Velen zullen het met me eens zijn dat de oorschelp niet het mooiste deel is van het menselijk lichaam. Waarschijnlijk is het dan geruststellend om te lezen dat het in ieder geval een nuttige functie heeft. De oorschelp speelt namelijk een belangrijke rol in het kunnen ‘horen’ uit welke richting geluid komt, ofwel geluidslokalisatie. Dit systeem gebruiken we dagelijks. Als we fietsen in het verkeer horen we de auto’s om ons heen, en kunnen we ze ongezien in de gaten houden en als er weer eens een IKEA-schroefje op de grond valt, horen we waar het ongeveer terecht is gekomen, zodat we gericht met de ogen kunnen gaan zoeken. Het gehoor is dus essentieel in ‘situational awareness‘, wat zoveel betekent als het waarnemen van het wat en waar van de wereld om ons heen.
Horen in 3D
De oorschelp is in feite een schotel die inkomende geluiden kaatst in de richting van de gehoorgang. Het veroorzaakt een reeks korte echo’s bij elk geluid dat we horen. Die echo’s mengen zich met het originele geluid en geven het een specifieke klankkleur. Sommige tonen worden versterkt en andere gedempt. Door de grillige vorm van de oorschelp zijn de echo’s, en dus de klankkleur, specifiek voor elke geluidsrichting. Door ervaring ‘herkent’ het brein de geluidsrichting aan de klankkleur, en lokaliseert het zo de geluidsbron, althans, ten dele. Door de oorschelpakoestiek onderscheidt men namelijk alleen geluid in het verticale vlak: dus onder-versus-boven, en ook voor-versus-achter. Om ook geluid van links en rechts te onderscheiden, gebruikt de mens een tweede systeem dat geluiden in beide oren vergelijkt. Dit zogenaamde ‘binaurale systeem’ gebruikt het gegeven dat één oor zich dichter bij de geluidsbron bevindt dan het andere en daardoor het geluid eerder en sterker ontvangt. Het gehoor meet de verschillen in luidheid én vertraging, en vertaalt die vervolgens terug naar aantal graden links of rechts. Combineer tot slot de twee lokalisatiesystemen en, voilá, men lokaliseert in alle richtingen: links, rechts, boven, onder, voor en achter. In populaire termen hoort men dan in 3D. (notabene: andere factoren die meespelen, zoals hoofdbewegingen en nagalm, zijn hier voor de sake-of-simplicity even genegeerd).
Radar
Richting horen geeft de mens een volledig ‘surround’ gehoorveld, in tegenstelling tot het gezichtsvermogen dat maar een klein gedeelte van wereld ziet. Vergelijk het met een schip: het gehoor is als het ware een radar die de hele omgeving afscant en van elke detectie alleen oppervlakkige informatie doorkrijgt, het formaat van het object bijvoorbeeld. Als de schipper meer wil weten zal hij de verrekijker moeten pakken om de zaken in detail te bekijken. Dat is in feite ook hoe ogen en oren samenwerken om de dagelijkse omgeving continu waar te nemen.
Interessant is om te zien hoe de evolutie hier kiest of deelt. Geluidslokalisatie is een minder robuust systeem (het maakt nog wel eens een foutje), maar het gehoor neemt wel waar in alle richtingen tegelijk. Het gezichtsvermogen is daarentegen heel precies en robuust, maar ziet maar een klein deel van de omgeving. Het gezichtsvermogen is gefocust, het gehoor juist niet. Een scherpschutter versus een autobom, zeg maar.
Evolutionair ontwerp
Theoretisch kan het allemaal heel anders, maar evolutionair gezien lijkt een gehoor met twee oren (met soortgelijk midden- en binnenoor) zichzelf uit te selecteren. Binauraal horen is dus wijd verbreid, maar de oorschelpen daarentegen lijken minder populair. Die is vooral te vinden bij primaten daarbuiten bar weinig. Het is een interessante wetenschappelijk vraag waarom de oorschelp na zoveel miljoenen jaren van selectie het toch heeft gewonnen als ontwerp. Het systeem is namelijk foutgevoelig en absoluut niet fullproof.
Om de bovengenoemde klankkleur te kunnen herkennen heb je geluiden nodig die breedbandig zijn. Geluiden die dus veel verschillende tonen tegelijkertijd bevatten, zoals ruisgeluiden of klikachtige geluiden. Wil het brein kunnen herkennen welke tonen ten opzichte van elkaar versterkt en verzwakt zijn dan moeten die tonen wel aanwezig zijn in het geluid. Om met de oorschelp nauwkeurig (verticaal) te kunnen lokaliseren, moet het geluid wel geschikt zijn.
Het menselijke brein lijkt op allerlei manieren te compenseren voor de fouten van lokalisatie met oorschelp. Dat gebeurt waarschijnlijk met informatie uit voorkennis, hoofdbewegingen, nagalm en visuele informatie, maar het blijft behelpen. Zeker als de foutgevoeligheid vergeleken wordt met het zeer robuuste (binaurale) systeem voor de ‘horizontaal’ horen dat maar moeilijk te foppen is. Het roept de vraag op of het niet anders kan.
Een fysicus zou geneigd zijn er een gat bij te boren voor het gehoor. Achter op het hoofd bijvoorbeeld. Het gehoor zou dan kunnen werken als een soort GPS-systeem. Waar drie satelieten genoeg zijn voor plaatsbepaling zouden drie gehoorgangen genoeg moeten zijn om met vergelijkbare triangulatie een geluidsbron te lokaliseren.
Zo’n triangulair systeem zou dan zelfs tonen kunnen lokaliseren in 3D, aan de hand van verschillen in vertraging en luidheid. Boor er eventueel nog een paar gaten bij op andere plaatsen op het hoofd, maak er zodoende een ‘multi-auraal’ systeem van, en het systeem zou nog robuuster zijn. Zonder oorschelpen en voor een willekeurig geluid.
Dr. Paul Hofman is als biofysicus gepromoveerd aan de Radboud Universiteit Nijmegen op een onderzoek naar de rol van de oorschelp bij ‘ruimtelijk horen’.
CC-Foto: David Benbennick
