Anatomy of the human ear

Anatomia do ouvido humano

O ouvido humano é um sistema complexo que consiste em três partes distintas, cada uma com um papel específico no processo de captação e análise do som.

Por: Matthias Scholz
Designer de Interface do Usuário
PhD Acústica Aplicada
Brüel & Kjær

O ouvido externo coleta o som, o ouvido interno transfere essas vibrações para sinais neurológicos que podem ser processados pelo cérebro, e o ouvido médio fornece o acoplamento entre eles. Nesta edição, acompanhamos o som através do ouvido até as pontas das células ciliadas, onde as vibrações se transformam em sinais neurológicos. O que acontece então é o material para um capítulo futuro. 

Anatomy-of-the-human-ear

Os ossículos 
Em seu estado normal, os ossículos têm um efeito amplificador para excitar eficientemente o fluído no ouvido interno. No entanto, os músculos do ouvido médio podem mudar isso para realmente atenuar as oscilações, fornecendo um mecanismo de proteção em caso de pressão sonora excessiva. No entanto, o ajuste é muito lento para proteger contra eventos impulsivos, como explosões.

O Ouvido Externo
O ouvido externo consiste no pavilhão auricular e no canal auditivo. Como já discutido em 'Ouvindo em 3D' (Waves, outubro de 2017), o pino desempenha um papel importante na localização da fonte auditiva. Além disso, sua forma de chifre fornece uma transição suave do espaço "infinito" ao redor da cabeça, canalizando o som para o canal auditivo estreito. O canal então guia o som em direção ao tímpano, uma fina membrana que separa a parte externa da orelha média.

Orelha Média
O ouvido médio é uma pequena câmara cheia de ar entre o ouvido externo e interno. O objetivo desta câmara é duplo. Primeiro, ele contém um mecanismo de três ossos, chamados ossículos auditivos, conectando o tímpano e o ouvido interno. Esse mecanismo semelhante a uma caixa de engrenagens é necessário, pois o ouvido interno é preenchido com um fluido, tornando a excitação direta pelo tímpano ineficiente. 

Em segundo lugar, o ouvido médio é necessário para equalizar a pressão no tímpano. Um tímpano saudável é completamente hermético, impedindo o fluxo de ar do ouvido externo para o ouvido médio. A diferença de pressão entre as duas câmaras move a membrana para dentro e para fora, exatamente o que é necessário para captar as rápidas flutuações de pressão do som.

Anatomy-of-the-human-earDimensões e amplificação do ouvido externo
O ouvido externo é especialmente sensível a frequências entre 1 e 5 kHz. Não por coincidência, esse alcance é importante para a comunicação, com 3 kHz sendo a frequência em torno da qual nossa audição é mais sensível. Acusticamente, o ouvido externo funciona como um ressonador de tubo, com a primeira ressonância mais forte em torno de 3 kHz, onde um quarto de comprimento de onda do som no ar (10 cm / 4 = 2,5 cm) se ajusta ao comprimento do canal auditivo. Por outro lado, a sensibilidade cai significativamente em frequências mais baixas, onde os comprimentos de onda são grandes em comparação com o tamanho da orelha.

 

Anatomy-of-the-human-ear

Cóclea com membrana basilar
Mesmo quando excitado pelo som de um tom puro, toda a membrana basilar será acionada. No entanto, a área associada à frequência reagirá mais; isto é, as oscilações laterais atingem o pico em torno desta seção

No entanto, um problema pode surgir quando a pressão atmosférica (estática) no ouvido externo difere da pressão dentro do ouvido médio.

Esse mecanismo não é tão evidente na vida cotidiana, mas é facilmente experimentado durante a decolagem e o pouso em um avião, onde a pressão ambiente muda significativamente devido à mudança de altitude. A pressão no ouvido externo segue a pressão ambiente no avião, enquanto a pressão no interior do tímpano permanece inalterada. A diferença de pressão constante aplica uma pré-tensão à membrana, empurrando-a para dentro ou para fora, o que dá uma sensação desagradável e faz com que o som seja percebido mais sombrio.

Quando engolimos, a trompa de Eustáquio se abre brevemente, fazendo com que a pressão estática no interior do tímpano se iguale à do ouvido externo.

A trompa de Eustáquio, que conecta o ouvido médio à garganta, ajuda a equalizar essa pressão. Quando engolimos, o tubo se abre brevemente, fazendo com que a pressão estática no interior do tímpano se iguale à do ouvido externo, redefinindo o tímpano para sua posição neutra. O tímpano terá sua sensibilidade normal e o som voltará a brilhar.

O Ouvido Interno
O ouvido interno é o elemento mais complexo da cadeia. É uma câmara cheia de líquido e consiste em duas partes: o labirinto vestibular, que funciona como parte do mecanismo de equilíbrio do corpo, e a cóclea, contendo a membrana basilar e o órgão de Corti, um elemento sensorial que converte o som em impulsos nervosos para que nosso cérebro possa processar as informações.

O som que foi canalizado para o canal auditivo colocará o tímpano em movimento. Os ossículos auditivos no ouvido médio captam essas oscilações e as transferem para o líquido através da janela oval, uma das duas superfícies flexíveis entre a cóclea e a orelha média. A excitação dessa membrana gera ondas no ouvido interno cheio de líquido que viajam ao longo da membrana basilar, colocando assim em movimento o órgão de Corti.

Anatomy-of-the-human-ear

Equalização de pressão estática em microfones de condensador
Para converter a pressão sonora em um sinal elétrico, os microfones de condensador da Brüel & Kjær usam um delicado diafragma esticado sobre uma placa traseira com um espaço muito estreito entre eles, formando um capacitor. O som estridente desvia o diafragma e a variação na distância da placa traseira produz um sinal elétrico proporcional à pressão do som.

O diafragma veda o microfone na parte superior, de modo que uma variação na pressão estática e ambiente mude a posição neutra do diafragma em relação à placa traseira. O ouvido resolve esse problema com a trompa de Eustáquio e os microfones condensadores usam um design semelhante. Um canal de ar estreito na lateral ou na parte traseira do microfone garante que a pressão estática da cavidade interna seja igual à do ambiente.

Este órgão contém milhares de pequenas células ciliadas, que estão conectadas ao nervo acústico. O padrão de oscilação da membrana basilar é bastante complexo, com diferentes áreas sendo estimuladas mais ou menos por diferentes frequências. Para cada uma dessas áreas, um grupo diferente de células ciliadas será ativado e enviará impulsos pelos nervos para o cérebro. Assim, o órgão de Corti divide o som em seus componentes espectrais, semelhante às gotas de chuva que dividem a luz do sol em cores individuais. 

Bem, pelo menos esta é a versão curta. A versão longa é muito mais complexa, mas também emocionante, explicando muitos dos fenômenos em nossa percepção do som. Merece um capítulo separado, portanto, fique atento...

 


Mais artigos sobre a física do ruído e vibração:


Produtos relacionados