Coordinatore del Laboratorio Musicale: Prof: Gennaro  Vespoli (Facebook)

La fisiologia dell’orecchio umano è alla base della sensazione psicoacustica del suono; è infatti tramite l’orecchio che il suono come fenomeno fisico (oscillazioni delle molecole d’aria) viene filtrato e adattato alle capacità del cervello umano, trasformandolo in ciò che noi conosciamo come suono a livello percettivo.

 

Le parti principali dell’orecchio sono suddivise in orecchio esterno, orecchio medio e orecchio interno. L’orecchio esterno comprende il padiglione auricolare e il canale uditivo che termina con la membrana del timpano; l’orecchio medio è una cavità piena d’aria in cui si trovano tre ossicini detti martello, incudine e staffa. Questi tre ossicini collegano meccanicamente il timpano alla chiocciola (o coclea). Quest’ultima costituisce l’orecchio interno, che termina nel nervo a custico, diretto al cervello.

Il padiglione auricolare

Il padiglione auricolare raccoglie il suono e fornisce al cervello elementi per la valutazione della direzionalità del suono. Esso cioè sovrappone al suono stesso informazioni (frequenze) riguardo alla direzione dalla quale il suono è giunto al padiglione stesso. Ciò spiega la forma particolarissima del padiglione auricolare umano, che si distingue da quello degli altri animali.
Si può condurre un esperimento psicoacustico per dimostrare questa capacità: si ascolta con un auricolare (saltando cioè il filtro del padiglione, e perciò ingannando l’orecchio) la gamma di un’ottava di rumore casuale. Se regoliamo la frequenza centrale a 7,2 kHz, il rumore sembra provenire da una sorgente all’altezza dell’osservatore. Se la regoliamo a 8 kHz, il suono sembra provenire da una sorgente posta in alto. Se invece regoliamo la frequenza centrale a 6,3 kHz, il suono sembra provenire dal basso.

Il canale uditivo

Il canale uditivo si può rappresentare in modo semplificato come un cilindro dal diametro di circa 0,7 cm e dalla lunghezza di circa 3 cm (La forma reale, ovviamente, non è perfettamente cilindrica). Al termine di questo tubicino c’è la membrana del timpano.

 

Le dimensioni del canale uditivo indicano che esso ha una frequenza di risonanza a 3000 Hz (lunghezza d’onda 12 cm, 4 volte la lunghezza del canale) in corrispondenza della quale si ha un picco nella risposta in frequenza dell’orecchio. Un picco secondario si ha a 9000 Hz. Il picco in risposta ai 3000 Hz indica che l’orecchio è specificamente “tarato” sulla voce umana.

L'orecchio medio

L’orecchio medio ha un compito molto particolare: trasmettere l’energia sonora da un mezzo rarefatto come l’aria ad un mezzo molto più denso come il fluido che riempie l’orecchio interno. L’energia sufficiente a causare le vibrazioni nell’aria sarebbe insufficiente per causare le stesse vibrazioni nel fluido dell’orecchio interno: il rapporto, assimilabile ad un rapporto d’impedenza, è di circa 4000:1. Assolvono allo scopo di “adattatori d’impedenza” i tre ossicini martello, incudine e staffa, i quali, con un complesso gioco di leve meccaniche, compensano la situazione di partenza sfavorevole, adottando cioè un sistema di trasmissione vantaggiosa. Nella figura che segue si vedono una raffigurazione semplificata della struttura dell’orecchio medio ed una raffigurazione meccanica del sistema di leve.

 

La tromba di Eustachio

La tromba di Eustachio è un condotto che collega l’orecchio medio alla faringe, e svolge varie funzioni di grande importanza. La prima è quella di condurre aria all’orecchio medio equilibrando l’azione di “sospensione” operata dalla membrana del timpano. La seconda è di compensare la pressione statica dell’orecchio medio con la pressione esterna, il che avviene ogni volta che si deglutisce: la tromba di Eustachio in questo caso si apre ed equilibra la pressione interna. Un’ultima funzione è di emergenza: attraverso la tromba di Eustachio possono fuoriuscire materiali in caso di infezione dell’orecchio.

L'orecchio interno

L’orecchio interno è costituito dalla chiocciola, uno strumento di alta ingegneria biologica il cui funzionamento non è ancora perfettamente chiaro. È la chiocciola che deve trasformare gli impulsi di pressione provenienti dall’orecchio medio in impulsi nervosi (elettrici) destinati al cervello, conservando tutte le informazioni (frequenza, intensità...) relative al suono.
Nell’immagine che segue vediamo la chiocciola in una rappresentazione “srotolata”: la lunghezza della spirale della chiocciola così svolta è di circa 2,5 cm. Al centro si vede la cosiddetta membrana basilare, immersa nel fluido di cui abbiamo già detto.

 

All’interno della chiocciola questo fluido vibra ogni volta che la staffa, solidale alla finestra ovale, preme su quest’ultima. Ogni volta quindi che un suono raggiunge gli ossicini, la finestra ovale genera una pressione sul fluido interno della chiocciola; quest’ultimo trasmette la pressione al suo interno attorno alla membrana basilare, e la sfoga infine sulla finestra circolare, la quale viene spinta verso l’esterno. La pressione che si genera all’interno del fluido crea delle onde stazionarie sulla membrana basilare. L’onda stazionaria di una particolare frequenza avrà un picco in una particolare posizione sulla membrana: se il suono è a bassa frequenza, in un punto lontano della membrana, se il suono è ad alta frequenza, in vicinanza della finestra ovale.
Le onde stazionarie, attraverso un particolare sistema di stereocilia (terminali nervosi della membrana), si trasformano nell’informazione inviata al cervello per l’interpretazione del suono. I dettagli di questo meccanismo sono estremamente complessi e non li vedremo qui.
 

by Michelangelo Izzo, Audiomaster

Coordinatore del Laboratorio Musicale: Prof. Gennaro Vespoli (Facebook)

Contatta l'autore del sito: gennarovespoli63@gmail.com