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Protokoll
1. Funktionsprüfung des Ohres und Audiometrie, 27.4.2006
2. Untersuchen Sie die Funktionsweise des menschlichen Ohres!
3. Prinzip der Methode
3.1. Aufbau des Auditorischen Systems
Aufbau des Mittel- und Innenohres
Anteil
Meatus acusticus ext.
(Luft)
Membrana tympanica
Meatus acusticus med.
(Luft)
Meatus acusticus int.
(Perilymphe)
Funktion
Schallweiterleitung,
Resonanzbildung,
Verstärkung
der
Schallwellen, bes. in unteren Frequenzbereichen
Übertragung des Schalls auf Gehörknöchelchen, Schutz des
Mittelohrs
Malleus, Incus, Stapes möglichst verlustarme Schallweiterleitung
zum Innenohr
Cochlea mit CORTI-Organ Hörwahrnehmung
Funktion des CORTI-Organs
Die von den Gehörknöchelchen übertragene Schallschwingung wird an die
Perilympheübertragen. Die Perilymphschwingung setzt sich über die Scala vestibuli fort
und führt zu einer Schwingung der REISSNER-Membran. Aufgrund der
Inkomprimierbarkeit von Flüssigkeiten kommt es zu einer simultanen Auslenkung der
Basilarmembran gegen die Tektorialmembran (aus Trepel: Neuroanatomie, S.322). Diese
I~Schallintensität (W/m²), I0~Schwellenintensität, p~Schalldruck, ∆l~ Wegstrecke, vLuft~ Schallgeschwindigkeit in Luft, ∆t~
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Zeitdifferenz, α∼ Winkel zur Schallquelle, d~ Abstand zwischen den Ohren
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ist jedoch an der Lamina spirale ossea befestigt und relativ unbeweglich. Hierdurch
kommt es zu einer Ausscherung der äußeren Sinneshaare, ein Aktionspotential wird
ausgelöst. Die äußeren Haarzellen enthalten kontraktile Filamente. Bei jedem durch
Scherkräfte ausgelöstem AP kommt es zur Kontraktion (Aktin!), was zu einer
Verstärkung der Endolymphschwingung führt und somit die inneren Haarzellen erregt, an
denen 95% der Afferenzen enden (Trepel). Die akustische Information wird vom N.
vestibulocochlearis aufgenommen und an das Hörzentrum im Temporallappen
weitergeleitet. Dort erfolgt die Verarbeitung.
3.2. Stimmgabelversuche
a) RINNEscher Versuch
Zunächst wird die Stimmgabel angeschlagen und an den Proc. Mastoideus der Vp gelegt,
von wo aus die Schwingungen über osseotympanale Leitung ins Mittelohr gelangen. Hört
der Proband die Stimmgabel nicht mehr, so schlägt man sie erneut an und hält sie vor
seinen Meatus acusticus ext. Hört er sie jetzt wieder, so ist die Luftleitung besser als die
Knochenleitung (Rinne pos.), bei einer Mittelohrschwerhörigkeit nicht (Rinne neg.), bei
einer Innenohrstörung wird der Ton wahrgenommen, aber stark verkürzt.
Vermutung: Mit dem RINNE-Versuch kann zwischen Schallleitungs- und
Schallempfindungs-störungen differenziert werden. Er beruht darauf, dass beim gesunden
Ohr die Luftleitung effektiver ist als die Knochenleitung. (Deetjen, S.152) Der gesunde
Proband wird die Stimmgabel also besser wahrnehmen, wenn man sie neben sein Ohr hält,
als am Proc. Mastoideus.
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I~Schallintensität (W/m²), I0~Schwellenintensität, p~Schalldruck, ∆l~ Wegstrecke, vLuft~ Schallgeschwindigkeit in Luft, ∆t~
Zeitdifferenz, α∼ Winkel zur Schallquelle, d~ Abstand zwischen den Ohren
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b) WEBER-Versuch (Modell)
Die Stimmgabel wird auf Scheitelhöhe angesetzt, der Ton wird per Knochenleitung zur
Cochlea transportiert. Kann der Proband den Ton auf einer Seite lauter hören, so liegt eine
einseitige Hörschädigung vor.
