דיון בנושא - כיצד אנו שומעים?

[lanosforce]

איך אנו שומעים?

 

שלום לכולם,

אנו חברים לתחביב בעולם האודיו לרכב, יתכן ומאמר זה ילקח בעתיד לשימוש אצל חובבי אודיו בתחומים אחרים – בית, סטריאו, קולנוע ביתי, אודיטוריומים והיכלים וכך הלאה – המידע במאמר זה תקף לכל.

 

שתי הבעיות העיקריות אשר מהוות מכשול לאודיופיל המתחיל נקרא לזה כך, הינן היעדר נקודת ייחוס כמו מוזיקת רפרנס – חוסר היכרות עם רצועת מוזיקה אשר אנו יודעים כיצד היא אמורה להשמע ואף יותר מכך חוסר היכרות עם מערכת צליל לגביה אנו יודעים כי היא מכוונת היטב ונכון – בקיצור, איך אנחנו בכלל יודעים מראש שמה שאנחנו שומעים? מנוגן נכון? זו אחת משתי הבעיות העיקריות.

 

אבל במאמר זה אני ארצה לדבר על הבעיה הנוספת אשר מהווה מכשול לאודיופיל המתחיל והיא – שחלקנו הגדול בכלל לא מבין מלחתכילה כיצד עובדת שמיעה אנושית ומכך אנו מבצעים כיוונים במערכת שלנו אשר אינם יעילים, מסתמכים על כלי מדידה ולא מבינים מדוע אנו לא מגיעים לתוצאה הרצויה למרות שכלי המדידה מראה לנו שאנחנו שם?

זה נגרם בגלל חוסר הבנה או חוסר ידע, כיצד המוח האנושי והאזניים האנושיות עובדים יחדיו בכדי למקם חפצים בחלל, ליצור תמונה כוללת ולשמור על שיווי משקל.

 

אז, איך אנחנו שומעים?

נתחיל בלדבר על מבנה האוזן האנושית – לא ברמה רפואית או אפילו אקדמאית אלא במושגים פשוטים, מושגים אותם כל בר דיעה כמוני, הדיוט מוחלט, אמור להבין.

האוזן מחולקת לשלושה חלקים – האוזן החיצונית, האוזן האמצעית-תיכונית, האוזן הפנימית

לכל אחד מאותם חלקים יש תפקיד אחר וחשוב בעיצוב השמיעה שלנו, שלושתם עובדים יחד בכדי לשלוח את המסרים למוח שבסופו של דבר מבצע הפרדה וסכימה ובסוף התהליך ניתוח של המידע אשר התקבל משתי האזניים ולתרגם אותו למידע אשר נותן לנו להרכיב תמונה ולמקם אותה נכונה.

מבנה האוזן:

 

 

 

בכדי לפשט עד כמה שניתן את שלושת מבני האוזן – אתרכז בחלקים החשובים למאמר זה ולהבנת התהליך.

 

האוזן החיצונית

 

האוזן החיצונית היא סוג של רדאר – ממברנה כיוונית אשר לוכדת את הצליל שמגיע לתוכה ומכווינה אותו לתוך תעלת האוזן אשר אורכה בקירוב לשלושה סנטימטרים.

תעלת האוזן מובילה את הצליל לכוון האוזן האמצעית בה נמצא עור התוף.

תעלת האוזן החיצונית מצויידת בתאי שיער אשר מהווים חיישנים ראשוניים.

האוזן החיצונית אחראית בעיקר על הגברת תחום התדרים בין 2 קילו הרץ ל5 קילוהרץ

 

 

האוזן האמצעית

האוזן האמצעית היא בעצם מנגנון התוף שמורכב ממספר איברים כגון עור התוף, פטיש, סדן, ארכוף וחלון אובאלי אשר מוביל לתוך האוזן הפנימית.

עור התוף עובד כשסתום חד צדדי אשר מאפשר לתנודות ולחץ לעבור לכוון אחד בלבד ובנוסף גם מהווה בעזרת ריקמת שריר מנגנון הגנה כנגד מופעים טראומאטיים ופתאומיים.

עור התוף מהווה "קדם מגבר" אשר מגביר ומעביר את תנודות גלי הקול אשר מכות בו אל הפטיש והסדן ובסופו של דבר דרך האורכף לתוך חלון ממנו גלי הקול מועברים לאוזן הפנימית בה נמצאים רכיבים נוספים אשר מתרגמים את גלי הקול למסרים חשמליים אותם המוח ינתח.

האוזן הפנימית

האוזן הפנימית מכילה בתוכה מספר איברים קריטיים בכדי לאפשר שמיעה ותרגום מידע – כמו:

השבלול – בשבלול האוזן ישנו נוזל אשר נועד להמיר תנודות שנגרמות על ידי תנועה ולחץ של גלי קול ולהעביר אותן לתאי עצב שמיעתיים אשר מתרגמים את תנודות השבלול למידע חשמלי אותו המוח מסוגל לפענח כשמיעה.

