Audiologie E-Book

Martin Kompis

• Herausgeber: Hogrefe, vorm. Verlag Hans Huber
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 287

Veröffentlichungsjahr: 2022

Beschreibung

Auch in der nunmehr 5. Auflage bleibt das Lehrbuch eingängig und kompakt in Struktur und Inhalt. Martin Kompis hat den Inhalt vollständig überarbeitet, aktualisiert und ergänzt. So ist unter anderem ein Abschnitt über das Richtungshören neu hinzugekommen, und die Kapitel über Hörgeräte und Cochlea Implantate wurden aktualisiert und dem Stand der Technik angepasst. Im Zusatzmaterial, das online in der Mediathek des Hogrefe Verlags zur Verfügung steht, finden Sie neben einer Audiometrie-Übungs-Software und zahlreichen Hörbeispielen fertige PowerPoint-Präsentationen mit sämtlichen Abbildungen und Tabellen des Buches zur didaktischen Nutzung im Unterricht. Martin Kompis präsentiert Audiologie als interdisziplinäres Wissensgebiet: Er richtet sein Buch gleichermaßen an Mit-arbeitende in Gesundheitsberufen, Studierende der Logopädie und der Medizin, an Ingenieur_innen und Hörgeräteakustiker_innen - kurzum an alle, die in Kontakt mit diesem -interessanten Feld treten. Anschaulich und in einer einfachen, verständlichen Form, vielfach unter Zuhilfenahme von Illustrationen und Grafiken, führt er die Leser_innen in die wichtigsten Grund-lagen und aktuellen Methoden der Audiologie ein. Behandelt werden u.a. folgende Themen:  •Grundlagen der Akustik  •Anatomie und Physiologie  •Hörstörungen  •Reinaudiometrie  •Sprachaudiometrie  •Tympanometrie  •Otoakustische Emissionen  •Auditorisch evozierte Potentiale  •Hörgeräte  •Cochlea Implantate  Das Zusatzmaterial zu diesem Buch kann nach erfolgter Registrierung von der Hogrefe Website heruntergeladen werden.

Leseprobe

Martin Kompis

Audiologie

5., überarbeitete und erweiterte Auflage

unter Mitarbeit von

Hans Holzherr

Gianni Pauciello

Audiologie

Martin Kompis

Prof. Dr. Dr. Martin Kompis

Leitender Arzt, Stationsleiter Audiologie

Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie

Inselspital, Universität Bern

3010 Bern

Schweiz

[email protected]

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Hogrefe AG

Lektorat Medizin

z. Hd.: Susanne Ristea

Länggass-Strasse 76

3012 Bern

Schweiz

Tel. [phone]

[email protected]

www.hogrefe.ch

Lektorat: Barbara Müller

Herstellung: Daniel Berger

Illustrationen: Hans Holzherr

Umschlagabbildung: Gianni Pauciello

Umschlaggestaltung: Claude Borer, Basel

Satz: Claudia Wild, Konstanz

Format: EPUB

5., überarbeitete und erweiterte Auflage 2022

© 2022, Hogrefe Verlag, Bern

© 2004, 2009, 2013, 2016. Verlag Hans Huber/Hogrefe AG Bern

(E-Book-ISBN_PDF 978-3-456-96245-0)

(E-Book-ISBN_EPUB 978-3-456-76245-6)