Vermutung: Beim gesunden Probanden wird der Ton beidseitig gut hörbar sein. Bei einer
Mittelohrerkrankung wird der Ton lateralisiert zu hören sein, bei einer
Innenohrentzündung nur auf der gesunden Seite.
A)gesund; B)einseitige Hörschädigung
3.3. Audiometrie
Für jede Frequenz innerhalb des vom Menschen wahrnehmbaren Hörbereichs gibt es zwei
charakteristische Intensitäten (Hörschwelle, Schmerzschwelle). Die Lautstärkeempfindung hängt vom Energiegehalt der Schwingung (Schallintensität) ab. Diese ist der
Druckamplitude proportional.
I~Schallintensität (W/m²), I0~Schwellenintensität, p~Schalldruck, ∆l~ Wegstrecke, vLuft~ Schallgeschwindigkeit in Luft, ∆t~
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Zeitdifferenz, α∼ Winkel zur Schallquelle, d~ Abstand zwischen den Ohren
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Hörbereich des menschlichen Ohres
Es gilt: Schalldruckpegel(dB)=10*log(I/I0)
Absolutmaßstab: I0 ist für alle Frequenzen die Normalschwellenintensität von 1000Hz
Relativmaßstab: I0 ist Schwellenintensität der jeweiligen Frequenz ~ 0dB
Wie ermittle ich den Schallpegel?
Hilfsmittel: geeichtes Mikrophon, Kenntnis: I~p²
in der log. Ansicht heißt das:
Schalldruckpegel(dB)=20*log(p/p0)
a) Schwellenaudiometrie(Luftleitung)
Hilfsmittel: Audiometer, mit reinen Sinusschwingungen definierter Intensität
Dieses Verfahren dient der Ermittlung der natürlichen Grenzen des menschlichen
Hörfeldes. Der Proband erhält per Kopfhörer (Brillen absetzen!) Reintöne, üblicherweise
zwischen 125Hz und 8kHz (Deetjen, S.152). Durch Veränderung des Schalldruckpegels
wird der jeweilige Schwellenwert vom Patient erfragt ( subjektive Audiometrie!). Die
Schwellenerhöhung ist stark frequenzspezifisch. Durch mehrfaches Abfragen des
Schwellenwertes wird auf beiden Seiten die genaue Größe ermittelt und im Diagramm
dargestellt. Für Knochenleitung wird ein Knochenleitungshörer am Proc. Mastoideus
angesetzt, die Prozedur wird wiederholt.
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I~Schallintensität (W/m²), I0~Schwellenintensität, p~Schalldruck, ∆l~ Wegstrecke, vLuft~ Schallgeschwindigkeit in Luft, ∆t~
Zeitdifferenz, α∼ Winkel zur Schallquelle, d~ Abstand zwischen den Ohren
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Vermutung: Beim gesunden Probanden werden die Schwellenwerte in etwa der Abb. 0365 entsprechen. (Beim Morbus Menière treten Hörverluste im Tieftonbereich auf, bei
Lärmschwerhörigkeit ist eine Hochtonsenke/c5-Senke bei 4kHz erkennbar)
Geräuschauiometrie nach LANGENBECK
Dem Ohr des Probanden wir ein sog. „weißes“ Geräusch angeboten, gleichzeitig ist ein
Ton zu hören. Dieser wird nur wahrgenommen wenn er eine höhere Schallintensität als
das Geräusch hat.
b) Überschwellige Audiometrie
KINGSBURY-Test, Aufnahme von Kurven gleicher Lautstärke
Auf dem gleichen Hörer werden ein Ton von 1000Hz und ein Ton unbekannter Frequenz
abwechselnd gegeben (Rhythmus: 500ms Ton – 200ms Pause – 500ms Ton). Der
bekannte Ton wird mit 40 bzw. 60dB gegeben, der andere Ton wird in seinem
Lautstärkepegel solange angepasst bis beide Töne als gleichlaut empfunden werden. Die
Messung wird mit allen einstellbaren Frequenzen wiederholt. Die erhaltenen Werte
ergeben Isophonen (Kurven gleicher Lautstärke), die auf Absolutskalen umgerechnet
werden müssen und mit den Normalwerten verglichen werden.
