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¿Cómo procesa el sonido el oído humano?
El oído humano es un sistema complejo que consiste en tres partes distintas, cada una con un papel específico en el proceso de recepción y análisis del sonido.
¿Cómo está conformado nuestro oído?
El oído externo recolecta el sonido, el oído interno transfiere estas vibraciones a señales neurológicas que pueden ser procesadas por el cerebro y el oído medio brinda el acoplamiento entre ellas. Considerando este punto, seguimos el sonido a través del oído hasta las puntas de las células ciliadas, donde las vibraciones se transforman en señales neurológicas. Lo que sucede entonces es material para un capítulo posterior.
Los osículos
Los osículos
En su estado normal, los osículos tienen un efecto amplificador para excitar eficientemente el líquido en el oído interno. Sin embargo, los músculos en el oído medio pueden cambiar esto, para en realidad atenuar las oscilaciones, de esta manera se provee un mecanismo de protección en caso de presión de acústica excesiva. Sin embargo, el ajuste es muy lento como para protegerlo en contra de eventos impulsivos, como explosiones.
El oído externo
El oído externo consiste en la oreja (pinna o pabellón auricular) y el canal auditivo. Como ya se discutió en el artículo ‘Escuchando en 3D’ (Revista: Waves, octubre 2017), la oreja juega un papel importante en la localización de las fuentes. Además, la forma de cuerno proporciona una transición suave del espacio “infinito” alrededor de la cabeza, conduciendo el sonido hacia el angosto canal auditivo.
Entonces, el canal guía el sonido hacia el tímpano, una membrana delgada que separa el oído externo del oído medio.
Oído externo – dimensiones y amplificación
El oído externo es especialmente sensible a frecuencias entre 1 kHz y 5 kHz. No por casualidad, este intervalo es importante para la comunicación, ya que 3 kHz es la frecuencia alrededor de la cual nuestra audición es más sensible. Acústicamente, el oído externo funciona como un resonador de tubo, con la primera resonancia más fuerte alrededor de 3 kHz, para la que un cuarto de longitud de onda del sonido en el aire (10 cm/4 = 2.5 cm) se ajusta a la longitud del canal auditivo. En contraste, la sensibilidad cae significativamente a frecuencias más bajas donde las longitudes de onda son más grandes en comparación con el tamaño del oído.
Caracol con la membrana basilar
La membrana basilar completa se pondrá en movimiento, incluso con un tono puro. Sin embargo, el área asociada con la frecuencia reaccionará más; esto es, las oscilaciones laterales alcanzarán su punto máximo alrededor de esta sección.
Sin embargo, un problema puede ocurrir cuando la presión atmosférica (estática) en el oído externo difiere de la presión interna del oído medio. Este mecanismo no es tan evidente en la vida cotidiana, pero se experimenta fácilmente durante el despegue y el aterrizaje en un avión, donde la presión ambiental cambia significativamente debido al cambio en la altitud. La presión en el oído externo sigue la presión ambiental en el avión, mientras que la presión en el interior del tímpano se mantiene sin cambios. La diferencia de presión constante aplica una tensión previa a la membrana, empujándola hacia adentro o hacia afuera, lo que da una sensación desagradable y hace que el sonido se perciba más opaco.
Cuando tragamos, la trompa de Eustaquio se abre brevemente causando que la presión estática en el interior del tímpano se iguale a la del oído externo.
La trompa de Eustaquio, que conecta el oído medio a la garganta, ayuda a igualar esta presión. Cuando tragamos, el tubo se abre brevemente causando que la presión estática en el interior del tímpano se iguale a la del oído externo, reajustando el tímpano a su posición neutral. El tímpano tendrá su sensibilidad normal y el sonido será brillante nuevamente.
El oído interno
El oído interno es el elemento más complejo en la cadena. Es una cámara llena de líquido y consiste en dos partes: el laberinto vestibular, el cual funciona como parte del mecanismo del equilibrio del cuerpo y el caracol, que contiene la membrana basilar y el órgano de Corti, un elemento sensorial que convierte el sonido en impulsivos nerviosos para que nuestro cerebro pueda procesar la información.
El sonido que se ha conducido hacia el canal auditivo pondrá en movimiento el tímpano. Los osículos auditivos en el oído medio recogen estas oscilaciones y las transfieren al líquido a través de la ventana oval, una de las dos superficies flexibles entre la cóclea (caracol) y el oído medio.
La activación de esta membrana genera ondas en el oído interno lleno de líquido, que viajan a lo largo de la membrana basilar, lo que lo pone en movimiento al órgano de Corti.
Este órgano contiene miles de células ciliadas, que están conectadas al nervio auditivo. El patrón de oscilación de la membrana basilar es bastante complejo, con diferentes áreas estimuladas más o menos por diferentes frecuencias.
Para cada una de estas áreas, un grupo diferente de células ciliadas serán activadas y enviarán impulsos a través de los nervios al cerebro. De este modo, el órgano de Corti separa el sonido en sus componentes espectrales, de modo similar a las gotas de lluvia que separan la luz solar en colores individuales.
Ecualización de la presión estática en micrófonos de condensador
Para convertir la presión acústica en una señal eléctrica, los micrófonos de condensador de Brüel & Kjaer emplean un diafragma delicado y estirado alrededor de una placa trasera con un espacio muy estrecho entre ellos, formando un capacitor. El sonido incidente flexiona el diagrama y la variación en la separación con la placa trasera genera una señal eléctrica proporcional a la presión acústica.
El diafragma sella el micrófono en la parte superior, de modo que una variación en la presión estática ambiental cambiaría la posición de reposo del diafragma con respecto a la placa trasera. El oído resuelve este problema con la trompa de Eustaquio y los micrófonos de condensador usan un diseño similar. Un canal de aire estrecho en un lado o en la parte posterior del micrófono asegura que la presión estática de la cavidad interna se iguale con la del ambiente.
Referencia: Brüel & Kjaer, Waves Articles. “Anatomy of the human ear” [documento en línea: https://www.bksv.com/en/about/waves/WavesArticles/2018/Anatomy-of-the-human-ear acceso: octubre de 2018]
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