בנוסף לשבלול ישנם באוזן עד כ15 אלף תאי שיער אשר מתרגמים תנודות לתדרים ועוצמה כלפי תאי עצב שמיעתיים נוספים – על כל תא שיער כמעט יש כשני תאי עצב – עד כ30 אלף תעי עצב שמיעתיים!

עוד חלק עיקרי וחשוב באוזן הפנימית הינם שלוש תעלות שמיעה נוספות אשר תפקידן הוא ליצור צירי

אשר יוצרים ג'יירוסקופ המאפשר לנו לשמור על שיווי משקל וגם לעמוד מהירות וע"י כך להגדיר מרחק. XYZ

במילים אחרות תעלות אלו אחראיות באופן ישיר על היכולת שלנו להתאזן ולעמוד גודל חלל ואת המיקום שלנו בתוכו.

 

קצת מדהים כאשר מבינים מה האזניים שלנו ביחד עם המוח מאפשרים לנו לעשות.

 

 

אז, איך אנחנו שומעים?

נתחיל בכך שלושת חלקי האוזן מחלקות את האופן בו אנו מתייחסים לספקטרום אותו אנו שומעים לשלושה חלקים עיקריים:

 

 

 

תחום התדרים אשר מושפע בעיקר מזמן הגעת הצליל אל האוזן:

 

מדובר על תדרים בין 100 הרץ לבערך 100 עד 1200 הרץ –

התמונה הבאה תמחיש זאת באופן המיטבי

 

 

בתחום תדרים מתחת ל1000 הרץ דהיינו 1 קילו הרץ – הודות לכך שאורך הגל גדול בהרבה מהמרחק בין שני אזנינו ומקיף את הראש פחות או יותר בהפרשי עוצמה מאוד קטנים אחד מהשני – אנו לא מסוגלים להבדיל על פי עוצמת השמע (אלא אם כן מדובר בהפרשים מאוד גדולים) מהיכן מגיע הצליל.

אז איך בכל זאת המוח יודע להבדיל? בעזרת מדידת הפרשי הזמן בין האזניים!

אני מדבר כאן על מושג מאוד יקר לו אנו קוראים

TA TC

כאשר החלק האחראי על תחום תדרים זה בעיקר הינו השבלול באוזן הפנימית – השבלול מלא בנוזל אשר תנודות בתדרים נמוכים אליהם הוא רגיש מאוד נמדדים ע"י המוח בעזרת הפרשי זמנים וכך אנו קובעים כיוון ומיקום לאותם תדרים.

תחום התדרים אשר מושפע הן מהבדלי תזמון והפרשי עוצמות:

 

תחום זה הוא התחום בין 1200 הרץ בערך ל1500 הרץ – בפועל התחום הזה יכול להמתח עד 2300 הרץ בערך הודות להפרש המרחק בין שתי האזניים (קשור ישירות לרבע אורך הגל המקסימלי שנמדד כתוצאה ממרחק זה אצל כל אדם ואדם)

בתחום זה המוח מתייחס הן להפרשי הזמנים בין שתי האזניים ולהפרשי העוצמות - כאן משחקים תפקידים עיקריים, תעלת האוזן, עור התוף והשבלול.

תמונה שתעזור לנו להבין טוב יותר את הנושא:

 

 

 

שאר תחומי התדרים ותחום התדרים הקריטי:

ובכן התדרים מעבר ל1500 עד כ2000 הרץ הם תדרים אשר בהם עיקר המשקל על יכולת ההבדל שלנו למקם בחלל את מה שאנחנו שומעים נופל בעיקר על הפרשי עוצמות בין אוזן לאוזן היות ותחום התדרים הזה קצר (או לפחות רבעי אורכי הגל) מהמרחק בין שתי האזניים שלנו.

תאי השיער והעצב והפטיש, תעלת האוזן וקונחיית האוזן הינם השחקנים העיקריים כאן.

ופה אנחנו נתחיל לדבר קצת על נושאים כמו נזק שמיעתי, רגישות שמיעה לפי גיל ולפי מין.

ומכאן נתחיל להסיק מסקנות.

 

תחום התדרים הקריטיים:

תחום התדרים הקריטי מוגדר מ200 הרץ עד 5000 הרץ שם סף הכאב שלנו נמוך יותר משמעותית ושם גם סף הרגישות שלנו לשינויי לחץ, תזמון הם גדולים יותר בפער ניכר משאר התחום.

בפועל תחום זה נמתח עד אזור ה12000 הרץ – 12 קילו הרץ.

בתמונה הבאה תוכלו לראות את הקיו – או יותר נכון רוחב הפס לשינויים בתדר קריטי ככל שהוא מתפס:

 

 

 

לדוגמא בתדר 10 קילו הרץ רוחב הפס הוא 1200 הרץ ימינה או שמאלה – כל שינוי בתדר 10 קילו ישפיע על השמיע שלנו בצורה ישירה בין 8 קילו הרץ לבין 12 קילו הרץ

 

אם אי פעם תהיתם למה כשאתם מנמיכים מכה אחת תדרים בין 8 ל12 קילו הרץ והמערכת שלכם פתאום נשמעת אנמית, חסרת אוויר או קצה עליון – זה בגלל שהשפעתם על יותר מידי תדרים מסביב – מספיק היה שתורידו קצת ב10 קילו הרץ במקום. סתם דוגמא.