ISBN 978-3-456-86245-3

https://doi.org/10.1024/86245-000

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Inhaltsverzeichnis

Zu diesem Buch

Vorwort zur fünften Auflage

1 Grundlagen der Akustik und der auditiven Wahrnehmung

1.1 Akustik und Wellenausbreitung

1.2 Allgemeine Sinnesphysiologie

1.3 Auditive Wahrnehmung und logarithmische Maße

1.4 Richtungshören

2 Anatomie und Physiologie des Ohrs

2.1 Äußeres Ohr

2.2 Mittelohr

2.3 Innenohr

2.4 Hörnerv, Hörbahn, primäre Hörrinde

3 Reintonaudiometrie

3.1 Technische Voraussetzungen

3.2 Messung der Hörschwelle

3.3 Freifeldaudiometrie

3.4 Messung der Unbehaglichkeitsschwelle

3.5 Schwellenschwund

3.6 Békésy-Audiometrie

4 Hörstörungen

4.1 Schallleitungsschwerhörigkeit

4.2 Schallempfindungsschwerhörigkeit

4.2.1 Innenohrschwerhörigkeit

4.2.2 Retrokochleäre Hörstörungen

4.2.3 Auditorische Synaptopathie/Neuropathie

4.3 Vergleich Schallleitungsschwerhörigkeit – Schallempfindungsschwerhörigkeit, gemischte Schwerhörigkeit

4.4 Zentrale Hörstörungen

5 Stimmgabeltests

5.1 Rinne-Test

5.2 Weber-Test

5.3 Übersicht über den Rinne- und den Weber-Test

5.4 Weitere Stimmgabeltests

6 Sprachaudiometrie

6.1 Audiologische Aspekte der Sprache

6.2 Die Hörweitenprüfung

6.3 Das Sprachaudiogramm

6.4 Sprachverstehen im Störlärm

6.4.1 Basler Satztest

6.4.2 HSM-Satztest

6.4.3 Oldenburger Satztest

6.4.4 Dreinsilber Test

6.5 Weitere Sprachtests

6.5.1 Weitere Satztests

6.5.2 Logatomtests und Minimal-Pair-Tests

6.5.3 Sprachtests in anderen Sprachen

6.5.4 Sprachtests für Kinder

7 Überhören und Vertäubung

7.1 Überhören

7.2 Vertäubung in der Reintonaudiometrie

7.2.1 Berechnung des Mindest- und des Höchstvertäubungspegels

7.2.2 Gleitende Vertäubung

7.2.3 Freiburger 70-80-90 dB Regel

7.3 Vertäubung in der Sprachaudiometrie

8 Recruitment

8.1 Messung der Unbehaglichkeitsschwelle

8.2 Hörflächenskalierung

8.3 Fowler-Test

8.4 Lüscher-Test und SISI-Test

9 Tympanometrie und Stapediusreflexmessung

9.1 Tympanometrie

9.2 Stapediusreflexmessung

9.3 Reflexermüdbarkeit

10 Otoakustische Emissionen (OAE)

10.1 Spontane otoakustische Emissionen (SOAE)

10.2 Transitorisch evozierte otoakustische Emissionen (TEOAE)

10.3 Distorsionsprodukte otoakustischer Emissionen (DPOAE)

10.4 Wertung und Anwendungsbereiche

11 Auditorisch evozierte Potentiale

11.1 Frühe auditorisch evozierte Potentiale

11.2 Frequenzspezifische ERA

11.3 Andere Potentiale und weitere Messverfahren

12 Kinderaudiologie

12.1 Hörstörungen bei Kindern

12.2 Anamnese und Beobachtung

12.3 Hörprüfungen bei Kindern

12.3.1 Subjektive Hörprüfungen bei Kindern

12.3.2 Objektive Hörprüfungen bei Kindern

12.4 Neugeborenen-Hörscreening

12.5 Therapie der Schwerhörigkeit beim Kind

13 Psychogene Hörstörung, Simulation und Aggravation

13.1 Diagnostik

13.1.1 Objektive Untersuchungen

13.1.2 Hinweise in der routinemäßigen Hörprüfung

13.1.3 Simulationstests bei einseitig normaler Hörschwelle

13.1.4 Simulationstests bei beidseitig erhöhter Hörschwelle

13.2 Praktische Aspekte und Fallbeispiele

14 Hörgeräte

14.1 Luftleitungshörgeräte

14.1.1 Aufbau und Bauformen

14.1.2 Eigenschaften und Optionen

14.1.3 Hörgerätetechnologie und Anpassung

14.2 Knochenleitungshörgeräte, knochenverankerte und implantierbare Hörgeräte

14.3 Hörgerätekontrolle und Quantifizierung des Nutzens einer Hörgeräteversorgung

15 Cochlea-Implantate

15.1 Bau und Funktion

15.2 Indikation und Ergebnisse

15.3 Abklärungen und CI-Versorgung

16 Tinnitus

16.1 Ursachen und Einteilung

16.2 Diagnostik

16.3 Therapie

17 Audiometer Simulator Software

17.1 Installation

17.2 Bedienung

17.3 Anpassungen und Support

Literatur

Hinweise zu Zusatzmaterialien

Sachwortverzeichnis

|9|Zu diesem Buch

Das vorliegende Buch „Audiologie“ basiert auf dem Inhalt der gleichnamigen Vorlesung und verschiedener Kurse an den Universitäten Bern und Fribourg. Es richtet sich an Leser, die in Gesundheitsberufen tätig sind oder sich auf eine solche Tätigkeit vorbereiten und erst wenig oder noch gar nicht mit der Audiologie in Kontakt gekommen sind. Aufgrund seines Inhalts und seiner kompakten Form ist es für Studierende der Logopädie, der Medizin, aber auch für Ingenieure, Audiometristinnen und Audiometristen oder Hörgeräteakustiker geeignet. Es soll den ersten Kontakt mit dem interessanten Gebiet der Audiologie erleichtern, verständlich, übersichtlich und kurzweilig sein.

Das Hauptgewicht liegt auf den gängigen audiologischen Untersuchungen und deren praktischen Ausführungen. Aufgrund der Kürze des Buches ist es nicht möglich, alle Untersuchungsmethoden, Krankheitsbilder und therapeutischen Möglichkeiten ausführlich darzustellen. Einige Themen, deren Wichtigkeit unbestritten ist, wie beispielsweise die Nachbetreuung nach einer Cochlea-Implantation oder nach einer Hörgeräteversorgung bei Kindern, sind in diesem Buch darum bewusst nicht ausführlich behandelt.

Für den Textteil wurde eine Darstellung gewählt, die das Lesen und Lernen unterstützen soll. Für die ersten Lernphasen ermöglichen die Inhaltsangaben in der linken Spalte eine rasche Übersicht über das Stoffgebiet, in der Vertiefungsphase kann zur Selbstkontrolle der Textteil rechts mit einem Blatt Papier abgedeckt werden.

Dieses Buch wäre ohne die Hilfe und Unterstützung vieler Kollegen, Freunde und Mitarbeiter nicht entstanden. Zu besonderem Dank verpflichtet bin ich Dr. O. Bernath, M. Bettler, B. Bormann, R. Hänni, E. Häsler, Prof. Dr. R. Häusler, Dr. M. Irla, M. Krebs, G. Pauciello, Dr. K. Reinhardt, B. Richard, S. Schenk, |10|PD Dr. E. Seifert, Ch. Schmid und Ch. Stieger. Nicht zuletzt für das Auffinden zahlreicher Fehler in früheren Fassungen des Manuskripts bin ich ihnen sehr dankbar. Für die verbleibenden Fehler bin ich alleine verantwortlich. Umso mehr freue ich mich über alle Rückmeldungen und Verbesserungsvorschläge. Meine Adresse lautet:

PD Dr. Dr. Martin Kompis

Klinik für HNO, Hals-, Kiefer- und Gesichtschirurgie

Inselspital

Universität Bern

3010 Bern

Schweiz

Bern, im Frühjahr 2004

M. Kompis

|11|Vorwort zur fünften Auflage

Neue Entwicklungen und wertvolle Rückmeldungen von Lesern zu den ersten vier Auflagen waren Basis für die Verbesserungen in der vorliegenden, 5. Auflage.

Mehrere Kapitel wurden aktualisiert und ein kurzer Abschnitt über das Richtungshören ist neu hinzugekommen. Ganz herzlichen Dank an Ch. Schmid und M. Siegrist für die sorgfältige Durchsicht einzelner Kapitel und für wertvolle Hinweise. Mehrere Abbildungen wurden erneuert, um den technischen Entwicklungen seit der letzten Auflage Rechnung zu tragen. Dies betrifft insbesondere die Kapitel über Hörgeräte und Cochlea Implantate. Mein Dank gebührt einmal mehr Herrn H. Holzherr für seine profesionellen Zeichnungen.

