Orecchio: anatomia, fisiologia e caratteristiche del suono

Orecchio: Anatomia e Divisioni

Orecchio L'orecchio si divide in:

• orecchio esterno: è composto dal padiglione auricolare e dal meato acustico esterno che termina a livello del timpano (membrana fibroelastica che vibra).
• orecchio medio: è compreso tra la membrana timpanica e 2 fori dell'osso temporale che si chiamano finestra ovale e finestra rotonda, i quali sono tappati da una membrana elastica. Nell'orecchio medio troviamo i noti ossicini: martello, incudine e staffa.
• orecchio interno: è formato dalla coclea o chiocciola.

Tuba di Eustachio e Pressione

Tuba di Eustachio La tuba di Eustachio (che mette in comunicazione l'orecchio medio con la rinofaringe) serve a equilibrare la pressione dell'orecchio medio con la pressione atmosferica; ad esempio, in montagna la pressione atmosferica diminuisce, mentre quella dell'orecchio medio rimane invariata e, quindi, si sente ovattato. In questi casi si sbadiglia, ad esempio, per permetterle l'apertura della tuba di Eustachio, in modo da far uscire l'aria presente nell'orecchio e, così facendo, la pressione diventa uguale a quella esterna.

Il Suono: Onde e Caratteristiche

Natura del Suono

Suono Il suono è costituito da delle onde di compressione e rarefazione che si trasmettono in un mezzo, per cui nel vuoto il suono non si trasmette e la sua velocità dipende dal mezzo; se il mezzo è l'aria, la velocità del suono è 340 m/s.

Dal punto di vista musicale il suono è un insieme di toni semplici, dove un tono è un'oscillazione pressoria con andamento sinusoidale con una certa frequenza.

Nel suono vi sono tante oscillazioni sinusoidali di varie frequenze; la frequenza più bassa è il tono fondamentale, le altre sono le frequenze armoniche, con una frequenza sicuramente più alta.

Il suono è dato da onde di compressione e rarefazione che si propagano in un mezzo (nel vuoto non c'è suono) in linea retta. Velocità di propagazione= dipende dal mezzo. Nell'aria la velocità di trasmissione è 340 m/s, nell'acqua 1430 m/s Tono= oscillazione sinusoidale di una data frequenza. Usato come mezzo diagnostico Suono = insieme di più toni semplici. Andamento ciclico delle oscillazioni pressorie. Si riconosce una frequenza fondamentale (la + bassa) + armoniche (multipli della frequenza fondamentale) Rumore= insieme di frequenze senza andamento periodico

Caratteristiche del Suono

CARATTERISTICHE DEL SUONO

• FREQUENZA (nº cicli al secondo. Si misura in Hertz). Corrisponde alla tonalità (suoni acuti e gravi) Range di frequenze udibili= 20-20000 Hz
• LUNGHEZZA D'ONDA (inverso della frequenza)
• AMPIEZZA (corrisponde alla grandezza della variazione pressoria)
• INTENSITA' Ampiezza (contenuto di energia) della vibrazione pressoria rispetto al valore medio di energia esistente nel mezzo (INTENSITÀ ASSOLUTA) NB. Il contenuto di energia è proporzionale al quadrato di pressione

Nel suono ho un insieme di oscillazioni sinusoidali, nel rumore invece no, ho il caos, sono oscillazioni non sinusoidali.

Caratteristiche del suono Essendo un'oscillazione di onde di compressione e rarefazione, il suono è caratterizzato da una frequenza e da una lunghezza d'onda.

