Over het Gehoor

Test je Oren: Over het gehoor

Bij het meten van geluid en hoe ons oor daarop reageert zijn de belangrijkste begrippen het geluidsdruknivo (Sound Pressure Level, SPL) en de luidheid (Loudness).

SPL is een objectieve natuurkundige grootheid, die aangeeft welk akoestisch vermogen er met een bepaald geluid geassocieerd is. Het wordt meestal opgegeven in dB waarbij 0 dB overeenkomt met een geluidsdruk van 20 micro-pascal. Dat is ongeveer het zachtste geluid dat het menselijk gehoor nog kan waarnemen bij 2 - 4 kHz. (1 pascal = 1 Newton per m²)
SPL gaat met het kwadraat van de feitelijke geluidsdruk in Pascal. Dat komt omdat er nog een factor in het spel is, nl. de snelheid waarmee de lucht-deeltjes bewegen t.g.v. de drukverschillen. Het akoestisch vermogen is het product van die druk en die snelheid. De snelheid gaat evenredig met de feitelijke geluidsdruk, omdat de verhouding daartussen, de Akoestische Impedantie, constant is voor lucht van atmosferische druk.

{ In feite is er hier sprake van een begripsverwarring. SPL is in feite vermogensdichtheid, alhoewel de naam alleen druk suggereert, en het meestal opgegeven wordt in (micro) Pascal. Geluids Druk (Sound Pressure) is de zuivere druk gemeten in (micro) Pascal. De Snelheid (Particle Velocity) wordt zelden genoemd omdat voor lucht van atmosferische druk die snelheid evenredig is met de geluidsdruk. (De evenredigheidsconstante is de Akoestische Impedantie). SPL is het product van Geluids Druk en Snelheid, en zou opgegeven moeten worden in Watt/m2, maar dan noemen we het weer Intseniteit (Intensity). Gefeliciteerd als je het nu snapt }

Geluidsdruk, Snelheid en SPL worden altijd opgegeven als RMS waardes.

Hieronder een tabel met de onderlinge verhoudingen.

Pressure [Pascal]	Velocity [m/s]	Intensity [W/m²]	SPL [dB]	Remark
200	5 x 10^-1	100	140	Boven de pijngrens
20	5 x 10^-2	1	120
2	5 x 10^-3	10^-2	100
2 x 10^-1	5 x 10^-4	10^-4	80	Boven dit nivo stelt de ARBO-wet beschermings maatregelen verplicht in de werksituatie.
2 x 10^-2	5 x 10^-5	10^-6	60
2 x 10^-3	5 x 10^-6	10^-8	40
2 x 10^-4	5 x 10^-7	10^-10	20
2 x 10^-5	5 x 10^-8	10^-12	0	Ongeveer de gehoordrempel

Luidheid is de subjectieve beleving van de sterkte van een geluid. Die beleving is nogal afhankelijk van de frequentie, de toonhoogte van het geluid.

Het verband tussen SPL en luidheid als functie van de frequentie wordt voor het menselijk gehoor gegeven door de Fletcher-Munson grafieken. Deze grafieken zijn ontstaan door metingen aan zeer veel proefpersonen. Uit deze grafieken valt af te lezen dat bij frequenties die afwijken van 1 kHz de subjectieve geluids beleving flink anders kan zijn (noot 1). Vooral bij de lagere frequenties neemt de gevoeligheid snel af met de frequentie, en nog sterker bij wat lagere geluidsnivo's.

De onderste lijn van de Fletcher-Munson krommes geeft de gehoordrempel aan. Dat is het laagste geluidsnivo dat nog net gehoord kan worden in een extreem stille omgeving.

(Noot 1)
Deze eigenschap van het menselijk gehoor heeft geleid tot allerlei experimenten voor een z.g. "fysiologische sterkteregeling" voor audio weergeef apparatuur. Idealiter zou je de volumeknop moeten kunnen terugdraaien, waarbij de hoogste en vooral de laagste frequenties wat minder verzwakt worden t.o.v. het middengebied, om wel een geringere luidheid te krijgen maar zo dat de subjectieve verhoudingen tussen hoog, midden en laag gelijk blijven. De meeste van deze experimenten zijn mislukt.
De "loudness" knop die je op nogal wat versterkers aantreft zou die functie moeten hebben, dus alles verzwakken maar het laag en hoog wat minder, maar om puur commerciële redenen wordt er steevast niet verzwakt, maar worden alleen het laag en hoog opgehaald, zodat alles onnatuurlijk dik en vet gaat klinken, maar niet zachter wordt.

#a9PfaPf

Fig 1. De Fletcher-Munson krommes. De golvende lijnen geven de geluidsdruk (SPL, Sound Pressure Level) aan die nodig is om een bepaalde luidheid in Foon of Soon te krijgen. (De Soon is een wat verouderde eenheid en niet logaritmisch)
Bijv. om een luidheid van 40 Foon te ervaren is bij 1 kHz een geluidsdruk van 40 dB nodig. Bij 20 Hz is er echter iets meer dan 90 dB nodig.
Hieronder een lijstje om een ruwe indruk te krijgen van hoe hard of zacht diverse geluiden zijn:

140 dB Pijngrens.

