ACOUSTICS
HUMAN HEARING, CHAPTER 12
Ini merupakan terjemahan dari buku karangan HeinrichKuttruff
2010
Disusun oleh Rukmini dwi astuti M0207056 MIPA/fisika
Chapter 12
Human hearing
Ketertarikan kita pada akustik itu utamanya karena kemampuan kita mendengarkan bunyi secara langsung tanpa menggunakan peralatan bantu. Fungsi auditor kita mempunyai sesitivitas yang mengagumkan. Lebih sensitive lagi bisa mendengarkan molekul udara yang bergetar diatas gendang telinga kita yang mana bisa digunakan untuk kegunaan lain. Point penting yang lain adalah luasnya jangkauan dan tingkat kekerasan yang mana dapat diproses oleh pendengaran kita, kalau dibandingkan oleh jangkauan mata kita itu terbatas yaitu 1:2 oktav, perbedaan mencolok jangkauan frekuensi yang bisa didengar 16 Hz sampai lebih dari 20.000 Hz. Fenomena yang sesuai adalah jangkauan yang luas dari intensitas bunyi itu bisa diproses oleh pendengaran kita tanpa swiching yang lain diantara jangkauan yang berbeda. Selanjutnya pendengaran kita dapat mendeteksi perbedaan kecil dalam pitch dan timber. Ini merupakan konstruksi mekanik organ pendengaran kita oleh property nonlinier yang dimiliki dan dengan cara yang komplikatif, otak kita memproses implus syaraf elektrik masuk, yang mana sinyal akustik dikonversikan/dikumpulkan oleh telinga bagian dalam.
Pendengaran dalam sistem auditori dengan pengindraan visual itu bisa disebutkan bahwa jangkauan yang sangat luas dari presepsi auditori keseluruh arah yang kontras kemembran/bidang dari vision. Tidak hanyak otak secara relatif dapat menerima secara terbatas, tetapi kemampuan auditori juga. Pendengaran kita dapat mendengarkan dari akurasi yang lebih tinggi dari mana arah suara datang, jika hanya ada satu sumber bunyi. Lebih sulit, jika mendengarkan sumber bunyi yang berbeda dan sumber bunyi yang didistribusikan secara luas. Ini karena hanya ada 2 sensor akustik yang kita miliki kecil dibanding panjang gelombang. Secara kontras mata (pupil dan retina) bisa mengumpulkan banyak panjang gelombang. Alasan inilah kenapa kita tidak bisa menerima akustik yang benar dari lingkungan kita.
Pitch adalah atribut qualitative dari auditory sensation yang menunjukan tinggi atau rendahnya nada dalam skala musik dan dikondisikan terutama oleh frekuensi dari gelombang suara. Saat ini lazim menggunakan
lambang ~ untuk menggambarkannya. Pitch adalah salah satu di antara empat atribut dari tonal sensation, yang menangkap perbedaan tinggi atau rendahnya nada-nada dalam musik, dan secara mental dan musikal berhubungan dengan frekuensi dari getaran yang membentuk bunyi suara. Batasan pendengaran manusia yang diterima secara umum adalah antara 16-20,000 Hz.
12.1 Anatomy and function of the ear
1. Susunan Telinga
Telinga manusia dapat dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu bagian luar, bagian tengah, dan bagian dalam.
1) Telinga bagian luar
Telinga bagian luar terdiri atas:
Daun telinga, berfungsi untuk menampung getaran.
Saluran telinga luar atau lubang telinga, berfungsi menyalurkan getaran.
Kelenjar minyak, berfungsi menyaring udara yang masuk sebagai pembawa gelombang suara.
Membran timpani atau selaput gendang, berfungsi menerima dan memperbesar getaran suara.
2) Telinga bagian tengah
Telinga bagian tengah terletak di sebelah dalam membran timpani. Fungsi dari telinga bagian tengah adalah untuk meneruskan getaran dari suara telinga bagian luar ke telinga bagian dalam. Pada telinga tengah terdapat saluran, Eustachius dan tiga tulang pendengaran.
