Désiré Brendel Protokoll. 2. Untersuchen Sie die Funktionsweise des menschlichen Ohres!

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1 Protokoll 1. Funktionsprüfung des Ohres und Audiometrie, 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 1

2 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 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. 2

3 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. 3

4 Hörbereich des menschlichen Ohres Es gilt: Schalldruckpegel(dB)=10*log(I/I 0 ) Absolutmaßstab: I 0 ist für alle Frequenzen die Normalschwellenintensität von 1000Hz Relativmaßstab: I 0 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/p 0 ) 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. 4

5 Vermutung: Beim gesunden Probanden werden die Schwellenwerte in etwa der Abb 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 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 5

6 a) Binaurale Laufzeitdifferenz 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=( l l + l r )/v Luft l= v Luft * t Sinα=(v Luft * t)/d v Luft =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. 6

7 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 kHz 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. 7

8 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 RINNE WEBER Links Rechts 4.2. Audiometrie Schwellenaudiometrie Geräuschaudiometrie nach LANGENBECK KINGSBURY-Test 8

9 4.3. Richtungshören Binaurale Laufzeitdifferenz Demonstartion der Kunstkopfstereophonie 4.4. Computerversuche Hörgrenzen Lautstärkevergleich Schalldruck Referenzschalldruck Empfinden 9

10 Phasenlage sinusförmiger Schallquellen Schwebung Sprachanalyse 5. Diskussion der Ergebnisse Inwieweit entsprechen die Ergebnisse den Erwartungen? Wie zuverlässig ist die Methode? Wodurch lassen sich eventuelle Abweichungen von den erwarteten Ergenissen erklären? Persönliche Fehler Gerätefehler 10

11 Ergänzungen I~Schallintensität (W/m²), I 0~Schwellenintensität, p~schalldruck, l~ Wegstrecke, v Luft~ Schallgeschwindigkeit in Luft, 11 t~