Física da audição
Vamos então tentar perceber como funciona este mecanismo fantástico que a selecção natural foi "esculpindo" ao longo de milhares de anos, para nosso gáudio.
Vimos já que o som não é mais do que uma agitação das partículas em nosso redor. Essa agitação propaga-se desde a fonte sonora até aos nossos ouvidos. Na Figura 1 podemos ver em mais pormenor aquilo que se passa. O pavilhão auricular recebe as ondas sonoras, encaminhando-as através do canal auditivo até ao ouvido interno. O tímpano, a pequena membrana que separa o ouvido externo do interno, vai então vibrar, solidário com as moléculas do ar em redor.
Essas vibrações vão então ser transmitidas para o interior da cóclea através dos três ossículos: o martelo, a bigorna e o estribo, ligados em cadeia, entre o tímpano e a janela oval. Repare-se na ilustração deste mecanismo feita na animação da Figura 2. Estes três ossículos são muito importantes, podendo ser visto
s como uma espécie de amplificadores. De facto, eles actuam como uma alavanca, aumentando a pressão das ondas sonoras cerca de 1,3 vezes. O terceiro ossículo, o estribo, transmite a sua vibração a uma membrana 17 vezes mais pequena (a janela oval à entrada da cóclea), tendo por isso que aumentar a pressão de 17 vezes. Resulta assim um aumento de pressão global de 22 vezes. Desta forma, é possível obter a agitação necessária no interior da cóclea (hidrodinâmica) para que células ciliadas do ouvido interno possam identificar as frequências que compõem um certo som, e transmitir essa informação ao cérebro. A referida transmissão é efectuada por intermédio do nervo auditivo, na forma de impulsos eléctricos.
Vimos então que a energia das ondas sonoras começa por ser de origem mecânica, como onda de pressão que se propaga primeiro no ar e depois num fluído, acabando na forma de impulsos eléctricos que o cérebro utiliza para construir a imagem sonora correspondente.
Mas retomemos o nosso estudo da hidromecânica coclear. Verificámos já que as vibrações das partículas do meio ambiente são transmitidas para o interior da cóclea pela actuação do tímpano e dos três ossículos. Mas o que é que se passa depois disso? A cóclea tem a forma de um caracol, possuindo duas cavidades (scala tympani e scala vestibuli), unidas apenas no extremo e separadas pelo chamado ducto coclear (Figura 3). As vibrações são então transmitidas à cóclea pela janela oval, viajam até ao helicotrema pela scala vestibuli, e retornam pela scala tympani até à base, sendo depois absorvidas pela janela redonda. Repare-se novamente na Figura 2.
Figura 3 Pormenor de um corte transversal ao longo da cóclea.
Ao percorrerem o interior da cóclea, essas vibrações irão fazer com que a membrana basilar oscile. Para melhor percebermos essas oscilações vamos "desenrolar" o "caracol" e olhar para a Figura 4. As linhas brancas sobre o fundo azul pretendem representar a membrana basilar "desenrolada" que, como sabemos, suporta o orgão de Corti, no qual se encontram as células ciliadas. A excitação sonora, transmitida ao interior da cóclea através da janela oval, provocará a oscilação da membrana basilar. Contudo, a "forma" dessa oscilação vai depender do tipo de som produzido! Experimente reproduzir uma das seguintes três gravações. Em simultâneo poderá observar o comportamento da membrana basilar.
Figura 4 - Movimento da membrana basilar para três frequências puras diferentes (250Hz, 1000Hz e 4000Hz).
Reparou certamente que os movimentos da membrana basilar têm formas muito características para sons com uma única frequência. Para além disso, existe sempre uma zona em que a amplitude dos movimentos é maior. Nessa zona os cílios serão mais excitados, dando uma indicação ao cérebro do conteúdo frequencial do som escutado. Repare-se também que, à medida que a frequência aumenta, as zonas da membrana basilar onde a excitação é maior estão cada vez mais próximas da base da cóclea. Na figura seguinte é possível observar as zonas onde se localizam os máximos da excitação ao longo da membrana basilar, para as diversas frequências. É interessante notar que os limites correspondem aos da gama audível, notando-se também um aumento da espessura da membrana basilar desde o seu ínicio até ao helicotrema.
Figura 5 - Identificação das frequências de ressonância e das zonas onde estas ocorrem, ao longo da membrana basilar.
texto baseado no artigo :
http://telecom.inescn.pt/research/audio/cienciaviva/principio_aaudicao.html
