Legg deg ned og hør med ett øre hvor lyden kommer fra!

Våre ører er fantastisk gode til å finne retningen til en lyd. Det gjelder særlig i horisontalplanet, men vi er også gode til å finne høyden til en lydkilde. Rett fram kan vi finne retning med en nøyaktighet på bare et par grader. Det er imponerende bra, sammenlignet med menneskeskapte systemer.

Ta for eksempel en medisinsk ultralydscanner som vanligvis har samme eller bedre nøyaktighet som et menneske. Men for det trenger den minst 64 uavhengige sensorer på rekke og rad, der et menneske klarer seg med bare to ører.

Hva er hemmeligheten? Vi har ikke bare én, men tre forskjellige mekanismer for å finne retning, noe vi deler med mange andre pattedyr, men ikke alle. Det var Lord Rayleigh som foreslo de to første i det som kalles dupleksteorien fra 1907. De er:

  • Måling av tidsforskjell mellom lyden i ørene. Dette fungerer for lave tonehøyder, så lenge det er mindre enn en halv bølgelengde i forskjell som lyden må gå til de to ørene. Siden stor bølgelengde svarer til lav frekvens så virker det opp til ca 1500 Hz, dvs omtrent midt i frekvensbåndet for menneskelig tale. Dette er den eneste effekten som radar-, sonar- og ultralydsystemer utnytter.
  • Måling av nivåforskjell. Hodet skygger for lyd som kommer fra den andre siden, men bølgelengden må være liten nok for at det skal ha noe å si. Det betyr at det utfyller den første effekten og gjelder for frekvenser over omtrent 1500 Hz.

Dette er allerede bedre enn de menneskeskapte systemene og burde gjøre oss godt rustet. Men tids- og nivåforskjeller er ikke godt nok. For det første ville vi ikke kunne høre forskjell på lyder som kom bakfra og forfra. Det andre er at vi ikke kan høre om et lydkilde er i samme høyde som hodet eller om den er høyere oppe. Ingen av disse scenariene gir forskjell i tid eller nivå.

Men nå er det jo sånn at vi kan skille lyder foran og bak med nøyaktighet på opptil 98% avhengig av kompleksiteten til lyden. Tilsvarende har vi en evne til å finne vertikal vinkel med nøyaktighet ca 3.5 grader for lydkilder foran oss. Vi har nemlig også en tredje mekanisme:

  • Farging av lyd i det ytre øret. Kompleksiteten i fasongen på det ytre øret gjør at forskjellige frekvenser dempes forskjellig avhengig av retningen de kommer fra. Jo mer rik på toner en lyd er, jo bedre klarer vi derfor å finne høyden til en lydkilde og å skille foran og bak. Dette kalles HRTF som er en engelsk forkortelse som passer på en slags norsk også, og blir HodeRelatert TransferFunksjon.

Mange dyr har også disse tre hørselsmekanismene, men ikke alle. Krypdyr (reptiler) og amfibier har ikke ytterøre, akkurat slik vi synger i sangen «Små rompetroll»:

Men øre, men øre får ingen frosker ha
men øre, men øre får ingen frosker ha

Men mange av dem har i stedet en forbindelse mellom ørene som hjelper for retningsbestemmelse. De har samme virkemåte som retningsfølsomme  mikrofoner, der det er en forbindelse mellom forsiden og baksiden av mikrofonmembranet (trykk-gradient mikrofoner).

Mange pattedyr mangler enten evnen til å måle tid eller nivå også. Noen store dyr som kuer, hester og griser registrer ikke nivåforskjeller. Og mange små dyr som rotter, pinnsvin og noen flaggermus kan ikke merke tidsforskjeller.

Det ser også ut til at hørsel og syn utfyller hverandre. Generelt sett så har dyr med et smalt synsfelt god evne til å finne retning med hørselen. Vi mennesker har bare et smalt område på noen få grader der stereosynet er godt og vi har også en av de beste evnene til å finne retningen for lyder. Dyr som har vidvinkelsyn opp mot 180 grader, slik som kuer og mus har derimot ikke bedre evne til å finne retning på lyder enn 20-30 grader.

Og nå tilbake til sommeraktiviteten i gresset. Det er det ytre øret som gjør at det går an finne retning med bare ett øre. Det er ikke alltid så lett å blokkere øret, men legg deg på siden i gresset og putt en finger i det øret som ligger ned. Lytt så etter lyder som har et rikt spektrum (ikke rene toner) og særlig som har mange høyfrekvente lyder. Og så må du passe på at ikke øynene allerede får se hvor lyden kommer fra før du legger deg ned, for hjernen er slik koblet at synsinntrykk har en tendens til å overstyre hørselen.

Les mer:

3 comments

  1. Magne Skålevik · juli 17, 2016

    Takk for at du sprer kunnskap om lyd og hørsel på en interessant måte. For leseren kan det kanskje være en grei tilføyelse at det er den 3. mekanismen (HRTF) man eksperimenterer med når man blokkerer det ene øret.
    Deler her link til en audio-demo (bruk hodetelefoner) med diagrammer som bl.a demonstrerer hvordan høyfrekvensinfo (4kHz-oktaven) kan brukes til å avgjøre om kilden befinner seg foran eller bak lytteren:
    http://akutek.info/demo_files/binaural_localization_ques.htm

  2. KEE · juli 17, 2016

    Har du lagt merke til hvordan ørene på ei katte «scanner» omgivelsene? Der gås norad en høy gang. Retningsbestemmelse, trusselvurdering og signalanlegg på en gang (du ignorerer de flate tilbakoverstrøkne på eget ansvar).

  3. Sverre Holm · juli 17, 2016

    Det ser nok veldig imponerende ut med en katts bevegelige ører, men jeg selv ble overrasket over å se hva Heffner & Heffner-artikkelen fra 2016 sier (referanse over). Figur 5 der viser at katter har en nøyaktighet i retning på ca 5 grader der vi har under 2 grader. Noe av forklaringen er nok at vi har større avstand mellom ørene da nøyaktigheten er proporsjonal med sensoravstand i systemer basert på tidsforsinkelse. Kanskje er det så enkelt som at forholdet mellom hodestørrelsene er omtrent 5/2?

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter-bilde

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+-bilde

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s