Como funciona a audição

Autor: 
Tom Harris
­audição

­Seus ouvidos são órgãos realmente impressionantes: eles captam todos os sons ao seu redor e tra­duzem essa informação para o cérebro. Uma das coisas mais notáveis desse processo é a maneira completamente mecânica com que acontece. Os sentidos de olfato, paladar e visão envolvem reações químicas, mas seu sistema auditivo é baseado somente em movimentos físicos.

Neste artigo, veremos os sistemas mecânicos que possibilitam a audição. Traçaremos o caminho do som, de sua fonte original até o cérebro, para ver como atuam todas as partes do ouvido. Você se surpreenderá com o funcionamento de um dos órgãos mais incríveis do seu corpo.

Para entender como funciona a audição, você precisa entender primeiro o que é um som.

diagrama do ouvido
Diagrama do ouvido cedido pela NASA

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Um objeto produz som quando vibra na matéria. Pode ser algo sólido, como terra; líquido, como água; ou gasoso, como ar. Ouvimos sons ao nosso redor quase todo o tempo.

Quando algo vibra na atmosfera, move as partículas de ar. Estas, por sua vez, movem outras ao redor delas, carregando a vibração pelo ar.

Para ver como isso funciona, vamos analisar um objeto simples de vibração: um sino. Quando um sino é tocado, o metal vibra balançando de um lado para o outro. Ao balançar de um lado, ele empurra as partículas de ar ao seu redor. Estas então colidem com as partículas que estão em sua frente e assim sucessivamente. Isso é chamado compressão.

 

Ao balançar para o outro lado, o sino puxa as partículas de ar. Isso cria uma queda na pressão, que puxa mais partículas ao redor, criando outra queda na pressão num processo contínuo. Essa queda na pressão é chamada rarefação.

Dessa maneira, o objeto vibrante envia uma onda de flutuação de pressão através da atmosfera. Nós ouvimos sons diferentes por causa das variações na freqüência de onda sonora. Uma freqüência de onda mais alta significa, simplesmente, que a flutuação da pressão do ar muda para frente e para trás mais rapidamente. Nós ouvimos isso como um tom mais alto. Quando há poucas flutuações em um período de tempo, o tom é mais baixo. O nível de pressão do ar em cada flutuação, a amplitude das ondas, determina a altura do som.

Captando sons
Vimos na seção anterior que o som viaja pelo ar na forma de vibrações na pressão do ar. Para ouvir sons, seu ouvido precisa fazer três coisas básicas:

  • direcionar as ondas sonoras para dentro da parte auditiva do ouvido
  • sentir as flutuações na pressão do ar
  • traduzir essas flutuações para um sinal elétrico que seu cérebro possa entender

A orelha, parte externa do ouvido, serve para "captar" as ondas sonoras. Seu ouvido externo é virado para frente e tem várias curvas. Essa estrutura ajuda a determinar a direção do som. Um som que vem de cima ou de trás de você vai ricochetear na orelha de uma maneira diferente que um som vindo de baixo ou de frente. Essa reflexão do som altera o padrão da onda sonora. Seu cérebro reconhece padrões distintos e determina se o som está na frente, atrás, acima ou abaixo de você.

diagrama do ouvido
Diagrama do ouvido cedido pela NASA

Seu cérebro determina a posição horizontal de um som pelo acompanhamento das informações que vêm dos dois ouvidos. Se o som vem da esquerda, vai chegar ao seu ouvido esquerdo um pouquinho antes de chegar ao ouvido direito. Também será um pouco mais alto no ouvido esquerdo do que no direito.

Como a orelha é virada para a frente, você ouve sons na sua frente melhor do que atrás. Muitos mamíferos, como os cães, têm orelhas grandes e móveis, que permitem que eles concentrem-se em sons vindos de uma direção específica. As orelhas humanas não são especializadas o suficiente para fazer o mesmo. Elas ficam achatadas contra a cabeça e não têm os músculos necessários para esse tipo de movimento. Mas você pode facilmente incrementar a capacidade de suas orelhas colocando as mãos em forma de concha atrás delas.

O tímpano
Assim que as ondas sonoras entram no canal auditivo, elas vibram a membrana timpânica , comumente chamada de tímpano. O tímpano é um pedaço de pele fina, em forma de cone, com aproximadamente 10 milímetros de largura. Fica entre o canal auditivo e o ouvido médio. O ouvido médio é conectado com a garganta pela tuba auditiva (trompa de Eustáquio). Como o ar atmosférico entra em nosso corpo tanto pelo ouvido externo como pela boca, a pressão do ar nos dois lados do tímpano continua igual. Esse equilíbrio de pressão permite que o tímpano se mova livremente para frente e para trás.