• La frequenza è il numero di oscillazioni nell'unità di tempo e si misura in Hz o in cicli al secondo. La frequenza determina la tonalità (distingue toni gravi da toni acuti): un suono acuto ha frequenze alte, - Frequenza = 4 Hz (toni bassi) Frequenza = 12 Hz (toni alti) Lunghezza d'onda Intensità Intensità 0,5 - 0,5 Tempo (s) Tempo (s) - un suono grave ha frequenze basse. Il range di frequenze udibili è compreso tra 20 e 20.000 Hz. Non sentiamo al di sotto dei 20 Hz (suono più ottuso) e al di sopra dei 20.000 Hz (tono più acuto). Animali come pipistrelli e api sono in grado di sentire sopra i 20.000 Hz.
• La lunghezza d'onda è la distanza tra due picchi dell'onda. La lunghezza d'onda è inversamente correlata alla frequenza. Più un suono è frequente e minore sarà la lunghezza d'onda.
• ampiezza o altezza: il suono può avere una diversa ampiezza che è proporzionale al contenuto di energia. Più è grande l'oscillazione, maggiore è il contenuto di energia. - - Più è piccola l'oscillazione e minore è il contenuto di energia.
• L'intensità: l'intensità del suono è correlata al contenuto energetico del suono. Conosciamo l'intensità assoluta e l'intensità relativa. - L'intensità assoluta interessa ai fisici, e misura l'intensità del suono in esame in relazione all'intensità media presente nel mezzo in cui il suono si sta propagando. Quindi è una valutazione relativa dell'energia del suono in esame rispetto al contenuto di energia medio presente nel mezzo. (Dal punto di vista pratico non è importante) - L'intensità relativa valuta quanto il mio suono è più intenso o meno intenso rispetto ad un suono di riferimento. Il suono di riferimento è un suono che ha contenuto di energia minore per dare la percezione, il suono soglia. Greater amplitude of movement Amplitude doubled; frequency same as above Greater frequency of movement Amplitude same as original; frequency doubled Wavelength, one cycle L'intensità relativa è rappresentata dal rapporto di I/Io, dove: - I è l'intensità del suono in esame; - Io è l'intensità del suono di riferimento (il suono di riferimento è il suono di 1000 Hz, perché è il suono che più facilmente, quindi con il contenuto di energia minore, dà percezione; è lo stimolo soglia, che è quello che più facilmente stimola i recettori acustici. Il suono di 1000 Hz è quello che deve avere il contenuto minore di energia per dare una percezione, per cui è il mio riferimento). Nell'intensità relativa vado a vedere quanto il mio suono è più intenso rispetto ad un suono di 1000 Hz. L'intensità relativa si misura in decibel che è una scala logaritmica: Decibel = 10 log101/Io oppure Decibel = 10 log10E/E0. Nell'ultima formula, anziché mettere intensità del suono mettiamo l'energia ed è la stessa cosa, perché l'intensità è correlata all'energia. Perché si usa il decibel per rappresentare l'intensità relativa? Le scale logaritmiche si usano quando l'intensità (in questo caso dello stimolo considerato), copre un range molto ampio. La scala logaritmica mi permette di compattare delle grandezze molto grandi. Possiamo anche esprimere questa relazione sotto forma di: Decibel = 20 log10P/P0, dove P è la pressione. Quindi rappresenta la pressione del suono in esame fratto la pressione di un suono di riferimento. Diventa così perché l'energia è proporzionale al quadrato della pressione, perché sarebbe log10(P/P0)2 quindi diventerebbe 20 log10P/P0. Qual è l'intensità relativa di un suono di 1000 Hz? Faccio Io/Io = 1. Log101 = 0. Quindi l'intensità relativa di un suono di 1000 Hz è 0. Ma ciò non significa che un suono di 1000 Hz non abbia intensità, semplicemente ci dice che è il riferimento. Sarebbe 1 ma, siccome la scala è logaritmica, diventa 0. Il range di intensità sonora arriva fino a 120 Decibel, perché superato questo valore si ha la percezione del dolore.

Sistemi di Trasmissione dell'Energia Pressoria

Propagazione del Suono

I sistemi di trasmissione dell'energia pressoria dell'onda sonora sono due: la propagazione per via aerea e la propagazione per via ossea, dovuto dal fatto che il suono che arriva alla testa va anche a stimolare le ossa craniche, in particolare il temporale. La differenza tra le due vie è che la via ossea ha frequenze superiori ai 2000 Hz e va ad agire dall'interno, andando APPROFONDIMENTO I DECIBEL Il volume (ampiezza) del suono è determinato dalle diffe- renze di densità delle molecole d'aria tra le regioni com- presse e quelle rarefatte. Poiché l'orecchio è sensibile ad un ampio ambito di intensità, l'ampiezza sonora viene gene- ralmente espressa in unità logaritmiche conosciute come de- cibel (dB). Le misure in decibel confrontano sempre due diverse in- tensità secondo la seguente equazione: dB = 20 log ampiezza sonora ampiezza di riferimento Nell'udito, l'ampiezza di riferimento è la soglia uditiva che, in altre parole, è l'ampiezza minima che può essere percepita e a cui viene dato il valore di 1. Pertanto, con denominatore 1, l'equazione diventa: dB = 20 log (ampiezza sonora) 20 dB (20 log (10)=20), mentre un suono che è centomila volte la soglia è 100 dB (20 log (100.000)=100). La seguente tabella mostra le intensità di vari suoni fami- liari. I suoni che si avvicinano a 100 dB possono causare dan- ni all'udito. I suoni vicini a 130-140 dB raggiungono la soglia per il dolore. INTENSITÀ DI ALCUNI SUONI COMUNI SUONO INTENSITÀ (DECIBEL) Ticchettio di orologio 20 Musica da atmosfera 40 Conversazione 50-60 Suono di una sveglia 80 Concerto rock 100 Martello percussore 110 Aeroplano ad elica 120 In corrispondenza dell'ampiezza soglia, il numero di de- cibel è 0 (20 log (1)=0). Un suono che è dieci volte la soglia è Jet 130 direttamente a stimolare la coclea e le strutture nervose, la via aerea, invece, interessa l'orecchio esterno, il medio e poi anche la coclea e ha frequenze inferiori ai 2000 Hz.