In dieser 5., überarbeiteten und erweiterten Auflage sind die Hörbeispiele nicht mehr auf einer CD in der Beilage zu finden, sondern als Zusatzmaterial in der Mediathek des Hogrefe-Verlags. Auch die bewährten Powerpoint-Dateien mit allen Abbildungen und Tabellen des Buches sind dort wieder verfügbar. Sie sollen die Abbildungen für den Unterricht leichter zugänglich machen.

Wie in den früheren Auflagen steht auch die Software „Audiometer Simulator“, Version 3.1.2 (nur für Windows), wieder zur Verfügung. Das Programm kann zum Einüben der Reinton- und der Sprachaudiometrie, sowie von einigen Simulationstests eingesetzt werden.

Ich hoffe, dass das Buch dank dieser Neuerungen noch ein wenig nützlicher geworden ist. Wenn es neben der Fachinformation auch etwas Spass an der spannenden Materie zu vermitteln vermag, ist sein Zweck erfüllt. Weiterhin freue ich mich über alle Rückmeldungen und Verbesserungsvorschläge. Meine Anschrift lautet:

|12|Prof. Dr. Dr. Martin Kompis

Klinik für HNO, Hals-, Kiefer- und Gesichtschirurgie

Inselspital

Universität Bern

3010 Bern

Schweiz

Bern, im Frühjahr 2022

M. Kompis

|13|1  Grundlagen der Akustik und der auditiven Wahrnehmung

1.1  Akustik und Wellenausbreitung

Definition

Akustik beschäftigt sich mit mechanischen Schwingungen in Gasen, Flüssigkeiten und festen Körpern, die für Menschen hörbar sind.

Schallwellen

Schallwellen sind mechanische Schwingungen der Teilchen in einem Gas, einer Flüssigkeit oder in einem festen Körper. Im luftleeren Raum können sich keine Schallwellen ausbreiten. Schallwellen (und damit auch die in ihnen enthaltene Information und Energie) breiten sich aus, ohne dass sich das Gas oder der Festkörper, in dem sie sich ausbreiten, im Mittel von der Stelle bewegt. Jedes einzelne Teilchen schwingt lediglich um eine Ruheposition und gibt die Information an benachbarte Teilchen weiter (s. Abb. 1-1).

Abbildung 1-1:  Ausbreitung einer Schallwelle: Die einzelnen Teilchen (rote Punkte) schwingen um eine Ruheposition und bleiben im Mittel am Ort, während sich die Schallwelle ausbreitet.

Schallgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit der Schallausbreitung hängt vom Ausbreitungsmedium ab. In der Luft beträgt sie rund 340 m/s, der Schall legt also in 3 Sekunden rund 1 km zurück. Die Schallgeschwindigkeit ist temperaturabhängig. Wegen der schnelleren Bewegung der Gasmoleküle breitet sich Schall in warmer Luft etwas schneller aus. Im Wasser breitet sich Schall etwa fünfmal schneller aus (1500 m/s) als in der Luft. (Übrigens: Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht ist rund 1 000 000-mal höher |14|als die von Schall. Licht und andere elektromagnetischen Wellen können sich zudem auch im luftleeren Raum ausbreiten.)

Physikalische Beschreibung

Schall erzeugt im Medium, in dem er sich ausbreitet, Druckschwankungen. Bei vielen in der Audiologie interessierenden Signalen sind diese Druckschwankungen wiederkehrend (periodisch). Zur Beschreibung solcher akustischer Signale sind verschiedene Begriffe und Größen gebräuchlich. Die wichtigsten sind in Abbildung 1-2sowie Tabelle 1-1 zusammengestellt.

Abbildung 1-2:  Darstellung des Amplitudenverlaufs eines periodischen Signals, aufgetragen als Funktion der Zeit (a) und des Ortes (b).

Tabelle 1-1:  Gebräuchliche Formelzeichen und Maßeinheiten zur Beschreibung periodischer akustischer Signale

Größe

Gebräuchliches Formelzeichen

Gebräuchliche Maßeinheit

Zeit

Periode

Frequenz

Wellenlänge

Wellenzahl

Amplitude

(meist Druckamplitude; Druck = Kraft pro Fläche)

t

T

f = 1/T

λ

k = 1/λ

A oder p

Sekunden (s)

Sekunden (s)

Hertz (Hz)

Meter (m)

1/Meter (m–1)

Pascal (Pa) = N/m2

Hertz, Hz und kHz

Die Maßeinheit für die Frequenz ist das Hertz, abgekürzt Hz. 1 Hz entspricht einer Schwingung pro Sekunde. Bei hohen Frequenzen kann es praktisch sein, statt Hz Kilohertz (kHz) zu verwenden. 1 kHz entspricht 1000 Hz.

Amplitude und Schallintensität

Statt der Druckamplitude in Pascal (Pa) wird bei manchen Fragestellungen die Schallintensität angegeben. Die Schallintensität ist die Schallleistung (Leistung = Energie pro Zeiteinheit), die durch eine gegebene Fläche hindurchtritt. Die Schall|15|intensität ist proportional zum Quadrat des Schalldrucks. Die Einheit der Schallintensität ist W/m2 (Watt pro Quadratmeter).

Luftschall und Körperschall

Schall, der sich über die Luft ausbreitet, wird als Luftschall bezeichnet. Schall, der sich über feste Körper ausbreitet (z. B. über den Schädel bei einer auf der Stirn aufgesetzten Stimmgabel oder über Eisenträger in einem Gebäude) wird Körperschall genannt. Die Ausbreitung von Luftschall kann durch geeignete mechanische Hindernisse vermindert werden (geschlossene Türen, Kabinen mit Doppelwänden etc.). Um die Ausbreitung von Körperschall effizient einzuschränken, muss der akustische Übertragungsweg unterbrochen werden.

1.2  Allgemeine Sinnesphysiologie

Sinnesmodalitäten

Der Mensch kann seine Umwelt über verschiedene Sinnesmodalitäten wahrnehmen. Beispiele verschiedener Sinnesmodalitäten sind das Hören, das Sehen oder das Riechen.

Sinnesqualitäten

Innerhalb jeder Sinnesmodalität können verschiedene Sinnesqualitäten wahrgenommen werden. Beim Hören ist dies die Tonhöhe, beim Sehen die Helligkeit und die drei Farben Rot, Blau und Grün.