Saluran Eustachius, berfungsi untuk mengurangi tekanan udara di telinga tengah sehingga tekanan udara di luar dan di dalam akan sama. Keseimbangan tekanan ini akan menjaga gendang telinga supaya tidak rusak. Saluran ini akan tertutup dalam keadaan biasa, dan akan terbuka jika kita menelan sesuatu.
Tulang pendengaran, berfungsi untuk mengantarkan dan memperbesar getaran ke telinga bagian dalam. Tulang pendengaran ada tiga, yaitu tulang martil, tulang landasan, dan tulang sanggurdi. Tulang-tulang ini menghubungkan gendang telinga dan tingkap jorong.
3) Telinga bagian dalam
Telinga bagian dalam berfungsi mengantarkan getaran suara ke pusat pendengaran oleh urat saraf. Penyusun telinga bagian dalam adalah sebagai berikut.
Tingkap jorong, berfungsi menerima dan menyampaikan getaran.
Koklea/Rumah siput, berfungsi menerima, memperbesar, dan menyampaikan getaran suara ke saraf pendengaran. Di dalam saluran rumah siput terdapat cairan limfe dan terdapat ujung-ujung saraf pendengaran.
Tiga saluran setengah lingkaran, berfungsi sebagai alat untuk mengetahui posisi tubuh dan menjaga keseimbangan.
Proses
Getaran suara yang kita dengar akan ditangkap oleh daun telinga, melalui saluran pendengaran (panjang 2.7 cm, diameter 6-8 mm) kemudian sampai ke gendang telinga (Gendang telinga menciptakan getaran ) yang menyebabkan tiga tulang di telinga tengah maleus, inkus, dan stapes (martil, landasan dan sanggurdi) untuk bergerak mentransmisikan getaran dari gendang memasuki telinga dalam), Ketika jendela oval bergetar, cairan di telinga dalam mengirimkan getaran ke organ pendengaran, disebut koklea. Pusat ini menerjemahkan impuls ke otak suara bisa mengenali.
Pada gambar 12.2 menunjukkan transformasi tekanan pada telinga bagian tengah. Getaran dari gendang telinga masuk ke telinga dalam. Dimana SE merupakan daerah gendang telinga, SF merupakan daerah jendela oval.
Gaya yang bekerja pada gendang telinga adalah FE=SE.Pc. gaya yang bekerja
Telinga manusia dengan rasio SE/SW sekitar 30; bersama dengan lever
effect dari ossicles menghasilkan transformasi tekanan sekitar µ = 60. Oleh faktor yang sama sangat penting untuk proses pendengaran sejak telinga bagian dalam (klokea) terisi cairan dengan impedansi karakteristik (Z‟o) yang melampaui dari udara dalam saluran telinga (Zo). Maka suara tiba dari saluran telinga hampir sempurna dan di refleksikan ke jendela oval. Menurut persamaan (6.19) (dengan v=v‟=o). pada transformasi tekanan, meningkatkan rasio dari tekanan suara dan kecepatan partikel.
Z‟o = (Pw/Vw) = µ2(Pc/vC) ≈ µ2.Zo ………(12.2)
Oleh karena itu telinga tengah meningkat seperti sebuah transformasi listrik, karena adanya kecocokan antara udara disaluran telinga dan cairan di telinga dalam. Selanjutnya tiga tulang telinga bagian tengah melindungi telinga bagian dalam.
