Die Physik des Hörens

Das menschliche Gehör ist ein erstaunlich komplexes System, das uns ermöglicht, eine breite Palette von Klängen wahrzunehmen – von den tiefen Tönen eines Basses bis hin zu den hohen Tönen einer Violine. Das Hören funktioniert in zwei Hauptschritten: Zuerst wandelt das Ohr Schallwellen in elektrische Signale um, und dann verarbeitet das Gehirn diese Signale, sodass wir sie als Geräusche oder Sprache wahrnehmen können.

Wie funktioniert Hören?

Das Ohr ist in drei Teile gegliedert: das Außenohr, das Mittelohr und das Innenohr. Das Außenohr fängt die Schallwellen auf und leitet sie an das Trommelfell weiter. Dieses beginnt zu schwingen und setzt damit das Mittelohr in Bewegung. Das Mittelohr, das aus winzigen Knochen – Hammer, Amboss und Steigbügel – besteht, verstärkt diese Schwingungen und überträgt sie auf die Flüssigkeit im Innenohr. Hier sorgt das Mittelohr auch dafür, dass möglichst wenig Schallenergie verloren geht. Im Innenohr befindet sich die Cochlea, ein kleines, schneckenförmiges Organ, das eine Schlüsselrolle beim Hören spielt. Die Cochlea enthält die sogenannte Basilarmembran, die Schall in elektrische Signale umwandelt. Unterschiedliche Töne – ob hoch oder tief – bringen verschiedene Bereiche der Basilarmembran zum Schwingen. Diese Schwingungen werden dann von speziellen Zellen, den Haarzellen, in Nervenimpulse umgewandelt, die an das Gehirn gesendet werden.

Wie leise Töne hörbar werden

Besonders bemerkenswert ist, wie das Ohr schwache Töne verstärken kann, insbesondere bei hohen Frequenzen. Dies ist den äußeren Haarzellen zu verdanken, die als kleine Verstärker fungieren. Sie können die Schwingungen der Basilarmembran so verstärken, dass auch sehr leise Töne noch hörbar werden. Diese Verstärkung ist nicht nur wichtig, um leise Töne wahrzunehmen, sondern auch, um in lauten Umgebungen spezifische Geräusche herauszufiltern, wie zum Beispiel eine Stimme in einem vollen Raum. Zusätzlich zur mechanischen Verarbeitung von Schall im Ohr findet im Gehirn eine ausgeklügelte Weiterverarbeitung statt. Diese hilft uns, die Richtung, aus der ein Ton kommt, zu erkennen und ermöglicht es uns, auf wichtige Geräusche schnell zu reagieren, zum Beispiel auf das Hupen eines Autos.

Die Welt in allen Klangfarben

Unser Gehör ist ein Wunderwerk der Natur. Es hat sich über Millionen von Jahren entwickelt und ermöglicht es uns, die Welt um uns herum in all ihren Klangfarben zu erleben – von der Musik bis zum Vogelgezwitscher, von einem flüsternden Wind bis hin zu einer rauschenden Welle. Wollt ihr tiefer einsteigen? Dann greift zur Neuauflage des Lehrbuchs „Biophysik“ von Erich Sackmann und Rudolf Merkel, ISBN 9783527412501. Ihr findet darin detaillierte Erläuterungen zum Hörsinn – und noch vieles mehr, zum Beispiel:

1. Einführung in die Zellbiophysik:
   • Die Zelle als System aus funktionellen Untereinheiten: Grundlegendes Verständnis der Zellstruktur und -funktion.
   • Der Zellzyklus: Wie Zellen sich teilen und erneuern.
2. Biologisch essentielle physikochemische Reaktionen:
   • Säure-Base-Gleichgewicht und Pufferwirkung: Grundlagen der Chemie, die in biologischen Systemen wichtig sind.
   • Redoxreaktionen: Wie Elektronenübertragungen in biologischen Prozessen ablaufen.
3. Physikalische Eigenschaften von Proteinen:
   • Struktur und Wechselwirkungen von Proteinen: Wie Proteine aufgebaut sind und funktionieren.
   • Proteinfaltung und Konformationsumwandlungen: Wie Proteine ihre Form ändern und warum das wichtig ist.
4. Biologische Membranen:
   • Molekulare Architektur und Funktionen: Aufbau und Funktion von Zellmembranen.
   • Signalübertragung an Membranen: Wie Zellen Signale empfangen und weiterleiten.
5. Biophysik der Nervenleitung:
   • Physiologie und Elektrostatik der Nervenleitung: Grundlagen der Nervensignale.
   • Elektrodynamik der Nervenerregung: Wie Nervenimpulse entstehen und sich ausbreiten.
6. Photosynthese:
   • Primärprozesse der Photosynthese: Wie Pflanzen Licht in Energie umwandeln.
   • Molekulare Architektur des Photosyntheseapparats: Aufbau der Strukturen, die an der Photosynthese beteiligt sind.