Vermutung: Töne verschiedener Frequenzen werden bei sehr unterschiedlichen
Intensitäten als gleichlaut empfunden.
3.4. Richtungshören
Um die Richtung, aus der ein Geräusch kommt zu ermitteln verarbeitet das ZNS folgende
Informationen:
- Differenz der Intensitäten des auftreffenden Schalls (Abschirmeffekt des Kopfes)
- Binaurale Laufzeitdifferenz infolge der unterschiedlichen Entfernungen des Objekts
von beiden Ohren
- Monaurale Laufzeitdifferenz infolge der Schallumwegleitung, die von Einfallswinkel
des Schalls abhängt
I~Schallintensität (W/m²), I0~Schwellenintensität, p~Schalldruck, ∆l~ Wegstrecke, vLuft~ Schallgeschwindigkeit in Luft, ∆t~
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Zeitdifferenz, α∼ Winkel zur Schallquelle, d~ Abstand zwischen den Ohren
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a) Binaurale Laufzeitdifferenz
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Hrir_binaural_synthesis.png
Der Proband legt ein Stethoskop an, dessen Schlauch ausgestreckt auf den Tisch gelegt
wird. Es wird in ca. 1cm-Schritten mit dem Finger auf den Schlauch geschlagen, bis der
Proband den Klopfschall auf eine Seite lokalisiert. Der Abstand von der Mitte wird
gemessen. Die Untersuchung wird für die andere Seite wiederholt. Die Summe des
Abstands von Mitte links und rechts entspricht der mittleren Differenz der Wegstrecke
von Schallquelle, die für die Lokalisation reicht, wenn keine Intensitätsdifferenz vorliegt.
Es gilt: ∆t=(∆ll+∆lr)/vLuft
∆l= vLuft*∆t
Sinα=(vLuft*∆t)/d
vLuft=330m/s
b) Demonstration der Kunstkopfstereophonie
Die Aufnahme erfolgt an einem künstlichen Kopf mit nahezu realistischen Eigenschaften
und einem Mikrophon anstelle des Trommelfells. Anhand der Aufnahme kann die
Richtung der Schallquelle bestimmt werden.
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I~Schallintensität (W/m²), I0~Schwellenintensität, p~Schalldruck, ∆l~ Wegstrecke, vLuft~ Schallgeschwindigkeit in Luft, ∆t~
Zeitdifferenz, α∼ Winkel zur Schallquelle, d~ Abstand zwischen den Ohren
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3.5. Computerexperimente
a) Bestimmung der Hörgrenzen
Mittels Kopfhörer werden am Computer die Grenzen des menschlichen Hörvermögens
mittels Reintönen getestet.
Vermutung: Die untere Hörgrenze sollte bei 16Hz, die obere bei ca. 10-20kHz liegen.
Achtung: Die Kopfhörer eignen sich nicht zur Vermittlung der unteren Hörgrenze. Es
wird ab 50Hz in 10ner-Schritten abwärts bis zu einer Frequenz von 20Hz getestet. Ca.
30Hz sind bei überschwelliger Intensität in dieser Anordnung noch wahrnehmbar. Die
eigentliche Hörgrenze würde ein Oktave darunter liegen. (bei ca. 16Hz)
b) Lautstärkevergleich
Die Dezibelskala ist ein relatives Maß für Schalldruckvergleich beliebiger Schallquellen.
Durch Festlegung eines Bezugsschalldrucks erhält man ein absolutes Maß. Es soll der
Höreindruck verschiedener Schalldruckänderungen demonstriert werden. Es soll die
lineare Zunahme des Schalldrucks dem zugehörigen Pegelmaß zugeordnet werden.
