Mellanörat
Det finns vissa svårigheter att sända ljudenergi från ett glest medium som luft in i ett kompakt medium som vatten. Utan väldigt speciell utrustning kommer ljud skapat i luft att studsa av vattnet som ljus i en spegel. det hela går att plocka ner till en missanpassning av impedanser, och i detta fallet rör det sig om ett förhållande i storleksordningen 4000:1. Betänk hur tillfredsställande det skulle vara att driva en 1 Ohms högtalare med en förstärkare som har 4000 Ohms utgångsimpedans! Det skulle inte bli mycket till rock´n roll.

Ett identiskt problem stod framför designern av mellanörat. Ljudet skickas ut från ett ganska tunt membran, och tanken är att få den ganska svaga energin från dessa vibrationer överförda till den vattenlika vätskan i innerörat. Den tvåfaldiga lösningen i figur 1.5. är ett förslag. De tre småbenen (hammare, städ och stigbygel) bildar en mekanisk länk mellan trumhinnan och ovala fönstret, som är intimt förbundet med vattnet i innerörat. Det första av de tre benen sitter fast i trumhinnan, det tredje, stigbygeln, är egentligen en del av ovala fönstret. där är en hävarmsfunktion i länken med ett förhållande på ungefär 1,3:1 till 3:1. Det betyder att rörelserna i trumhinnan är reducerade med detta förhållande på ovala fönstret i innerörat.

Detta är bara en del av den fascinerade impedansmatchande anordningen.
Ytan på trumhinnan är ungefär 80 mm2 och på ovala fönstret är den bara ca 3 mm2, vilket medför att en kraft på trumhinnan är ökad med ett förhållande 80 / 3 eller ca 27 falt.

I figur 1.5. ser man att verksamheten i mellanörat liknar två kolvar vars ytor har ett förhållande 27:1 och är förbundna med en hävarm med förhållandet 1.3:1 till 3:1, vilket ger en total mekanisk kraftökning på mellan 35 och 80 gånger. Det akustiska impedansförhållandet mellan luft och vatten är i storleksordningen 4000:1, tryckförhållandet man behöver för att matcha dessa två media skulle vara roten av 4000 eller ca 63:1. Vi noterar att detta faller inom de 35 till 80 gånger som blir av mekaniken, illustrerad i figuren nedan Problemet med impedans matchning mellan luftburet ljud och ljud i vattenliknande vätska är elegant löst av mekaniken i mellanörat. Beviset att impedansanpassningen plus resonansförstärkningen i figur 1.4. fungerar är att en rörelse i membranet av molekylär dimension anger hörbarhetsgränsen.

Figur 1.5

Copyright © 1996 Helmer Malmquist
Senast ändrad den 2 Oktober 1997