Adäquater Reiz

Der adäquate Reiz ist diejenige physikalische Reizform, auf die ein Sinnesorgan mit der niedrigsten Schwelle reagiert. Der adäquate Reiz für das Auge ist das Licht, für das Ohr der Schall. Wird ein Sinnesorgan mit einem anderen, nicht adäquaten Reiz stark genug stimuliert (z. B. Schlag auf das Auge = starker mechanischer Reiz), so wird dies subjektiv analog zum adäquaten Reiz wahrgenommen: Man sieht unter Umständen „Sterne“.

Zusammenhang zwischen Reizstärke und Stärke der Empfindung

Je stärker der physikalische Reiz S, desto stärker ist in der Regel die subjektive Empfindung E. Der Zusammenhang ist für viele Sinnesorgane in einem weiten Bereich nicht linear, sondern ungefähr logarithmisch:

E = K · log S (K = Konstante)

Dieser Zusammenhang ist unter dem Namen Weber-Fechner’sches Gesetz bekannt. Seine Auswirkungen auf das menschliche Gehör sind Gegenstand des folgenden Abschnitts.

|16|1.3  Auditive Wahrnehmung und logarithmische Maße

Physikalische Eigenschaften des Schalls und auditive Wahrnehmung

Akustische Signale mit hoher Amplitude werden als laut empfunden, solche mit kleiner Amplitude als leise. Akustische Signale mit niedriger Frequenz werden als tief klingend wahrgenommen, diejenigen mit hoher Frequenz als hoch klingend.

Die objektiv messbare Amplitude entspricht subjektiv der Lautheit. Die objektiv messbare Frequenz entspricht subjektiv der Tonhöhe.

Logarithmische Wahrnehmung

Entsprechend dem Weber-Fechner’schen Gesetz ist sowohl der Zusammenhang für die Lautheit, als auch derjenige für die Tonhöhe mit den entsprechenden physikalischen Eigenschaften des Schalls ungefähr logarithmisch. Die Beispiele in den Zusatzmaterialien veranschaulichen dies.

Frequenzbereich der Wahrnehmung

Junge normalhörende Personen können akustische Signale im Frequenzbereich zwischen ca. 16 und 20 000 Hz wahrnehmen. Im Alter nimmt die Empfindlichkeit vor allem im hohen Frequenzbereich ab.

Oktave

Eine Verdoppelung der Frequenz entspricht einer Oktave. Entsprechend dem Weber-Fechner’schen Gesetz werden nicht gleich große absolute Differenzen in der Frequenz (z. B. 1000 Hz) als gleich großer Schritt in der Tonhöhe empfunden, sondern gleich große Verhältnisse (z. B. Verdoppelung der Frequenz).

Andere Tonabstände in der Musik

Auch andere Tonabstände in der Musik sind logarithmisch geordnet. So entspricht ein Ganztonschritt unabhängig von der absoluten Frequenz einer Frequenzänderung um den Faktor 1,12, eine große Terz einer Änderung um den Faktor 1,26.

(NB: Die Notenskala ist nicht genau logarithmisch: Bei sehr hohen und sehr tiefen Frequenzen, so beispielsweise bei den obersten und untersten Oktaven beim Klavier, müssen die Frequenzabstände etwas größer gewählt werden, als sich rein rechnerisch ergeben würde. Zudem gibt es einzelne Hinweise, dass Musik bei fast allen Kulturen auf logarithmischen Tonskalen basiert, aber nicht bei allen. Der Musik der Nasca Indianer in Peru lag möglicherweise eine lineare Tonskala zugrunde, was für unsere Ohren ausgesprochen seltsam klingt. Tracks 3 |17|und 4 im Zusatzmaterial enthalten Beispiele verschiedener Tonleitern.)

Frequenzunterscheidungsvermögen

Ein normalhörender Mensch kann unter günstigen Bedingungen im mittleren Frequenzbereich Frequenzunterschiede in der Größenordnung von nur 0,2 % noch wahrnehmen, also z. B. den Unterschied zwischen 1000 Hz und 1002 Hz.

Wahrnehmung verschiedener Frequenzkomponenten

Ein akustisches Signal kann aus mehreren Komponenten bestehen, die sich in ihrer Frequenz unterscheiden. Das Gehör ist in der Lage, solche komplexen akustischen Signale aufgrund ihrer Frequenzkomponenten sehr detailliert zu analysieren. (Die vergleichbare Frequenzanalyse für die Farbkomponenten des Lichts durch das menschliche Auge ist übrigens sehr viel weniger detailliert).

Ton, Klang, Geräusch

Aufgrund dieser Frequenzanalyse können drei Kategorien von akustischen Signalen unterschieden werden: Ton, Klang und Geräusch.

Ton

Der Ton, auch „reiner Ton“ oder „Sinuston“ genannt, enthält nur eine einzige Frequenzkomponente. Im Zeitbereich (d. h. in der grafischen Darstellung der Amplitude als Funktion der Zeit; s. Abb. 1-3a) entspricht der Ton einer Sinusfunktion, die Darstellung im Frequenzbereich (Amplitude als Funktion der Frequenz; s. Abb. 1-3b) zeigt nur eine einzige Frequenzkomponente. Viele Menschen empfinden reine Töne als schneidend und eher unangenehm. Track 5 „Töne und Klänge“ im Online-Zusatzmaterial enthält Sinustöne verschiedener Frequenzen.

Abbildung 1-3:  Ton im Zeit- (a) und Frequenzbereich (b)

Klang

Ein Klang besteht aus mehreren Komponenten, deren Frequenz jeweils ganzzahligen Vielfachen der niedrigsten Frequenz, der sogenannten Grundfrequenz, entspricht. Die Komponente mit der doppelten Grundfrequenz wird als zweite Harmonische oder erste Oberwelle, die Komponente mit der dreifachen Grundfrequenz als dritte Harmonische oder zweite Oberwelle |18|bezeichnet usw. Verschiedene Klänge unterscheiden sich durch die relative Amplitude der einzelnen Komponenten. Einzelne Komponenten können dabei auch ganz fehlen (beim Rechteckklang in Abbildung 1-4a fehlen beispielsweise alle geradzahligen Harmonischen). Entsprechend können die Kurvenformen im Zeitbereich sehr unterschiedlich aussehen, bleiben aber immer periodisch. Beinahe alle Musikinstrumente erzeugen Klänge. An der unterschiedlichen Verteilung der Harmonischen lassen sich die verschiedenen Instrumente erkennen. Tracks 6, 7 und 8 im Online-Zusatzmaterial enthalten verschiedene Klänge und den Vergleich mit Tönen.

