Kuulotieteen katsaus • Kuulomekaniikka, akustiikka ja ihmisen havainto
Kuulon neurotiede

Havainto: Miten kuuntelu muotoutuu

Ihmiskorva ei pelkästään rekisteröi mekaanista värähtelyä kuten mikrofoni. Se tiivistää dynaamisia alueita, jakaa taajuusspektrit biologisia nauhoja pitkin ja rakentaa koherentteja äänikokonaisuuksia meluisista ympäristöistä.

Pyyhkäisyelektronimikroskooppikuva sisäkorvan karvasoluista

Basilaarikalvo biologisena spektrianalysaattorina

Simpukan sisällä noin 16,000–20,000 karvasolua lepää basilaarikalvon päällä. Kalvon fyysinen jäykkyys ja leveys muuttuvat sen 32 millimetrin mittaisen kierteen varrella. Korkeat taajuudet (jopa 20,000 Hz terveillä nuorilla) aiheuttavat suurimman siirtymän kapean ja jäykän tyvipään lähellä, lähellä soikeaa ikkunaa. Matalat taajuudet (jopa 20 Hz) etenevät aina joustavaan, leveämpään kierteen huippuun, helikotremaan.

Kun sisäisten karvasolujen päällä olevat stereovillukset taipuvat peittokalvoa vasten, mekaanisesti ohjatut ionikanavat aukeavat ja vapauttavat kalium- ja kalsiumioneja. Tämä depolarisoi solun ja tuottaa toimintapotentiaaleja kuulohermossa (aivohermo VIII). Aivot saavat sisäisesti tilallistetun tonotooppisen koodin: se hermosäie, joka laukeaa, vastaa suoraan kuultua taajuutta.

„Kuulo on nopein aistimme. Kun visuaalinen käsittely vaatii aivokuoren tunnistukseen noin 20–40 millisekuntia, ensisijaiset kuulosignaalit saavuttavat aivorungon alle 3 millisekunnissa.”

— Auditory Neuroscience, Schnupp, Nelken & King

Yhtä voimakkaiden äänten käyrät ja Fletcher-Munson-käyrät

Ihmisen kuulon herkkyys on taajuuksien suhteen epälineaarinen. Harvey Fletcher ja Wilden A. Munson dokumentoivat ilmiön ensimmäisen kerran vuonna 1933. Yhtä voimakkaiden äänten käyrät (nykyään standardoitu ISO 226:2003 mukaisesti) osoittavat, että korvamme ovat poikkeuksellisen herkkiä 2,000–5,000 Hz:n välillä. Tämä on juuri se taajuusalue, joka on olennainen ihmisen puhekonsonanttien, kuten /s/, /t/ ja /k/, erottamisessa.

ISO 226 -herkkyyspoikkeama matalilla amplitudeilla (40 foonia)

50 Hz (syvä basso – vaatii korkean dB SPL -tason)82 dB SPL
1,000 Hz (vertailuääni)40 dB SPL
3,500 Hz (korvakäytävän resonanssihuippu)32 dB SPL

Matalilla kuunteluvoimakkuuksilla syvä basso (alle 100 Hz) muuttuu tuskin kuuluvaksi, kun taas keskitaajuudet pysyvät selkeinä. Kun toistovoimakkuus kasvaa, käyrä tasoittuu. Tämä selittää, miksi musiikki kuulostaa lämpimämmältä ja tasapainoisemmalta suuremmilla äänenpainetasoilla.

Kriittiset kaistat ja auditiivinen peittyminen

Basilaarikalvo toimii päällekkäisten kaistanpäästösuodattimien joukkona, joita kutsutaan kriittisiksi kaistoiksi (Harvey Fletcherin muotoilemia ja Eberhard Zwickerin tarkentamia). Kun kaksi eri taajuutta osuu samaan kriittiseen kaistaan (noin 100 Hz leveä alle 500 Hz:n taajuuksilla ja ylempänä 20 % keskitaajuudesta), ne häiritsevät toisiaan mekaanisesti ja tuottavat aistimuksellista sointuvuutta, dissonanssia tai peittymistä.

Jos hiljainen viulun sävel soitetaan viereisen kovan oboen äänen kanssa täsmälleen samassa kriittisessä kaistanleveydessä, tälle alueelle varatut kuulohermosäikeet kyllästyvät kovemmasta äänestä. Hiljaisempi sävel peittyy eikä sitä koskaan havaita, vaikka sen fyysinen akustinen aalto oli huoneessa.

Psykoakustiset illuusiot: aivojen päättelykone

Koska aivot toimivat päättelevänä moottorina, niitä voi huijata synteettisillä kuuloärsykkeillä:

JATKA AKUSTIIKKAAN JA HUONEVUOROVAIKUTUKSEEN