Física del Oído

El sistema del oído

Podemos dividir el oído en tres partes, estas partes se definen por su posición y funciones y se conocen como, el oído externo (la parte visible para nosotros), el oído medio que es el aparato que enfoca y transforma las vibraciones, y el oído interno que conecta nuestro sistema con los nervios y el cerebro.

El oído externo

El oído externo es la parte visible. Está formado por el pabellón auricular, el conducto auditivo externo que termina donde empieza el oído medio, en la parte externa de la membrana timpánica. El pabellón auricular tiene forma para captar el sonido por delante y tiene crestas para dirigirlo hacia la membrana timpánica. Esta estructura ayudaba a enfocar los sonidos emitidos por una presa.

Oído medio

El oído medio es donde el sonido se transforma de una onda de presión en una señal eléctrica. En esta sección, tres pequeños huesos actúan como transmisores mecánicos del sonido, se llaman: el martillo, el yunque y el estribo. Se trata de una función importante porque actúa como adaptador de impedancia, lo que permite al oído tener un amplio rango de amplitud de percepción, siendo el límite inferior de 20μPa el silencio absoluto. A modo de comparación, alrededor de 60μPa es la presión sonora de la respiración normal.

Dos umbrales determinan el límite superior de nuestro rango de audición, el primero es donde empezamos a sentir dolor, y el segundo es donde la intensidad del sonido causa daño al oído.

Oído interno

Esta parte del oído está oculta a la vista, encerrada en un laberinto óseo donde se encuentran la cóclea, los canales semicirculares y el vestíbulo . Cuando llega aquí, el sonido ha sido atenuado por el oído medio y está listo para ser analizado, transformado y transmitido al cerebro, donde será procesado.

Física del oído: Medición de la presión y el sonido

Nuestros oídos son instrumentos muy sofisticados con una sensibilidad increíble. Podemos realizar cálculos en este rango de percepción.

Física del oído: De la presión del aire a los decibelios

Las ondas sonoras son ondas de presión, lo que significa que la información viaja gracias a la alternancia de zonas de rarefacción y concentración de partículas en el aire.

Medimos la presión en pascales. Nuestra audición abarca una gama que va de la millonésima parte de un pascal a cientos de pascales, y a veces necesitamos describir sonidos aún más fuertes. No es conveniente utilizar esta unidad, así que aplicamos una escala logarítmica a esta cantidad para reducir el rango de excursión de los millones. El decibelio es una escala de intensidad y se utiliza para representar el nivel de presión de un sonido; se define con respecto a una referencia que es el sonido más suave que podemos oír. Por definición:

\[L_p = 20 \space \log(\frac{p}{p_0}), \space P_0 = 20 \space \mu P_a\]

Donde Lp es el nivel de presión relativo a la presión p, y _p0 es la presión de referencia. Pongamos un ejemplo: queremos conocer el nivel de presión correspondiente a 20 Pa:

\(p = 20 \spacio P_a\)

\(L_p = ?\)

\(L_p = 20 \space \log(\frac{p}{p_0}) = 20 \space \log (\frac{20}{20 \cdot 10^{-6}}) = 20 \log 10^6 = 120 dB\)

Decimos que 20Pa corresponden a 120dB SPL. SPL significa nivel de presión sonora para indicar que estamos hablando de sonido, ya que la escala logarítmica tiene muchos usos.

Figura 3.- Escala de decibelios que muestra los ruidos que solemos oír y su rango normal. También muestra las sensaciones que tenemos para cada escala, Camacho - Study Smart Originals

Los mismos procesos evolutivos que dan forma al sistema auditivo humano son los que limitan la gama de frecuencias que podemos captar. La gama de sonidos que podemos oír es el resultado de este proceso.

Consecuencias de los daños en el oído

El oído es un sistema complejo y delicado, aunque muy adaptable. Como cualquier otra parte del cuerpo, puede sufrir daños. He aquí algunas consecuencias potenciales.

Física del oído: Pérdida de audición

El problema más frecuente es la pérdida de audición. Esto ocurre de forma natural con la edad: un niño tiene un espectro de audición que va de 20 Hz a 20 kHz, mientras que un adulto no oirá sonidos por encima de aproximadamente 15 kHz. La audición humana está limitada por sus características físicas (no podrás oír ningún sonido demasiado bajo que provoque vibraciones en el oído), pero también por la evolución, ya que la mayoría de los sentidos humanos funcionan en el rango que nos es útil para recibir y analizar la información.

Después del envejecimiento, los sonidos fuertes son la principal causa de pérdida de audición. Éstos pueden causar daños instantáneamente o ser parcialmente perjudiciales, provocando daños más graves con la exposición a lo largo del tiempo. El umbral del dolor comienza a los 130 dB. El daño se produce inmediatamente cuando la presión sonora es de 140dB o más. Por ejemplo, basta un solo disparo de rifle para causar una interrupción de la audición de unos 5KHz. Los cazadores lo experimentan a menudo.

Otra disfunción de la audición es el tinnitus. Se describe como la audición de sonidos, como pitidos o silbidos, que no tienen ninguna causa. El tinnitus puede deberse a la exposición a ruidos fuertes.

Física del oído: Equilibrio

El oído interno es responsable de otra función importante: el equilibrio. Tenemos tres canales semicirculares que perciben el movimiento de las tres dimensiones del espacio, mientras que los otolitos son estructuras que detectan la aceleración lineal. Una disfunción bien conocida del sistema vestibular es el vértigo. Se define como la percepción de movimiento cuando no lo hay.