 

אם תביטו באותה תמונה מעלה אתם תראו לעומת זאת שבתדר 100 הרץ שינוי ישפיע על תחום תדרים קטן בהרבה וככל שהולכים וגדלים התדרים כך גם ההרמוניות שלהם הולכות וגדלות וההפך.

 

תמונה נוספת לגבי תחום התדרים הקריטי:

 

סוף עמוד ראשון המשך בעמוד הבא.

[lanosforce]

אז מה למדנו מכל זה? סיכום ניתן לאמר:

נתחיל בכך שהשמיעה שלנו היא שמיעה לוגריטמית, תאי השיער באזניים שלנו מודדים תנודות ומפרשים אותם לתדרים. ככל שההפרשים בין התדרים הולך ומצטמצם היכולת שלנו להבדיל בינם הולך וקטן ביחוד אם הפרשי הזמן והעוצמה בינם שווים.

 

תמונה להמחשה:

 

 

 

נמשיך בכך שכמעט אף אדם לא שומע אותו הדבר כמו אדם אחר – זה נובע מכך שמספר תאי השיער ומספר תאי העצב שלנו שונים וגם הולכים ופחתים עם הגיל ולא ההפך – שמיעה רק יכולה להדרדר ולא להשתפר!

 

היא יכולה להתאושש קצת עם הזמן לאחר טראומה אבל ברגע שתא שיער מת – הוא מת!

 

וזה גם נובע מכך שהמרחק בין שתי האזניים שלנו וגם כמות הנוזל שיש לכל אחד מאתנו בשבלולי האוזן שונים מלחתכילה וגם הגובה שלנו שונה – אי לכך ובהתאם לזאת – כולנו שומעים קצת אחרת אחד ממשנהו.

 

הנה תמונה אשר מראה איך נראה נזק שמיעתי חמור:

 

 

 

רבותיי הגנו על האזניים שלכם! אתם לא תקבלו את השמיעה שלכם בחזרה – שימעו רוב הזמן בעוצמות בטוחות לאזניים שלכם!!!

 

והנה שתי תמונות שמראות את הבדלי הרגישות בין גברים לבין נשים עם הגיל ובכלל:

 

 

בתמונה מעלה אתם יכולים לראות בבירור שלאורך זמן נשים פשוט שומעות יותר טוב מגיל מסויים כי השמיעה שלהן פחות מדרדרת וזה בגלל שהן צריכות להיות באופן טבעי רגישות לבכי של תינוקות – הן אמהות במובן הגנטי, הן מהונדסות לכך ע"י שנים של אבולוציה!

 

והנה עוד תמונה (הקו הכי תחתון זה נשים) שמראה לכם עד כמה גברים עם הגיל נהיים רגישים יותר לתחום תדרים מסויים וזה בגלל שהמוח מפעיל מנגנוני הגנה על האזניים – אנחנו ציידים מטבענו ובגיל מסויים אנחנו מאבדים את היכולות שלנו הרבה יותר מהר מנשים – עד כמה מדהים איך אבולוציה של אלפי שנים מבדילה כאן בין שני המינים!

 

 

אז מה למדנו? ומה ניתן לעשות עם מה שאפשר להבין ממאמר זה?

 

כאשר אנו מבינים שתחום התדרים עד 1000 הרץ מושפע בעיקר מהפשרי זמנים אנו יודעים כי כאן תיקוני השהיית זמנים ברמקולים שמנגנים תדרים אלו – יהיה בעל השפעה מכרעת.

כאשר אנו מבינים כי יש תחום קריטי ותחום ביניים – אנו יודעים כי על הרמקולים האלו איזון הפרשי עוצמות כולל (הנחתה) וביצוע תיקוני השהיית זמנים ובנוסף לכך איזון הפרשי עוצמות פרטני (שימוש באיקולייזר לכל צד) יהיו בעלי השפעה מכרעת.

 

כאשר אנו מבינים כי ישנם תדרים אשר להם אנו רגישים יותר אנו מבינים כי ישנם תדרים אשר נתפסים ע"י המוח שלנו כחזקים יותר למרות שהם מנוגנים באותה העוצמה כמו תדרים אחרים – שימוש באקולייזר אחוד או פרטני במקרים כאלו בכדי להנחית תדרים שכאלו לעומת תדרים אחרים – יהיה בעל השפעה מכרעת לכיצד המערכת שלנו תישמע. (יורחב על כך עוד הרבה בהמשך בנושאים אחרים).

 

לסיום – אוסיף תמונה אשר מראה כלפי כל סוג של כלי עיקרי אותו אנו מכירים – את תחום התדר העיקרי שלו, תחום ההרמוניות (כפולות התדר) ותחום ההגבר המוגזם (כלי נשיפה, אוויר שיוצא מהריאות וכו' וכו')

 

 

סימוכין:

 

https://courses.physics.illinois.edu/phys406/Lecture_Notes/P406POM_Lecture_Notes/P406POM_Lect5.pdf

 

 

מקווה שנהנתם מנושא זה.

 

אדי גכט