Abbildung 1-4:  Beispiel eines Klangs im Zeit- (a) und Frequenzbereich (b)

Geräusch

Geräusche weisen im Zeitbereich unregelmäßige, sich nicht wiederholende Amplitudenverläufe auf. Abbildung 1-5 zeigt ein Beispiel: Geräusche können zeitlich begrenzt (z. B. zufallende Tür, Klatschen) oder unbegrenzt sein (z. B. Wasserrauschen). Das Frequenzspektrum ist in beiden Fällen kontinuierlich, also im Gegensatz zu Tönen und Klängen nicht auf einzelne Frequenzlinien beschränkt.

Abbildung 1-5:  Beispiel eines Geräuschs im Zeit- (a) und Frequenzbereich (b)

Dezibel (dB)

Der Pegel von Schallsignalen wird üblicherweise in Dezibel (dB) angegeben. Streng genommen handelt es sich dabei nicht um eine Einheit, sondern um ein Verhältnismaß.

|19|dB: einige Eigenschaften

Das dB ist ein relatives Maß. Ähnlich wie bei einer Prozentangabe muss wenigstens implizit der Bezugswert, auf den sich die Angabe bezieht, bekannt sein.

Das dB ist zudem ein logarithmisches Maß. Gleich große Pegeländerungen (z. B. von 20 dB) bedeuten nicht etwa gleich große absolute Änderungen der Druckamplitude, sondern gleich große Verhältnisse, also beispielsweise bei 20 dB eine Amplitudenänderung um den Faktor 10.

Beispiel 1: Amplitude 0,001 Pa um 20 dB erhöht = 0,01 Pa

Beispiel 2: Amplitude 1 Pa um 20 dB erhöht = 10 Pa

Definition und Berechnung

Es existieren zwei gleichwertige Formeln zur Berechnung des Pegels in dB: Die eine, falls die Signalamplitude A bekannt ist, die andere falls die Leistung P oder Intensität des Signals bekannt ist:

L = 20 · log10 (A/A0) oder

L = 10 · log10 (P/P0)

L = Pegel in dB

log10 = Logarithmus zur Basis 10

A = Amplitude des betrachteten Signals

A0 = Amplitude des Bezugssignals

P = Leistung oder Intensität des betrachteten Signals

P0 = Leistung oder Intensität des Bezugssignals

Pegel in dB, Schallamplitude und Schallleistung

Wendet man diese Formeln auf verschiedene Verhältnisse zwischen dem betrachteten Signal und dem Referenzsignal an, ergibt sich die Aufstellung in Tabelle 1-2.

Die Amplituden- und Leistungsverhältnisse nehmen für große Pegeldifferenzen sehr stark zu. 0 dB bedeutet nicht etwa, dass kein Signal da ist; die Amplitude ist in diesem Fall einfach gleich groß wie diejenige des Bezugssignals. Negative Werte in dB bezeichnen Pegel, die kleiner sind als das Bezugssignal.

Intensitätsunterschiedsschwelle

Der kleinste gerade noch wahrnehmbare Intensitätsunterschied wird Intensitätsunterschiedsschwelle genannt. Sie ist abhängig vom absoluten Pegel des Signals (vgl. Tab. 8-1). Sie beträgt beim Menschen rund 1 dB, was anhand der Beispiele auf Track 9 bis 11 im Online-Zusatzmaterial nachvollzogen werden kann.

|20|Pegel und Lautheit

Mit einer Pegelangabe wird die objektiv messbare Amplitude oder Intensität eines Signals beschrieben. Die Lautheit bezeichnet dagegen die durch das akustische Signal ausgelöste subjektive Empfindung. Wie die Tonhöhenwahrnehmung ist auch die menschliche Lautheitsempfindung in etwa logarithmisch, was aufgrund des Weber-Fechner’schen Gesetzes nicht überrascht. Tracks 9 bis 12 im Online-Zusatzmaterial enthalten Beispiele für lineare und logarithmische Abstufungen der Schallamplitude. Nur die logarithmische Abstufung wird als gleichmäßig empfunden. Bei linearer Abstufung erscheinen die Schrittgrößen subjektiv bei höheren Pegeln zu klein, bei niedrigen Pegeln hingegen zu groß.

Tabelle 1-2:  Amplituden- und Leistungsverhältnisse zweier Signale für einige Pegeldifferenzen

Pegeldifferenz (dB)

Amplitudenverhältnis

Leistungs- oder Intensitätsverhältnis

–40 dB

–20 dB

0 dB

20 dB

40 dB

60 dB

80 dB

100 dB

120 dB

0,01

0,1

1

10

100

1000

10 000

100 000

1 000 000

0,0001

0,01

1

100

10 000

1 000 000

100 000 000

10 000 000 000

1 000 000 000 000

Bedeutung 10 dB

Ein um 10 dB höherer Signalpegel bedeutet:

einen Zuwachs um den Faktor 10 in der Schallleistung oder Schallintensität

einen Zuwachs um den Faktor von ca. 3 in der Druckamplitude

einen Zuwachs nur um etwa den Faktor 2 in der subjektiv wahrgenommenen Lautheit!

Rechnen mit Logarithmen

Ein großer Vorteil der dB-Skala ist, dass Multiplikationen der Übertragungswerte, wie sie beim Hintereinanderschalten mehrerer Einheiten (z. B. Mikrofon – Verstärker 1 – Verstärker 2 – Lautsprecher) auftreten, durch Additionen ersetzt werden können. Dadurch wurden Berechnungen vor allem im Zeitalter vor |21|der Verfügbarkeit erschwinglicher Taschenrechner vereinfacht. Ein Beispiel für ein dreistufiges System (die beiden Zahlenkolonnen entsprechen sich und sind gleichwertig):

1. Stufe (Verstärkung):

× 100

+ 40 dB

2. Stufe (Verstärkung):

× 2,5

+ 8 dB

3. Stufe (Dämpfung):

× 0,1 (= : 10)

– 20 dB

Gesamtverstärkung:

× 25

+ 28dB

Bezugswerte für Pegelangaben in dB

In der Audiologie werden vor allem drei verschiedene Bezugswerte verwendet:

Der absolute Schalldruck Po = 2 · 10–5 N/m2 = 20 µPa

Angaben in dB mit diesem physikalischen Bezugswert werden mit der zusätzlichen Angabe SPL (für Sound Pressure Level) gekennzeichnet (z. B. 65 dB SPL).

