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Schmerz
warnt vor Gefahr. Die sinkende Schmerzgrenze in den tiefen Tönen ist
eigentlich unlogisch. Je tiefer die
Frequenz, desto langsamer werden die Flimmerhärchen hin und her bewegt
und desto geringer ist die mechanische Belastung. Die Schäden entstehen
auch nicht hier. Geschädigt wird das Gehör in den hohen Frequenzen. Um dies zu verstehen braucht es zwei "Schritte".
Den ersten hat man in den Anfangszeiten des Transistorradios nur zu gut
gekannt. Hat man früher billig
Radios zu stark aufgedreht, hat es verzerrt. Es entstanden Obertöne. Im Gehör geschieht
bei zu grossen Lautstärken das genau Gleiche. Es entstehen Verzerrungen (Obertöne).
Welche Obertöne entstehen ist komplexe Mathematik und Physik (Fourier
Analyse). Um die Gefahr zu verstehen reicht es jedoch zu wissen wieso
die Verzerrungen entstehen.
Wie Oberwellen entstehen
Die Membran von einem Lautsprecher kann still stehen, oder sich
entweder vorwärts oder rückwärts
bewegen. Mit diesen drei Bewegungszuständen können die Klänge von ganzen
Orchestern abgespielt werden. Das Trommelfell kann nicht mehr als der
Lautsprecher. Still stehen, vorwärts oder rückwärts bewegt werden. Das Bewegungsmuster
entspricht der Summe aller gleichzeitig vorhandenen Töne (Frequenzen). Die
Membran eines Mikrofons macht die gleichen Bewegungen wie sie auch ein
Trommelfell macht. Mit einem Mikrofon nehmen wir die Töne blau und hellblau
auf. Zeitweise bewegen beide Töne in die gleiche Richtung, zeitweise
wirken sie gegeneinander.
Die entstehende Bewegung ist für jeden Zeitpunkt die Summe von den beiden Tönen blau und hellblau.
Wird dieses Bewegungsmuster über einen Lautsprecher abgespielt, dann entspricht das der Überlagerung der Töne blau und hellblau und wir hören deshalb auch die Töne blau und hellblau.
Mit der Lautstärkeregelung ändern wir die Amplitude, aber nicht das Muster der Aufnahme. Ob wir laut oder leise abspielen, es bleiben immer die gleichen Töne. Nachfolgend sind die Töne blau und hellblau zuerst leise dargestellt, ...
und dann derart überlaut, dass das Muster geändert wird ...
Wird die Lautstärke über die maximal mögliche Amplitudenhöhe aufgedreht, dann wird alles oberhalb dieser Leistungsgrenze einfach abgeschnitten. Es entsteht ein neues "Muster" und wir hören dieses neue "Muster". Wir hören die Töne blau und hellblau und zusätzlich viele neue Frequenzen. Die Summe all dieser Töne entspricht genau dem neuen "Muster". Die im hörbaren Bereich liegenden Obertöne bleiben bei Musik für viele Menschen unbemerkt. Aber bei Sprache beginnt es dann für alle hörbar zu scheppern.
Nachfolgend eine Darstellung wie mit Oberwellen die Annäherung an ein abgeschnittenes "Muster" entsteht.
Die sinkende Schmerzgrenze in den tiefen Tönen
Das Gehör wird durch Obertöne geschädigt. Die sinkende
Schmerzgrenze in den tiefen Tönen deutet darauf hin, dass je tiefer der
Ton, desto weniger Dezibel braucht es um Obertöne entstehen zu lassen. Die
Kurzerklärung dafür ist Masseträgheit von Trommelfell und Gehörknöchelchen.
Von links nach rechts ...: Der Schall gelangt vom Aussenohr über den Gehörgang aufs Trommelfell.