O tímpano é rígido e muito sensível. Mesmo a menor flutuação da pressão do ar vai movê-lo para frente e para trás. Ele é conectado ao músculo tensor timpânico, que constantemente o puxa para dentro. Isso mantém a membrana tensa por inteiro, vibrando quando qualquer parte de sua superfície é tocada pela onda sonora.

anatomia normal do ouvido
Ilustração do ouvido cedida por NIDCD
Anatomia normal do ouvido

Essa pequena camada de pele funciona como o diafragma em um microfone. As compressões e rarefações da onda sonora empurram a membrana para frente e para trás. Ondas sonoras mais altas movem a membrana mais rapidamente e sons mais baixos movem a membrana por uma distância maior.

O tímpano pode servir também para proteger o ouvido interno de exposições prolongadas a ruídos altos e graves. Quando o cérebro recebe um sinal que indica esse tipo de ruído, ocorre um reflexo no tímpano. O músculo tensor timpânico e o músculo estapédio se contraem de repente. Isso puxa o tímpano e os ossos conectados a ele em duas direções diferentes, deixando a membrana mais rígida. Quando isso acontece, o ouvido não capta tanto som na parte mais baixa do espectro auditivo, de maneira que o som é abafado.

Além de proteger seus ouvidos, esse reflexo ajuda você a concentrar sua audição. Ele mascara ruídos de fundo altos e graves para que você possa concentrar-se em sons mais agudos. Entre outras coisas, esse reflexo ajuda você a conversar em um local muito barulhento, como um show de rock. O reflexo também ocorre quando você começa a falar, caso contrário, o som da sua própria voz abafaria os outros sons a sua volta.

O tímpano é o único elemento sensitivo no ouvido. Como veremos a seguir, o resto do ouvido serve apenas para passar adiante a informação coletada pelo tímpano.

Amplificador ósseo
Como vimos na seção anterior, a compressão e rarefação das ondas sonoras movem o tímpano para frente e para trás. Na maioria das vezes, essas mudanças na pressão do ar são extremamente pequenas. Elas não fazem muita força sobre o tímpano, mas o tímpano é tão sensível que, mesmo forças mínimas, o podem mover consideravelmente.

Como veremos na próxima seção, a cóclea, no ouvido interno, conduz o som por um fluido e não pelo ar. Esse fluido tem uma inércia muito mais alta que o ar, isto é, é mais difícil mover (compare empurrar ar e empurrar água). A pequena força sentida no tímpano não é suficiente para mover esse fluido. Antes do som passar para o ouvido interno, a pressão total (força por unidade de área) deve ser amplificada.

Essa é a função dos ossículos, um grupo de ossos muito pequenos no ouvido médio. Os ossículos são, na verdade, os menores ossos em seu corpo. Eles incluem:

  • o malleus, comumente chamado martelo
  • o incus, comumente chamado bigorna
  • o estapédio, comumente chamado estribo

diagrama do ouvido
As ondas sonoras vibram o tímpano, que move o martelo, a bigorna e o estribo

O martelo é conectado ao centro do tímpano, no lado interno. Quando o tímpano vibra, move o martelo de um lado para o outro, como uma alavanca. A outra parte do martelo é conectada à bigorna, que é ligada ao estribo. A outra ponta do estribo, sua placa de apoio, fica encostada na cóclea, na janela oval.

Quando a compressão pela pressão do ar empurra o tímpano, os ossículos se movem, de maneira que a placa do estribo empurra o fluido da cóclea. Quando a rarefação puxa o tímpano, os ossículos se movem de maneira que a placa puxa o fluido. Essencialmente, o estribo age como um pistão, criando ondas no fluido do ouvido interno para representar as flutuações da pressão do ar da onda sonora.

Os ossículos amplificam a força do tímpano de duas maneiras. A amplificação principal vem da diferença de tamanho entre o tímpano e o estribo. O tímpano tem uma área de superfície de aproximadamente 55 milímetros quadrados, enquanto a placa do estribo tem uma área de superfície de 3,2 milímetros quadrados. As ondas sonoras aplicam força em cada milímetro do tímpano e o tímpano transfere toda essa energia para o estribo. Ao concentrar essa energia em uma área menor, a pressão (força por unidade de volume) é muito maior. Para saber mais sobre essa multiplicação hidráulica, veja Como funcionam as máquinas hidráulicas.

A configuração dos ossículos fornece amplificação extra. O martelo é mais longo que a bigorna, formando uma alavanca entre o tímpano e o estribo. O martelo se move numa distância maior e a bigorna se move com força maior (energia = força x distância).

Esse sistema de amplificação é extremamente efetivo. A pressão aplicada sobre o fluido da cóclea é aproximadamente 22 vezes a pressão sentida no tímpano. Essa amplificação da pressão é suficiente para passar as informações do som para o ouvido interno, onde elas são traduzidas em impulsos elétricos para que o cérebro as possa entender.