Die Hörschwelle junger, normalhörender Probanden

Angaben in dB mit diesem physiologischem Bezugswert werden zuweilen mit der Angabe HL (für Hearing Level) gekennzeichnet. Dies ist der häufigste Bezugswert in der Audiologie und die Präzisierung HL wird oft weggelassen.

Die Hörschwelle des untersuchten Ohrs

Die Angabe bezieht sich auf die jeweilige, individuelle Hörschwelle und wird mit dem Zusatz SL (für Sensation Level) bezeichnet.

Pegelangaben in dB HL ist nur für tonale Stimuli definiert. Für nicht tonale Stimuli, wie sie beispielsweise bei der Ableitung auditorisch evozierter Potenziale verwendet werden, werden Angaben in dB nHL (für normal Hearing Level oder normalized Hearing Level) verwendet. Sie beziehen sich aber, wie Angaben in dB HL, ebenfalls auf die Hörschwellen normalhörender Erwachsener.

Korrekturfaktoren SPL/HL

Da das menschliche Ohr in einem mittleren Frequenzbereich um 1000 bis 4000 Hz am empfindlichsten ist und die Empfindlichkeit zu höheren und tieferen Frequenzen hin abnimmt, ergibt sich ein frequenzabhängiger Unterschied zwischen Pegelangaben in dB SPL und dB HL gemäß Tabelle 1-3.

Beispiel 1

An einem Ohr mit einer leichtgradigen Schwerhörigkeit sei die Hörschwelle bei 2000 Hz um 35 dB schlechter als bei einem normal hörenden Ohr. Über ein Audiometer wird bei 2000 Hz |22|ein Ton von 55 dB angeboten. Ohne weitere Präzisierung sind in der Audiologie damit 55 dB HL gemeint. Aufgrund der um 35 dB erhöhten Hörschwelle kann der Schallpegel für dieses Ohr auch mit 55 dB – 35 dB = 20 dB SL angegeben werden.

Tabelle 1-3:  Differenz zwischen Angaben in dB HL und dB SPL (freies Schallfeld; Schalleinfall von vorne, nach ISO 389-7)

Frequenz

Differenz dB SPL – dB HL

125 Hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

8000 Hz

–22,0 dB

–11,0 dB

–4,0 dB

–2,0 dB

+ 1,5 dB

+ 6,5 dB

–11,5 dB

Beispiel 2

Eine Person stehe in einem hallfreien Raum vor einem Lautsprecher, aus dem schmalbandige Signale mit einer Mittenfrequenz von abwechslungsweise 250 Hz und 4000 Hz abgestrahlt werden. Der Schallpegel beträgt für beide Signale 60 dB SPL. Trotzdem werden die beiden Signalanteile subjektiv nicht als gleich laut empfunden: Der Pegel entspricht bei 250 Hz: 60 dB – 11,0 dB = 49 dB HL, bei 4000 Hz hingegen: 60 dB + 6,5 dB = 66,5 dB (Korrekturwerte aus Tabelle 1-3).

Lautstärke und Phon

Zuweilen werden Lautstärkeangaben mit der Einheit Phon verwendet. Definitionsgemäß entspricht die Lautstärke eines Sinustones von 1000 Hz in Phon gerade dessen Schalldruckpegel in dB SPL. Bei allen anderen Frequenzen entspricht die Lautstärke in Phon dem Pegel eines von Normalhörenden als gleich laut empfundenen Tones bei 1000 Hz in dB SPL. Da das Ohr etwa im Bereich 1000 bis 4000 Hz am empfindlichsten ist, sind für bei den meisten anderen Frequenzen höhere Pegel in dB SPL nötig, um die gleiche Lautstärke in Phon zu erreichen wie bei 1000 Hz.

Hörfeld

Das Hörfeld ist eine grafische Darstellung des für normalhörende Menschen wahrnehmbaren Bereichs akustischer Signale. Es ist der Bereich zwischen der tiefsten und der höchsten wahrnehmbaren Frequenzen auf der x-Achse einerseits und den physikalischen Schalldruckpegeln zwischen der Hörschwelle und der Schmerzschwelle, die bei rund 120 Phon liegt, auf der |23|y-Achse. Die Abbildung 1-6 zeigt eine grafische Darstellung des Hörfelds mit einigen Kurven gleicher Lautstärke, den sogenannten Isophonen.

Abbildung 1-6:  Hörfeld und einige Isophonen (nach ISO 226–2003, freies Schallfeld)

Aus Abbildung 1-6 ist ersichtlich, dass das menschliche Ohr bei leisen Tönen in der Nähe der Hörschwelle im mittleren Frequenzbereich um 1000 bis 4000 Hz am empfindlichsten ist. Für höhere Schallpegel verlaufen die Kurven gleicher Lautheitswahrnehmung zunehmend flacher.

A-bewerteter Pegel (dB A)

Die Verwendung des Bezugs „dB HL“ ist nur für sogenannte schmalbandige Signale sinnvoll, also Signale, deren Schallenergie auf einen schmalen Frequenzbereich begrenzt ist. Viele alltägliche akustische Signale sind breitbandig. Um den Pegel solcher komplexer, breitbandiger Signale dem menschlichen Hörvermögen entsprechend zu gewichten, werden häufig sogenannte A-bewertete Schalldruckpegel verwendet. Dabei werden vor der Pegelmessung in dB SPL die spektralen Komponenten des Signals (ungefähr) entsprechend ihrem Beitrag zum Höreindruck beim Normalhörenden gewichtet. Der Frequenzgang des A-Filters ist in Abbildung 1-7 dargestellt. Sie entspricht in etwa der Umkehrung der Hörschwellenkurve in Abbildung 1-6. Bei der Angabe von A-bewerteten Schalldruckpegeln wird meist |24|die Einheit „dB A“ angegeben. Angaben in „dB A“ werden beispielsweise bei Lärmmessungen häufig verwendet.