Pada gambar 12.3 mengungkap bahwa telinga dalam atau labirin terdiri atas dua bagian, yaitu labirin tulang dan labirin selaput. Dalam labirin tulang terdapat serambi atau vestibulum, saluran gelung atau kanalis semisirkularis, dan rumah siput/koklea. Didalam koklea terdapat koti sebagai tempat pendengaran. Pada gambar 12.3b koklea merupakan saluran spiral yang terbagi atas tiga daerah yaitu, skala vestibuli terletak dibagian dorsal, skala media terletak dibagian tengah, dan skala timpani terletak dibagian ventral. Partisi antara skala vestibuli dengan skala timpani terdiri
dari proyeksi kurus, disebut lamina spiralis dan membrane basilar melekat dipadanya. Di gambar 12.3a pada ujung kiri klokea membrane basilar agak sempit, dan itu menjadi lebih luas ke kanan akhir. Selain itu, relative erat membentang kea rah lateral tetapi tidak terlalu banyak pada arah memanjang. Pada jendela oval ditutupi oleh selaput tipis yang berada di sebelah kiri akhir koklea, dan helikotrema di ujung yang menghubungkan skala timpani dan skala vestibuli. Di dalam mekanik koklea terdiri dari dua saluran digabungkan lateral ke satu sama lain dan diisi cairan yang dapat dianggap hamper mampat. Ketika getaran dari sangurdi ke jendela oval, perbedaan tekanan antara kedua saluran akan terjadi. Mereka menggantikan membrane basilar dari posisi istirahat dan dari jendela oval ke helicotrema membentuk gelombang progresif. Karena masalah situasi geometri dan mekanika amplitudo dari gelombang ini secara local tidak konstan tetapi hasilnya terlihat memaksimumkan posisi yang mana tergantung pada frekuensi. Dengan peningkatan frekuensi maksimum ini bergeser menuju sisi kiri; pada frekuensi tinggi hanya wilayah di sebelah jendela oval akan bergerak. Oleh karena itu telinga bagian dalam melakukan semacam analisis frekuensi spasial.
Gambar 12.4 amplitudo tidak singkrondari membrane basilar ketika tereksitasi dengan tones murni yang frekuensinya bervariansi. Di dalam koklea terdapat organon corti merupakan tempat dari beberapa 20 ribu sel
sensori (sel rambut), disebut sel-sel rambut yang mengubah rangsangan mekanik menjadi sinyal syaraf. Sel-sel rambut tersusun dalam 4 baris (1 baris di dalam, 3 baris di luar). Masing-masing timbul kepermukaan dari filament-filament yang terkoneksi dengan panjang yang berbeda.
Ada istilah „spikes‟ merupkan situasi dimana saat membrane basilar didefleksikan, stereocilia berjalan beberapa deformasi menuju kepembebasan dari impuls-impuls elektrokimia oleh saraf-saraf fibra ke otak.
Aliran/pola dari impuls dikenal dengan istilah potensi aksi adalah dengan tanpa maksud sebagai sesuatu replica dari sinyal bunyi, kemusian akan dikode secara rumit/komplikatif. Masing-masing di sel rambut dikoneksikan dengan beberapa serat syaraf dan masing-masing fiber mempunyai sebuah frekuensi karakteristik yang mana itu akan merespon secara mudah frekuensi itu dihubungkan pada karakteristik frekuenasi terhadap frekuensi yang spasial dianalisis dala koklea. Akhirnya, itu dapat disebut bahwa tidak semua dari 30.000 serat saraf yang dekat akan menyalurkan sinyal dari telinga ke otak tetapi bahwa banyak dari mereka menyampaikan informasi kearah sebaliknya sehingga memberikan semacam umpan balik.
Gambar 12.1 & 12.2
Tranmisi bunyi melewati telinga tengah adalah linier hanya merupakan pendekatan deskripsi dari proses yang sesungguhnya.
Interaksi dari stereocilia dengan membran tektoral adalah non-linier oleh karena itu produk distorsi digerakkan di dalam telinga. koponen spektral tambahan (lihat gambar 2.11) adalah tidak mempresentasikan sinyal bunyi yang asli. Sebuah fenomena terdahulu dari jenis ini adalah tone berbeda ketika sinyal bunyi datang terdiri atas 2 tone pada frekuensi yang berbeda.
12.2 Psychoacoustic pitch
Pada gambar 11.2 kita tahu dengan skala bunyi music yang secara basic terbagi atas konsonan dasar yaitu frekuensi 440 Hz secara internasional.
Gambar 12.5 adalah ilustrasi dari experiment dan hasilnya absciss dari diagram adalah frekuensi dari tone/ordinatnya adalah pitch yang diasosiasikan oleh sebuah garis vertical yang konstan panjang. Pada frekuensi yang relative rendah orang memutuskan untuk meminta pada sebuah tone dengan 2 kali fekuensi dari yang direferensikan adalah 500 Hz. Sekarang untuk mendatangkan pada tone 2 kali setinggi frekuensi harus diaugmentasikan bukan sampai 1000 Hz, tetapi sampai 1140 Hz, dan satu
langkah lagi dari pitch-doubling memimpin kepada sebuah tones dengan frekuensi 5020 Hz.
