Radboud Universiteit Nijmegen
Richtinghoren doe je met de vorm van je oren
Datum bericht: 8 april 2010
In het kort
Door de plooien in het mensenoor bereikt geluid de gehoorgang direct en via weerkaatsingen. Dat geeft een faseverschil dat karakteristiek is voor de richting waaruit het geluid komt. Het is voor het eerst dat de vorm van het mensenoor op deze manier is begrepen. De gehooronderzoekers van het Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour van de Radboud Universiteit Nijmegen begrijpen daardoor nu ook dat twee geluiden die je boven elkaar hoort toch stereo klinken.
Stereo op de bank
Mensen kunnen horen in stereo doordat het geluid uit een bron de oren met een miniem tijds- en intensiteitsverschil bereikt. Ook als we lekker op de bank liggen op onze zij verdwijnt het stereo-effect niet. Toch komt het geluid uit je muziekboxen nu gelijk aan in je linker en rechteroor. Peter van Bremen en van prof. John van Opstal zochten het uit. Ze begrijpen nu ook waarom onze oren er niet uitzien als schotelantennes.
'In de literatuur vind je nergens een verklaring voor de vorm van onze oren. Waarom zijn ze asymmetrisch? En waarom zitten er van die plooitjes in?' 'Wij hebben uitgerekend dat we daarmee een perfecte richtingsgevoelige antenne hebben. Een deel van het geluid komt rechtstreeks in de gehoorgang, een ander deel via terugkaatsing van de binnenste en buitenste oorplooien. Dat geeft een faseverschuiving die toeneemt naarmate de bron meer achter ons ligt. De faseverschuiving is ook afhankelijk van of het geluid van onder of boven komt. In de gehoorgang interfereert het weerkaatste met het direct invallende geluid. Een deel van het signaal wordt zwakker, een ander deel sterker, afhankelijk van de toonhoogte en het faseverschil. Uit die patronen leiden de hersenen af waar het geluid vandaan komt.'
Om dit te testen ontwierp John van Opstal volmaakt ronde 'opplak-oren'. Proefpersonen die daarmee toegerust zijn, kunnen inderdaad de bron van een geluid niet meer lokaliseren.
Peter Bremen, die op 12 april bij Van Opstal promoveert, ontwierp een experiment om uit te vinden hoe we de bron van geluiden herkennen als er meerdere tegelijk zijn. Bremen vroeg proefpersonen hun hoofd snel in de richting van een geluidsbron te bewegen. Er werden telkens twee verschillende geluiden gepresenteerd waarvan eentje het doel was en de andere moest worden genegeerd. Als de geluidsbronnen dicht bij elkaar lagen keken proefpersonen steevast naar een plek tussen de twee geluiden in: een stereo-effect. Bij geluidsbronnen die ver uiteen lagen keken de proefpersonen naar één van de twee. De onderzoekers konden niet voorspellen naar welke. Proefpersonen konden de stoorbron dus niet negeren, hoe goed ze hun best ook deden.
Het model laat zien waar de luisteraar een geluid zal lokaliseren, afhankelijk van de positie en de luidheid van het geluid: namelijk in de donkerbruine zone. De witte punten geven aan waarnaar in het echt gekeken werd. De grafiekjes eronder laten zien dat het model de data zeer goed voorspelt.
De resultaten zijn opmerkelijk als je bedenkt dat wij stereo horen omdat twee geluiden die zich in het horizontale vlak bevinden - bijvoorbeeld het signaal uit twee geluidsboxen - met een klein tijdsverschil onze oren bereiken. Dat tijdsverschil valt echter weg als de bronnen recht boven elkaar zitten. Toch toont Bremen ook voor dat geval een stereo-effect aan.
Van Opstal: 'We kunnen dit volledig verklaren uit ons akoestische model van het oor. En dat is opmerkelijk want als je een soortgelijke proef doet met kíjken naar twee bronnen krijg je hetzelfde effect, maar dat is alleen te verklaren door een ingewikkelde bewerking van het brein. Bij horen is het effect volledig te verklaren uit hoe de geluiden door het oor worden vervormd en hoe die vervorming als richting wordt geïnterpreteerd.' Het werk werd gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift The Journal of Neuroscience (2010).
Een groot deel van zijn promotieonderzoek besteedde Bremen aan een nieuw elektromagnetisch systeem om oog- en hoofdbewegingen te meten: een combinatie van een dunne gouden ring op het oog en een bril die de beweging meet. Dit systeem is goedkoper, comfortabeler en nauwkeuriger dan het oude, dat met magnetische spoeltjes op het oog werkt.