Abbildung 1-7:  Bewertungsfilter für die Messung von A-bewerteten Schalldruckpegeln

1.4  Richtungshören

Auflösung und Einflussfaktoren

Normal hörende Personen können die Richtung, aus welcher ein akustisches Signal eintrifft, in günstigen Situationen sehr genau bestimmen. So kann noch ein Unterschied von rund 1° bis 3° festgestellt werden, wenn sich die Schallquelle horizontal vor dem Zuhörer bewegt. Etwas schlechter ist die Schalllokalisation, wenn der Schall von der Seite einfällt oder wenn statt der horizontalen Poistion die die vertikale Position (Höhe) verändert wird. Doch auch solche Positionsunterschiede können durchaus wahrgenommen werden. Die Schalllokalisation hängt zudem von der Frequenz des akustischen Signals ab, das geortet werden soll, bzw. von dessen Spektrum.

Mechanismen der Schallortung

Es gibt mindestens 3 Mechanismen, welche wesentlich zur Schallortung beitragen:

die interaurale Pegeldifferenz

die interaurale Laufzeitdifferenz und

die richtungsbestimmenden Bänder, auch Blauertsche Bänder genannt

|25|Interaurale Pegeldifferenz

Der Pegel eines akustischen Signals ist bei seitlichem Schalleinfall am näherliegenden Ohr höher als am Gegenohr. Hier spielt der akustische Kopfschatten eine entscheidende Rolle. Die Wirkung dieses akustischen Schattens hängt einerseits vom Einfallswinkel des Schalls ab, anderseits von dessen Wellenlänge, wie dies Abbildung 1-8 zeigt. Ist die Wellenlänge deutlich kleiner als der Durchmesser des Kopfes, was bei tiefen Frequenzen der Fall ist, so sind die Pegelunterschiede klein. Darum können Schallquellen anhand der Pegeldifferenz erst ab Frequenzen von etwa 2–3 kHz gut lokalisiert werden.

Abbildung 1-8:  Einfluss des Einfallswinkels und der Frequenz auf die interaurale Pegeldifferenz (vereinfacht nach Hartmann 1999)

Interaurale Laufzeitdifferenz

Trifft ein akustisches Signal aus einer Richtung außerhalb der Medianebene ein, so zeigt sich neben dem Pegelunterschied zusätzlich eine Laufzeitdifferenz zwischen den Signalen an beiden Ohren. Diese Laufzeitdifferenz wird umso grösser, je weiter seitlich die Schallquelle liegt und trägt ebenfalls zur Schallokalisation bei. Der maximale Laufzeitunterschied bei seitlichen Einfall beträgt rund 0.63 ms. Bei tieferen Frequenzen bis etwa 1.5 kHz kann aus dem Phasenunterschied eindeutig auf den Unterschied in der Laufzeit und somit auf den Einfallswinkel geschlossen werden. Wie Abbildung 1-8 oben zeigt, ist dieser Zusammenhang bei höheren Frequenzen aber nicht mehr eindeutig: Die gleiche Phasenverschiebung ergibt sich auch, wenn man eine ganze Wellenlänge dazu- oder abzählt, was mehreren verschiedenen Einfallsrichtungen entsprechen könnte. Die Schallortung ist darum bei höheren Frequenzen nicht mehr nur anhand der Phasendifferenz möglich.

|26|Richtungsbestimmende Bänder oder Blauertsche Bänder

Fällt Schall direkt von vorne, von oben oder von hinten ein, so sind sowohl die interauralen Pegeldifferenzen als auch die Laufzeitdifferenzen gleich null. Dennoch können wir hören, woher der Schall kommt und dies sogar auch mit nur einem Ohr. Je nach Einfallsrichtung werden die Signalanteile in bestimmte Frequenzbereiche lauter, andere leiser. Man nennt sie die richtungsbestimmenden Bänder oder, nach ihrem Entdecker, auch die Blauertschen Bänder. Abbildung 1-10 zeigt, dass beispielsweise Signalanteile um 7000 Hz bei einem Schalleinfall von oben besonders hervorgehoben werden, um 12 500 Hz vor allem solche von vorne. Aus diesen Mustern kann auf die Einfallsrichtung geschlossen werden.

Abbildung 1-9:  Phasenunterschiede zwischen beiden Ohren sind nur bei tiefen Frequenzen (unteres Signal) eindeutig und können zur Lokalisation hinzugezogen werden. Bei Wellenlängen, die kleiner sind als der Kopfdurchmesser (oberes Signal) lässt sich nicht mehr eindeutig auf die Einfallsrichtung schliessen. So haben bei der höheren Frequenz die Signale in der mittleren und der rechts gezeigten Kopfposition an beiden Ohren die gleiche Phase.

Abbildung 1-10:  Einfluss der Einfallsrichtung in der Medianebene auf das Spektrum des Signals (nach Hartmann 1999)

|27|Die Bänder entstehen hauptsächlich durch die richtungsabhängige Veränderung des Schalls durch die Ohrmuschel. Da die Ohrmuschel klein ist, sind die Effekte auch nur bei kleinen Wellenlängen, also bei höheren Frequenzen vornehmlich über rund 5000 Hz wesentlich, wie Abbildung 1-10 zeigt.

Schallortung bei verschiedenen Frequenzen

Somit ist nicht jede dieser drei Lokalisationsmethoden für jede Frequenz gleich wichtig. Bei tieferen Frequenzen bis ca. 1 kHz erfolgt die Ortung v. a. über die Laufzeitdifferenz, bei höheren Frequenzen ab ca. 2–3 kHz mehr über die Pegeldifferenz und die richtungsbestimmenden Bänder. Im Frequenzbereich dazwischen ist die Schallortung auch möglich, aber weniger präzise.

|29|2  Anatomie und Physiologie des Ohrs

Anatomische Gliederung des Ohrs

Beim menschlichen Ohr werden drei Abschnitte unterschieden: das äußere Ohr, das Mittelohr und das Innenohr. Jeder Teil hat spezifische Funktionen im Rahmen des Hörvorgangs. Abbildung 2-1 zeigt ein Ohr schematisch. Neben dem Ohr sind noch weitere anatomische Strukturen (Hörnerv, Hörbahn, Hörrinde) am Hörvorgang beteiligt. Sie sorgen für die Weiterleitung und Verarbeitung des aufgenommenen Signals.