Vermutung: Verzehnfacht sich der Schalldruck, nimmt der Schalldruckpegel (SPL) um
20dB zu.
Es gilt: SPL=20*log(Schalldruck/Referenzschalldruck)
c) Phasenlage zweier Sinusförmiger Schallquellen (FOURIER-Analyse)
Jedes periodische Signal lässt sich in Einzelfrequenzen zerlegen. Zwei von Generatoren
erzeugte Töne, die sich um eine Oktave unterscheiden, werden via Kopfhörer zum Ohr
geleitet. Es ergibt sich ein Summensignal. Dieses wird über Phasenverschiebung von 0°,
60°, 90°, 150° und 180° modifiziert. Der Höreindruck ist zu protokollieren.
Vermutung: Die Phasenverschiebung wird einen veränderten Höreindruck verursachen.
Der Eindruck wird dem Phänomen der Interferenz ähneln.
d) Tonhöhenunterschiede- Schwebung
Das menschliche Ohr kann sehr gut zwischen einzelnen Frequenzen (Tönhöhen)
unterscheiden. Selbst musikalische Laien können Tonhöhen von nur einem ¼ Tonschritt
Differenz noch unterscheiden (1HS=12.Wurzel2), also eine Frequenzveränderung von
3%. Bei geringeren Unterschieden wird nur noch ein Ton empfunden, der um eine
bestimmte Lautstärkefrequenz schwankt. Dies bezeichnet man als Schwebung. Sie
entsteht aus Summation der Augenblicksswerte der Amplituden der Einzelfrequenzen, die
zu einer Amplitudenerhöhung bzw. Erniedrigung führen. Die Differenz entspricht dem
Abstand der Einzelfrequenzen.
Vermutung: Je größer der Lautstärkeunterschied ist, desto geringer ist der Schwebeeffekt.
I~Schallintensität (W/m²), I0~Schwellenintensität, p~Schalldruck, ∆l~ Wegstrecke, vLuft~ Schallgeschwindigkeit in Luft, ∆t~
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Zeitdifferenz, α∼ Winkel zur Schallquelle, d~ Abstand zwischen den Ohren
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e) Sprachanalyse
Das Gehör ist ein FOURIER-Analysator, es zerlegt die akustischen Signale in Frequenzen
und Intensitäten und vergleicht sie mit im Gehirn abgespeicherten Informationen.
4. Auswertung
4.1. Stimmgabelversuche
Seite/Versuch
Links
Rechts
RINNE
WEBER
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4.2. Audiometrie
Schwellenaudiometrie
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Geräuschaudiometrie nach LANGENBECK
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KINGSBURY-Test
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I~Schallintensität (W/m²), I0~Schwellenintensität, p~Schalldruck, ∆l~ Wegstrecke, vLuft~ Schallgeschwindigkeit in Luft, ∆t~
Zeitdifferenz, α∼ Winkel zur Schallquelle, d~ Abstand zwischen den Ohren
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4.3. Richtungshören
Binaurale Laufzeitdifferenz
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Demonstartion der Kunstkopfstereophonie
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4.4. Computerversuche
Hörgrenzen
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Lautstärkevergleich
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Schalldruck
Referenzschalldruck
Empfinden
I~Schallintensität (W/m²), I0~Schwellenintensität, p~Schalldruck, ∆l~ Wegstrecke, vLuft~ Schallgeschwindigkeit in Luft, ∆t~
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Zeitdifferenz, α∼ Winkel zur Schallquelle, d~ Abstand zwischen den Ohren
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Phasenlage sinusförmiger Schallquellen
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Schwebung
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Sprachanalyse
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5. Diskussion der Ergebnisse
Inwieweit entsprechen die Ergebnisse den Erwartungen?
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Wie zuverlässig ist die Methode?
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Wodurch lassen sich eventuelle Abweichungen von den erwarteten Ergenissen erklären?
Persönliche Fehler
Gerätefehler
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Ergänzungen
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∆t~
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