120 dB Laag overvliegend straalvliegtuig.

100 dB Langsdenderende vrachtwagen.
Luidste klap door auteur gemeten in Concertgebouw vanaf puntje balcon.

80 dB                Spreker voor een flink publiek op 1m afstand.
                        Bij hogere geluidsterkte stelt de ARBO-wet geluidsbeschermingsmaatregelen
                        verplicht in de werksituatie.

60 dB Rustige conversatie.

40 dB Stil vertrek, nauwelijks geluid van buiten. In een binnenstadshuis wordt dit nivo ook
's-nachts doorgaans oversc#a9PfaPf hreden.

20 dB Ritselende bladeren, nagenoeg windstil.

3 dB Gehoordrempel.

Bij het professioneel onderzoeken van gehoorproblemen wordt er vooral gekeken naar die gehoordrempel. Een verhoging in bepaalde frequentiegebieden is een indicatie van min-of-meer serieuze gehoorschade. Audiologen (zo heten de specialisten op dit gebied) zullen vooral kijken naar gehoorverlies bij frequenties die belangrijk zijn voor het verstaan van spraak, omdat dat de meest vergaande sociale consequenties heeft. Dat is het frequentiegebied van pakweg 200 Hz tot 8 kHz.
In veel gevallen kan het gevolg van een gehoorschade verholpen worden met een gehoorapparaat dat de verzwakte frequentiegebieden versterkt. Moderne gehoorapparaten kunnnen bijna onzichtbaar gedragen worden, dus je hoeft je er niet voor te schamen.

Gehoorschade is vrijwel altijd definitief, het geneest nooit meer.
De meest voorkomende gehoorproblemen ontstaan door ouderdom en bij jongere mensen door blootstelling aan excessieve geluidsnivo's in de werkomgeving of door disco/popconcert-bezoek en het gebruik van "personal audio" apparaatjes op een veel te hoog geluidsnivo. Denk niet dat het alleen om de consumptie van pop-muziek zou gaan; de wachtkamers van audiologen worden ook bevolkt door musici uit de klassieke symfonie-orkesten. Een aantal musici zit bijv. pal vóór de trompetten, en wat te denken van de grote bekkens.

Een gehoorprobleem dat niet direct als schade getypeerd kan worden maar wel erg hinderlijk kan zijn en ook vrij veel voorkomt is bekend als tinnitus, oftewel oorsuizen. Een veelvoorkomende variant is die waarbij je vrijwel continu een hoge pieptoon hoort, zoiets als het geluid van een rek met schakelende voedingen op 10 kHz.

Andere meetbare eigenschappen van het gehoor zijn vooral maskerings effecten. Dat wil zeggen dat je in de aanwezigheid van een bepaald geluid A niet meer in staat bent om een ander geuid B waar te nemen, afhankelijk van de sterktes en de frequenties van A en B.
Ook is er sprake van temporele maskering. Als een geluid A snel gevolgd wordt door een geluid B kan B niet meer waargenomen worden als het te snel op A volgt, afhankelijk van de aard, de sterkte en de duur van beide geluiden. En zo zijn er nog veel meer maskerings mechanismes bedacht en meetbaar gemaakt. Maskerings effecten zijn er zowel op 1 oor, op beide oren gelijktijdig of van het ene oor op het andere, dus waarbij het ene oor het maskerende geluid kijgt en het andere het te maskeren geluid.
Veel inzichten over de werking van het gehoor (dat is de werking in het z.g. slakkenhuis, maar ook de verdere verwerking in de hersenen) berust op zulk soort metingen, zowel aan gezonde mensen als aan mensen met een gehoorkwaal.

Weer een ander aspect is hoe we de richting waaruit een geluid komt herkennen. Het blijkt dat het zowel om looptijdverschillen gaat (een geluid van links komt eerder bij het linkeroor aan dan bij het rechter) maar ook klankverschillen spelen een rol: een geluid van links komt direct aan op het linkeroor, maar moet "om het hoofd" lopen om het rechteroor te bereiken. Daarbij gaan er vooral wat hoge tonen verloren.

En -last but not least- zijn er de z.g. A-B-X tests, waarbij je eerst geluidsfragmenten A en B hoort (er is bekend wat A en B is), en daarna X, waarbij je moet "raden" of X=A dan wel X=B. Het gaat er dan om hoe éénduidig je het verschil tussen A en B kunt horen.
Je kunt hierbij denken aan muziekfragmenten (A) waaraan moedwillig een bepaalde hoeveelheid vervorming is toegevoegd (B). Of muziekfragmenten die met verschillende compressietechnieken zijn opgenomen. Of verzin nog maar iets...
Voor zulke tests kan de weergave vaak net zo goed via een (hifi) versterker en de (hifi) luidsprekers in je woonkamer plaats vinden.

In de Volkskrant van zaterdag 10 oktober stond een aardige column van Maarten Keulemans. Ik heb die met toestemming mogen overnemen.