Abbildung 2-1:  Schematische Darstellung eines menschlichen Ohrs

Grenzen zwischen den Abschnitten

Das Trommelfell bildet die Grenze zwischen äußerem Ohr und Mittelohr; das ovale Fenster diejenige zwischen Mittel- und Innenohr. Im Folgenden werden die drei Abschnitte des Ohrs separat behandelt.

|30|2.1  Äußeres Ohr

Gliederung des äußeren Ohrs

Das äußere Ohr besteht aus der Ohrmuschel und dem äußeren Gehörgang.

Ohrmuschel

Die Ohrmuschel enthält elastischen Knorpel, Fett und Bindegewebe. Ihre prominentesten Strukturen: Helix, Anthelix, Concha, Tragus, Antitragus und Ohrläppchen (Lobulus auriculae), sind in Abbildung 2-2 dargestellt.

Abbildung 2-2:  Einige Strukturen der Ohrmuschel

Funktion der Ohrmuschel

Die Ohrmuschel bündelt den Schall. Aufgrund der Struktur der Ohrmuschel erreicht der Schall den äußeren Gehörgang auf mehreren Wegen mit leicht unterschiedlichen Laufzeiten. Dadurch wird die Signalamplitude in einigen Frequenzbereichen etwas verstärkt, in anderen abgeschwächt. Die zeitlichen Unterschiede hängen von der Einfallsrichtung des Schalls ab. Auf diese Weise unterstützt die Ohrmuschel (zusammen mit der leichten Abschattung des von hinten einfallenden Schalls) das Richtungshören.

Wachstum

Im Gegensatz zu den meisten anderen Teilen des menschlichen Körpers wächst die Ohrmuschel lebenslang, wenn auch im Erwachsenenalter langsam. In der Folge haben ältere Menschen im Durchschnitt größere Ohren als jüngere.

Einige mögliche pathologische (= krankhafte) Veränderungen des äußeren Ohrs

Die Ohrmuschel kann unvollständig ausgebildet sein und ist dann meist deutlich kleiner als beim normal ausgebildeten Ohr (Mikrotie). Eine solche Missbildung alleine ist für das Gehör ohne wesentliche Bedeutung. Sie kann aber mit einer Gehörgangsatresie (nicht angelegter Gehörgang) einhergehen. In diesem Fall resultiert eine erhebliche Schallleitungsschwerhörigkeit (s. Kapitel 4). Im äußeren Gehörgang können auch Ent|31|zündungen auftreten (Otitis externa). Ferner kann er vollständig durch Ohrschmalz (Zeruminalpfropf, Cerumen obturans) oder durch Fremdkörper verschlossen sein.

2.2  Mittelohr

Aufbau des Mittelohrs

Das Mittelohr ist eine kleine, normalerweise luftgefüllte Höhle im Felsenbein, die drei kleine Gehörknöchelchen enthält. Zudem enthält es zwei kleine Muskeln, den Musculus stapedius und den Musculus tensor tympani, wovon dem Ersteren in der Audiologie eine wesentliche Bedeutung zukommt.

Belüftung des Mittelohrs

Das normale Mittelohr ist die meiste Zeit luftdicht abgeschlossen. Da die Schleimhaut, mit der es ausgekleidet ist, Luft resorbiert, würde ohne regelmäßige Luftzufuhr sehr bald ein Unterdruck entstehen. Beim Schlucken und Gähnen öffnet sich kurzzeitig die Eustach’sche Röhre (lat.: Tuba auditiva; s. Abb. 2-1) und sorgt so für einen regelmäßigen Druckausgleich. Auch beim Valsalva-Manöver (= Luft gegen geschlossene Nase pressen) gelangt Luft in das Mittelohr.

Gehörknöchelchen

Im Mittelohr befinden sich drei Gehörknöchelchen (lat.: Ossicula). Sie sind untereinander gelenkig verbunden und leiten den Schall vom Trommelfell über das ovale Fenster ans Innenohr weiter. In ihrer Reihenfolge von außen nach innen heißen die Gehörknöchelchen Malleus (Hammer), Incus (Amboss) und Stapes (Steigbügel). Die Gehörknöchelchen sind sehr klein: Der Steigbügel ist nur etwa 3 mm groß.

Funktion des Mittelohrs

Das Mittelohr dient in erster Linie der Anpassung der akustischen Impedanz (= Verhältnis von Druckamplitude zu Bewegungsamplitude der Schallwelle) vom äußeren Ohr zum Innenohr. Durch diese Anpassung wird die Effizienz der Schallübertragung vom akustisch weichen Medium Luft (niedrige akustische Impedanz) zum akustisch harten Innenohr (hohe Impedanz) wesentlich gesteigert: Der Druck auf das ovale Fenster wird etwa um das 22-Fache erhöht.

Musculus stapedius

Der Musculus stapedius, üblicherweise abgekürzt als M. stapedius ist ein kleiner Muskel, der am Steigbügel ansetzt, normalerweise entspannt ist und in diesem Zustand keinen wesentlichen Einfluss auf das Hörvermögen hat.

|32|Stapediusreflex

Wird ein akustisches Signal von mehr als ca. 70 bis 100 dB HL angeboten, so zieht sich der M. stapedius mit einer kurzen Verzögerung (Latenz) von ca. 100 ms zusammen. Das Gleiche geschieht beim Sprechen und zwar bereits etwa 100 ms vor dem Einsatz der eigenen Stimme. Durch die Kontraktion des M. stapedius wird die Schallübertragung im Mittelohr vor allem für tieffrequente Signalanteile verschlechtert.

Beidseitige Kontraktion

Die Mm. stapedii beider Ohren kontrahieren sich stets gleichzeitig, also auch bei einseitiger akustischer Stimulation.

Ermüdbarkeit des Stapediusreflexes

Der