Propagazione del Suono per Via Aerea

Propagazione del suono per via aerea Il suono è dato da onde di compressione e rarefazione che colpiscono il timpano, che normalmente è una membrana fibroelastica che viene posta in vibrazione e segue fedelmente le vibrazioni dell'oscillazione sonora. Questo movimento del timpano si trasferisce a martello, incudine, staffa; la staffa ha un piede che poggia sulla membrana, anch'essa fibroelastica, della finestra ovale, che viene posta in oscillazione. Sotto la membrana della finestra ovale c'è la membrana della finestra rotonda che è una struttura fibroelastica. La membrana della finestra ovale, essendo spinta dalla staffa, oscilla, quindi protrude verso l'orecchio interno e alternativamente protrude verso l'orecchio medio. Le oscillazioni vengo trasmesse ai liquidi dell'orecchio interno, in particolare della coclea.

Struttura della Coclea

Coclea Finestra ovale (a) (b) Nervo cocleare Scala vestibolar Membrana vest Staffa sulla finestra ovale Membrana tetto Membrana basi Scala media Scala timpanica Finestra rotonda (c) (d) Membrana tettoria Stereociglia Membrana vestibolare Scala vestibolare Cellule ciliate Scala media Membrana tettoria Organd di Čort Scala timpanica Cellule di supporto Membrana basilare Fibre del nervo cocleare (f) La coclea è formata da tre scale o rampe, che sono la scala vestibolare, la scala media e la scala timpanica, rispettivamente dall'alto verso il basso. Queste scale contengono due liquidi:

• la scala vestibolare e la scala timpanica contengono la perilinfa.
• la scala media contiene l'endolinfa.

Il movimento della membrana della finestra ovale causa l'oscillazione della perilinfa, contenuta nella scala vestibolare, che si trasmette alla perilinfa contenuta in scala timpanica; le due scale, vestibolare e timpanica, comunicano tra di loro attraverso l'elicotrema. La membrana della finestra ovale fa vibrare le perilinfe della scala vestibolare e della scala timpanica, che a loro volta fanno oscillare la scala media in mezzo; nella scala media abbiamo l'endolinfa e i recettori acustici. Questi liquidi vibrano a patto che ci sia un'altra membrana, sotto funzionante, della finestra rotonda, che verrà posta in oscillazione.

Cellula cigliata interna Membrana tettoria Cellula cigliata esterna Stria vasculare Scala vestibolare Scala media Membrana di Reissner T Scala timpanica Membrana basilare Lamina spirale Pilastri del Corti Se la membrana della finestra rotonda non è più Fibre nervose fibroelastica, ma diventa sclerotica, non oscilla più e i C liquidi, essendo incomprimibili, in questo modo, non possono oscillare; quindi, affinché i liquidi oscillino, la membrana deve essere elastica. Ogni volta che la membrana della finestra ovale protrude verso l'interno, la membrana della finestra rotonda protrude verso l'orecchio medio. I recettori acustici poggiano sulla membrana basilare, localizzata nella scala media, e vengono stimolati dalle oscillazioni acustiche. Questi recettori acustici si depolarizzano e rilasciano il loro neurotrasmettitore che farà partire i potenziali d'azione lungo le fibre del nervo acustico. Nella trasmissione dell'onda sonora lungo questo sistema dal timpano, dagli ossicini ecc, siccome il suono incontra strutture diverse, dal punto di vista teorico ci potrebbe essere una perdita di energia. Questo perché l'onda sonora arriva al timpano, il timpano assorbe un po' di energia dell'onda sonora, poi un po' di energia viene assorbita da martello, incudine e staffa; per cui per questi motivi, quando si arriva alla membrana della finestra ovale, il contenuto energetico potrebbe essere minore di quello che avevo all'inizio.

Finestra rotonda Elicotrema Membrana basilare -