Was zeigen die Videos?
Die Videos zeigen ein voll funktionsfähiges Holzmodell des Hörvorgangs von der Schallwelle bis zum Innenohr. Zwischen den magnetisch gekoppelten Pendeln, die die Schallwelle darstellen, und den mechanisch gekoppelten Pendeln der Haarzellen des Innenohrs liegen das Mittelohr mit Trommelfell und Gehörknöchelchen. Wenn die Schallwelle durch unterschiedliche Frequenzen angeregt wird, treten in verschiedenen Bereichen des Innenohrs Resonanzen auf.
Bitte bedenken und vermitteln Sie den Schüler*innen, dass jedes Modell seine Grenzen hat, auch wenn es ein Funktionierendes wie dieses ist. Obwohl das Modell der Schallwelle die Ausbreitung bei höherer Luftdichte deutlich aufzeigt, könnten die Schüler*innen immer noch Probleme haben, die Verbindung zwischen der Physik einer Schallwelle und dem Pendelmodell herzustellen. Auch die Pendelkette im Innenohr ist eine Herausforderung. Aus der Anatomie des Innenohrs (durch Membranen getrennte Flüssigkeiten) geht nicht direkt hervor, warum gekoppelte Pendel unterschiedlicher Länge eine funktionelle Analogie darstellen.
Video 1: Schallwelle
Das Video zeigt die Ausbreitung einer Welle in einer Kette von gekoppelten Pendeln, die sich gegenseitig mit Magneten abstoßen. Dies ist ein Modell für die Schallwelle, bei der sich eine Änderung der Luftdichte ausbreitet.
Der zweite Teil des Videos zeigt, dass in einem Vakuum oder in sehr dünner Luft die Bildung einer Schallwelle kaum möglich ist: Die Schwingungen erreichen so das Trommelfell nicht mehr.
Video 2: Mittelohr
Das Video zeigt das Modell der drei Gehörknöchelchen im Mittelohr. Sie können sehen, wie die Pendel der Schallwelle das Trommelfell bewegen. Diese Bewegung wird von den drei beweglich verbundenen Gehörknöchelchen vom Trommelfell auf das Innenohr übertragen.
Im zweiten Teil des Videos sehen Sie noch deutlicher, wie die Gehörknöchelchen Malleus, Incus und Stapes die Erregung übertragen.
Video 3: Innenohr
Dieses Modell zeigt, wie die Bewegung des Trommelfells durch das Mittelohr die Schnur zum Schwingen bringt. In diesem stark vereinfachten Modell stellt die Schnur die Flüssigkeit in der Cochlea dar, und die Bewegungen der Pendel repräsentieren die Verschiebung der Membranen, die die Haarzellen halten. Die Länge der Pendel veranschaulicht die Masse der Flüssigkeit, die an einer bestimmten Stelle in der Cochlea bewegt wird, und die Steifigkeit der Basilarmembran, die sich ebenfalls entlang der Cochlea verändert. In den beiden Teilen des Videos ist zu sehen, dass unterschiedliche Schallfrequenzen an verschiedenen Stellen der Cochlea Resonanzen verursachen.
Video 4: Schallleitungsschwerhörigkeit
Bei einer Mittelohrentzündung werden die Bewegungen der Gehörknöchelchen durch Sekret behindert. Eine verstopfte Eustachische Röhre (im Modell nicht dargestellt) behindert den Abfluss von Flüssigkeit aus dem Mittelohr. Die Mittelohrentzündung wird hier durch Schaumstoffteile simuliert. Sie können beobachten, dass die Ruhigstellung der Gehörknöchelchen die Übertragung von Schallschwingungen auf die Cochlea dämpft oder sogar verhindert.
Video 5: Schallempfindungsschwerhörigkeit
Bei einem sich im Alter entwickelnden fortschreitenden Hörverlust sind in der Regel zuerst die hohen Töne betroffen. Um dies im Modell darzustellen, werden die kürzeren Pendel, die bei höheren Frequenzen mitschwingen, entfernt. Durch diesen Verlust von Haarzellen an der Basis der Cochlea kann die Erregung durch hohe Töne nicht mehr an das Gehirn weitergeleitet werden.
Wissenschaft
- Die Physik des Schalls: https://en.wikipedia.org/wiki/Sound
- Das Mittelohr: https://en.wikipedia.org/wiki/Middle_ear
- Das Innenohr, auch "Cochlea" genannt: https://en.wikipedia.org/wiki/Cochlea
- Bartons Pendel: https://en.wikipedia.org/wiki/Barton%27s_pendulums
- Die Rolle der Basilarmembran: https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/biology/hearing/content-section-3.3
