kHz között
van. Az ennél mélyebb frekvenciákat tapintással érzékeljük
mint vibrálást. Minden természetes hangesemény rendkívül
összetett. Olyan hangok, amelyekben csak egyetlen frekvencia
van (szinuszos hangok) a természetben nem fordulnak elő.
Viszont mesterségesen előállíthatók, és fontos kísérleti
segédeszközök. A hangok és a zajok úgy foghatók fel, mint
különböző frekvenciájú és amplitúdójú szinuszos hangok
keverékei. A tiszta szinuszos hang a természetes hangok és
zajok elemi egysége. Egy 3 kHz-es hang észleléséhez elegendő
egy csupán 4 · 10-17 W/cm2-es energiaáram. A hallásküszöb és
a fájdalomküszöb közötti intenzitástartomány 10-16 és 10-4
W/cm2 között van (lásd a fenti diagramot).
A beszéd megértése: A beszéd adománya
egyedülálló az élőlények között. A Teremtő csak az embert
látta el ezzel a rendkívüli kommunikációs rendszerrel. Ebben
lényegében négy, egymástól függő szervrendszer vesz részt:
• A gégefő állítja elő a hangot (fonáció,
hangképzés).
• A száj-garat tér a gégefőtől érkező
hangból érthető magán- és mássalhangzókat formál. Ezt a
mechanizmust artikulációnak nevezik.
• A gégefő hangképzését és a száj-garat tér
artikulációját központilag az agy motoros nyelvközpontja
szabályozza.
• A rendezett folyamat folyamatos
ellenőrzéséhez szükség van a fiziológiai hallásfunkcióra;
hallás-beszéd körről beszélünk. Ez a kör biztosítja a fül, a
hallópálya és a szenzoros nyelvközpontban történő
nyelvérzékelés zavartalan működését, a psziché és az
intelligencia bevonásával. Ebből nyilvánvaló: A fül több
mint egy műszakilag megtervezett fizikai mérőrendszer. A fül
szerves alkotórésze egy rendszernek, amelyben jelentést
hordozó információról, a zene szépségéről, gondolatokról,
eszmékről és intelligenciáról van szó.
A fül eredete: Vajon honnan származik
a fül (és a szem) zseniális konstrukciója? A zsoltárszerző
megadja a rövid és találó választ: „Aki a fület alkotta, az
ne hallana? Aki a szemet formálta, az ne látna?” (Zsolt
94,9). Ugyanezt a kijelentést megtaláljuk a Példabeszédek
20,12 versében is: „A halló fület és a látó szemet egyaránt
az Úr alkotta.” A fül nem egy evolúciós folyamatból
származik, hanem egy zseniális teremtési aktusból. Jézus
boldognak nevezi azokat, akik hallják Isten Igéjét (Mt
13,16), a körülállókat pedig arra inti, hogy jól
figyeljenek: „Akinek van füle a hallásra, hallja!” (pl. Mt
11,15; Mt 13,9.43). Azok az üzenetek, amelyeket a
felmagasztalt és feltámadt Jézus Krisztus intézett a hét
kisázsiai gyülekezethez, mind ugyanazzal a nyomatékos
mondattal végződnek: akinek füle van, hallja!” (Jel
2,7.11.17.29; Jel 3,6.13.22). A Teremtő a fület mint
nélkülözhetetlen szervet ajándékozta nekünk, hogy ebben a
világban akusztikus úton információt gyűjtsünk és azt
feldolgozzuk. Legfőképpen az a kívánsága, hogy Igéje illő
fogadtatásban részesüljön.
|