Vom Trommelfell wird der Schall über die Gehörknöchelchen aufs Ovale Fenster übertragen. Wir können uns gut vorstellen, wie die Gehörknöchelchen im Takt des Trommelfells mitschwingen und den Schall auf das Ovale Fenster leiten. Nur schwingen die Gehörknöchelchen nicht für alle Frequenzen gleich gut.
Je weiter wir uns von einer Schallquelle entfernen, desto leiser wird
es. Für die Flimmerhärchen in der Gehörschnecke ist das Ovale Fenster
die Schallquelle. Die tiefsten Frequenzen werden im hintersten Winkel
der Gehörschnecke empfangen und haben die grössten Wegverluste. Die
höchsten Töne werden zuvorderst empfangen und haben die geringsten
Wegverluste. Damit gleich laute Töne auch in etwa gleich laut empfunden
werden korrigieren die Gehörknöchelchen diese unterschiedlichen
Wegverluste. Die Gehörknöchelchen
(Hammer, Amboss und Steigbügel) sind die kleinsten
Knochen im menschlichen Körper. Aber im Vergleich zu den
Flimmerhärchen sind sie riesig. Will man ein Mofa anschieben,
erreicht man rasch Geschwindigkeit. Will man mit gleich viel Kraft einen Kleinlaster
anschieben, benötigt das seine Zeit. Die Gehörknöchelchen sind der
Kleinlaster des Gehörs. Sie brauchen viel Zeit bis sie sich bewegen.
Bei sehr hohen Frequenzen fehlt diese Zeit. Bevor sich etwas vorwärts
bewegt, wird bereits wieder rückwärts geschoben. Die
Gehörknöchelchen stehen still. Trotzdem gelangen die hohen Frequenzen
auf das Ovale Fenster und ins Innenohr. Übertragen wird der Schall in
diesem Fall durch die Knochenleitung der Gehörknöchelchen. Bei tiefen
Frequenzen hingegen ist sehr viel Zeit vorhanden in der in eine Richtung
gedrückt wird. Die Gehörknöchelchen bewegen sich hin und her und zu
dem Schall von der Knochenleitung wird auch noch der Schall durch die
Eigenschwingung der Gehörknöchelchen addiert. Allerdings kann nicht
beliebig weit hin
und her bewegt werden. Irgendwo ist ein Maximum. Die Zeitspanne in der
die Maximalauslenkung erreicht wird bevor wieder in die andere Richtung
geschoben wird ist die Zeitspanne in der Oberwellen entstehen.
In den Gehörgang kommen nur die beiden Töne blau und hellblau
...
und weil die Gehörknöchelchen für einen Moment in ihrer Maximalauslenkung verharren wird am ovalen Fenster ein anderes "Muster" übergeben. Das Grundsignal mit Oberwellen:
Je tiefer die Frequenz, desto länger kann in eine Richtung geschoben werden. Je mehr Zeit vorhanden ist, desto weniger Kraft wird benötigt um die Maximalauslenkung zu erreichen. Weniger Kraft bedeutet weniger Dezibel. Je tiefer die Frequenz, desto weniger Dezibel braucht es für Oberwellen und deshalb sinkt die Schmerzgrenze in den tiefen Frequenzen.
Solange keine Obertöne entstehen sind tiefe Frequenzen auch in grossen Lautstärken für ein unbeschädigtes Gehör unbedenklich. Aber was ist mit abgebrochenen Flimmerhärchen, die als Trümmer im Innenohr schwimmen? Sie könnten durch tiefe Frequenzen aufgewirbelt und durch andere Frequenzen zu "Geschossen" werden. Eine andere Frage ist auch, wo liegt die Grenze wo die Obertöne entstehen. Sind die Gehörknöchelchen bei Kindern kleiner und leichter als bei Erwachsenen? Falls ja, dann wäre bei Kindern auch die Masseträgheit von diesen Knöchelchen kleiner und es würde bei Kindern weniger Dezibel brauchen um die gefährlichen Obertöne entstehen zu lassen.