Hasil analogi diberatkan ketika pendengaran di minta untuk mengindikasi tone dengan setengah pitch dari pada tone dengan direfresensikan. Hasil investigasi dengan sejumlah orang yang di tes dan di rata-rata, argument mereka mengarah pada relasi di antara subjektif pitch dan frekuensi sebagaimana ditampilakan pada gambar 12.5 b.
Gambar 12.b. bagian dari jenis pitch adalah “mell” dan didefinisikan oleh peralatan bahwa frekuensi 125 Hz koresponden terhadap sebuah pitch 125 mel dan masing-masing doubling dari pitch koresponden pada doubling jumlah dari mel.
Meski pitch dari tone tergantung secara primer pada frekuensinya, intensitasnya juga dipengaruhi oleh minor. Pembuktian: tempatkan sebatang garpu tala diatas saluran telinga. Kita akan mendengar tone yang keras. Jika vibrasi garpu tala secara pelan dipindah ketelinga, tone tidak akan hanya melemah tapi pitchnya akan secara perlahan naik. Secara umum, meningkatkan intensitas mengurangi pitch pada frekuensi dibawah 2000 Hz, pada frekuensi yang tinggi, lembar kerja dari pitch adalah reserve sense, yakni pitch dari tone meningkat ketika intensitasnya dinaikkan.
Analogi: pada persepsi visual, sebuah perubahan pada intensitas pencahayaan.
Gambar 11.2 pitch dari tone yang kompleks dengan harmonis overtones trgantung oleh frekuensi dasarnya untuk alasan lain, spectrum fisika di tone tidak mengandung dasarnya (bukan frekuens dasarnya), atau dengan frekuensi dasarnya dan frekuensi yang paling rendah. Secara khusus, telinga bisa mengkontruksi bunyi dasr yang hilang dari jarak mutual frekuensi dari bunyi. Jenis pitch ini disebut „residue‟ atau „virtual pitch‟. Beberapa instrument music memproduksinya pada tones terendah mereka sedang tubuh mereka terlalu kecil, di ukur dalam panjang gelombang. Ini adalh kasusu biola atau bass doble. Tetapi, kita persepsi pitchyang benar yang dihasilkan oleh komponennya. Pada televon, percakapan kita tidak punya kesulitan dalam mengenali pitch dari suara seseorang pria meski dasarnya
volumenya dihasilkan dari spiker sedang dihilangkan karena frekuensi yang dibatasi bandwith dari saluran transmisi.
12.3 Hearing threshold and auditory sensation area
Rentangan frekuensi suara dapat dirasakan oleh pendengaran manusia. Gambar 12.7 menunjukkan ambang kemampuan mendengar seseorang dari mana nada murni. Tingkat tekanan nada sinus hanya terdengar sebagai fungsi dari frekuensi. Dalam pengukuran bunyi bakesy, sebuah sinusoidal dari uji nada dengan cara bertahap meningkat atau menurunkan tingkat tekanan suara dan perlahan meningkatkan frekuensi, biasanya dengan earphone.
Gambar 12.7 ambang pendengaran mulai dari frekuensi rendah jatuh sangat tajam awalnya, lalu tingkat penurunan antara 3 dan 4 Khz kepekaan telinga menjadi maximal seperti yang ditunjukkan dalam kurva, kemudian ambang naik menunjukkan rentang frekuensi pendengaran manusia, kita tahu bahwa frekuensi dibawah 16 Hz disebut infrasonic, asalkan intensitasnya cukup tinggi meskipun dalam kasus ini fluktuasi tekanan bukan dari nada. Demikian juga, intensitas suara dengan frekuensi 30 atau 50 kHz dapat
didengar dengan cara, menetapkan beberapa jenis pitch secara umum. Ambang pendengaran pada frekuensi tinggi menunjukkan perbedaan individual dalam kisaran batas kenaikan frekuensi dalam berbicara. Secara bertahap bergeser ke arah frekuensi yang lebih rendah. Frekuensi dan tekanan tingkat nada murni kita dapat mendengar dan mengkonversi ke sensor pendengaran tanpa menyebabkan bahaya pada organ pendengaran kita.
