Der menschliche Gehörsinn vermag die vielen Informationen, die über die Schallwelle zum Ohr getragen werden, wieder aufzuschlüsseln. Wenn wir z.B. in einem vollen Restaurant sitzen, hören wir nicht nur die vielen Stimmen der Besucher, sondern auch noch die Hintergrundmusik und Geräusche, die zu einem Restaurantbetrieb gehören. Unser Gehirn kann die einzelnen Bestandteile auseinander halten, obwohl alle Töne und Geräusche sich in einer einzigen Schallwelle befinden, die in unser Ohr eintritt.
Obwohl die Schallwelle eine einzige Überlagerung von vielen Schallwellen ist, so können im inneren Ohr die verschiedenen Frequenzanteile mit Hilfe der Resonanz wieder unterschieden und als einzelne Signale an das Gehirn weitergeleitet werden.
Was die Lautstärke betrifft, so kann der menschliche Gehörsinn einen sehr grossen Bereich von Schallintensitäten abdecken. Deswegen wird die Schallintensität besser mit Hilfe einer logarithmischen Skala des Schallpegels in Dezibel (dB) beschrieben.
Mittelohr und inneres Ohr
Die Schallwelle tritt in unser Ohr ein (was noch zum äusseren Ohr gehört) und trifft dann auf das Trommelfell, welches sie in Schwingung bringt. Diese Schwingung wird vom Trommelfell über den Hammer auf den Amboss und schliesslich auf den Steigbügel übertragen. Diese Hörknöchelchen gehören zum Mittelohr.
Das System von Knöchelchen von Trommelfell bis Steigbügel ist ein Kraftwandler. Dadurch wird die grössere Bewegung des Trommelfells auf eine kleinere, dafür stärkere Bewegung des Steigbügels am sog. ovalen Fenster bewirkt. Ab hier wird im Innenohr eine Schallwelle in der Flüssigkeit des Schneckengangs angegeben.
Der Schneckengang ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die die Schallwelle leitet. Die Welle geht den Vorhofgang “hinauf” und kommt dann im Paukengang wieder zurück.
Zwischen diesen beiden Gängen sind die Sinneszellen eingebettet und durch eine Art Deckel abgedeckt. Diese Deckel sind im Schneckenganz unterschiedlich gross. Anfänglich sind sie kurz und werden gegen Ende der Schnecke immer länger. Dadurch ist ihre Eigenfrequenz anfänglich gross und entlang der Schnecke immer kleiner.
Wenn eine Schallwelle in den Vorhofgang eintritt, werden diejenigen Deckel, deren Eigenfrequenz der Wellenfrequenz entspricht, in Resonanz gebracht. Die Bewegung dieser Deckel erzeugt über die Härchen der Sinneszellen das Nervensignal, das an das Gehirn geleitet wird.
Kriegt das Gehirn Signale vom Anfang der Schnecke, so heisst das, dass hohe Frequenzen in der Schallwelle enthalten waren. Tiefe Töne werden als solche erkannt, indem die Sinneszellen mit den grossen Deckeln Signale ans Gehirn senden. Die Bestandteile der Schallwelle können durch diesen Selektionsprozess über die Resonanz in eine Wahrnehmung der einzelnen Bestandteile
Auf diese Weise wird das wilde Gemisch der unterschiedlichen Frequenzen schön säuberlich aufgeteilt. Das Gehirn erhält die Information wie viel von jeder Frequenz empfangen worden ist und gleicht sie ab mit Erfahrungswerten. Es kann daraus die einzelnen Stimmen, Geräusche und auch die Musik ausmachen.
Das menschliche Gehör vermag den Frequenzbereich von 16 Hz bis 20’000 Hz abzudecken. Schall mit Frequenzen, die unterhalb der unteren Frequenzgrenze liegen, werden analog zur Nomenklatur des sichtbaren Lichts, Infraschall genannt. Frequenzen, die für unser Gehör zu gross sind, nennen wir Ultraschall. Wir wissen, dass Elefanten Infraschall hören können. Ultraschall ist für Hunde, Fledermäuse und Delfine hörbar.
Dezibel-Skala für Schallintensitäten
Das menschliche Gehör kann einen unglaublich grossen Bereich von verschiedenen Schallintensitäten wahrnehmen: Es sind ganze 12 Grössenordnungen! Statt die Schallintensität mit einer Zahl mit 1 – 12 Stellen anzugeben, nehmen wir den Logarithmus zur Hilfe.
Die unterste Grenze ist die Hörschwelle \(I_0\):
\[ I_0 = 10^{-12}\;\frac{\text{W}}{\text{m}^2} \]
Die grösste Schallintensität, die als Schmerzgrenze gilt, beträgt:
\[ I_{\text{max}} = 1 \; \frac{\text{W}}{\text{m}^2} \]
Mit der Dezibelskala (Abkürzung “dB”) sind diese beiden Werte 0 dB (Hörschwelle) und 120 dB (Schmerzgrenze). Der sog. Schallpegel \(L_I\) wird aufgrund der Schallintensität wie folgt berechnet:
\[ L_I = 10 \cdot \log_{10}\Big(\frac{I}{I_0} \Big) \; \text{dB} \]
Schall mit einem Schallpegel bis 50 dB gilt als leise bis sehr leise:
Der Schallpegel von 60 dB ist für Menschen normal und angenehm. Es ist die Lautstärke mit welcher wir uns normal unterhalten. Darüber gilt Schall als laut, bis hin zur Schmerzgrenze von 120 dB.
Die nachfolgenden Geräusche liegen über der Schmerzgrenze, d.h. über dem Schallpegelwert von 120 dB:
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