Eine Gitarrensaite schwingt und setzt die Luft in Bewegung. Die dabei entstehenden Druckschwankungen breiten sich als Schallwellen aus. Dein Ohr nimmt diese auf und wandelt die mechanische Bewegung in elektrische Signale um. Erst die Verarbeitung im Gehirn macht daraus einen bewussten Höreindruck.
Wähle eine Station. Die Nummer im Schaubild wird hervorgehoben; darunter erfährst du, was sich an dieser Stelle verändert.
1 · Ohrmuschel sammelt Schall
Schallwellen sind Druckschwankungen der Luft. Die Ohrmuschel lenkt sie in den Gehörgang und unterstützt durch ihre Form die räumliche Orientierung.
Außenohr · aufnehmen
Ohrmuschel und Gehörgang sammeln und leiten den Schall bis zum Trommelfell.
Mittelohr · übertragen
Die luftgefüllte Paukenhöhle enthält Hammer, Amboss und Steigbügel.
Innenohr · umwandeln
Die Hörschnecke enthält Flüssigkeit und Sinneszellen. Benachbarte Strukturen dienen dem Gleichgewicht.
Auf kleinen Bildschirmen kannst du die Schaubilder bei Bedarf seitlich verschieben.
Warum braucht das Ohr Gehörknöchelchen?
Die Flüssigkeit des Innenohrs lässt sich durch Luftschall allein nur schlecht in Bewegung versetzen. Das Mittelohr hilft beim Übergang: Die Knöchelchenkette wirkt als Hebel, und die Kraft wird vom größeren Trommelfell auf das viel kleinere ovale Fenster übertragen. Dadurch steigt der Druck am Fenster. Es wird dabei keine zusätzliche Energie erzeugt.
Das runde Fenster kann ausweichen, wenn der Steigbügel die Innenohrflüssigkeit in Bewegung setzt. Die Ohrtrompete verbindet das Mittelohr mit dem Nasenrachenraum. Sie ermöglicht Druckausgleich auf beiden Seiten des Trommelfells, etwa beim Schlucken. Sie leitet Schall nicht zum Gehirn.
In der Schnecke sitzen die eigentlichen Hörsinneszellen
Die Hörschnecke heißt auch Cochlea. In ihr liegt auf der Basilarmembran das Corti-Organ mit Haarzellen. Schall löst eine Wanderwelle aus. Dabei bewegen sich Strukturen gegeneinander und biegen die feinen Fortsätze der Haarzellen, die Stereozilien. Diese sind keine Haare wie auf der Haut.
Ausgangslage
Die Sinneshärchen stehen in ihrer Ausgangslage. Zwischen Haarzelle und Nervenzelle besteht eine chemische Synapse. Schon ohne Schall kann eine Grundaktivität vorhanden sein.
Bei Auslenkung in die Gegenrichtung nimmt die erregende Wirkung ab. Innere Haarzellen liefern den größten Teil der Information an Hörnervenfasern. Äußere Haarzellen verändern aktiv ihre Länge und verbessern Empfindlichkeit und Frequenzauflösung. Diese Verstärkung nutzt Energie des Körpers.
Die Haarzelle verändert zunächst ihre Membranspannung und Transmitterfreisetzung. Die weiterleitenden Hörnervenfasern bilden Aktionspotenziale. „Schall wird elektrisch“ fasst mehrere Schritte zusammen.
Tonhöhe und Lautstärke sind verschiedene Eigenschaften
Eigenschaft
Physikalischer Zusammenhang
Biologische Verarbeitung
Tonhöhe
Bei einem reinen Ton: höhere Frequenz → höherer Ton. Frequenz bedeutet Schwingungen pro Sekunde, Einheit Hertz (Hz).
Hohe Frequenzen erregen vor allem den steiferen Bereich nahe der Schneckenbasis; tiefe Frequenzen stärker Bereiche zur Schneckenspitze hin.
Lautstärke
Bei gleichem Ton kann eine größere Druckamplitude einen lauteren Eindruck erzeugen. Amplitude beschreibt die Stärke der Druckschwankung.
Der Eindruck hängt auch von Frequenz, Dauer und Empfindlichkeit des Gehörs ab. Mehr oder anders aktive Nervenfasern tragen zur Kodierung bei.
Verändere im Diagramm jeweils nur eine Größe. Es wird kein Ton abgespielt; das Modell zeigt Druckschwankungen im selben Zeitfenster.
3 Schwingungen im Zeitfenster; Amplitude 35 Modelleinheiten. Vergleiche mehr Schwingungen mit größeren Ausschlägen.
Ein alltäglicher Klang setzt sich aus mehreren Frequenzen zusammen. Deshalb können Klavier und Geige bei gleicher Grundtonhöhe unterschiedlich klingen. Ein Geräusch enthält meist viele unregelmäßig überlagerte Frequenzanteile.
Die gestrichelte Nulllinie steht für den ungestörten Luftdruck. Die Kurve zeigt die Abweichung davon: oberhalb ist die Luft kurzzeitig stärker, unterhalb schwächer zusammengedrückt. Die Amplitude wird von der Nulllinie bis zum höchsten Ausschlag gemessen, nicht vom tiefsten bis zum höchsten Punkt.
Vertiefung: Frequenz aus einem Zeitdiagramm bestimmen
Teile die Zahl vollständiger Schwingungen durch die betrachtete Zeit in Sekunden: f = N / Δt. Beispiel: 3 Schwingungen in 0,006 s ergeben 500 Hz. Im Regler-Modell oben ist keine Zeitdauer in Sekunden festgelegt; seine Zahlen sind deshalb keine Hertz-Angaben.
Richtungshören und Gleichgewicht
Zwei Ohren · eine Richtung abschätzen
Ein seitliches Geräusch trifft ein Ohr etwas früher und oft stärker. Das Gehirn vergleicht Laufzeit und Pegel. Die Form der Ohrmuscheln liefert zusätzliche Hinweise, etwa zur Höhe der Schallquelle.
Gleichgewichtsorgan · Bewegung erfassen
Die drei Bogengänge erfassen Drehbewegungen des Kopfes. Vorhoforgane registrieren lineare Beschleunigung und die Lage im Schwerefeld. Auch hier werden Haarzellen mechanisch beeinflusst.
Hören und Gleichgewicht nutzen benachbarte Teile des Innenohrs, haben aber unterschiedliche Aufgaben. Ein Drehen des Kopfes und ein hoher Ton sind verschiedene Reize und werden in verschiedenen Sinnesstrukturen verarbeitet.
Warum Lärm das Gehör schädigen kann
Sehr starke oder lange Schallbelastung kann Haarzellen und ihre Verbindungen schädigen. Verlorene Haarzellen der menschlichen Hörschnecke werden in der Regel nicht ersetzt. Eine Belastung muss nicht schmerzhaft sein, um zu schaden. Entscheidend sind unter anderem Pegel und Dauer.
Lautstärke und Dauer begrenzen
Musik leiser hören und Hörpausen einplanen. Eine leisere Umgebung erleichtert es, Kopfhörer nicht unnötig laut zu stellen.
Abstand und Schutz nutzen
Abstand zu Lautsprechern vergrößern und bei lauten Veranstaltungen geeigneten Gehörschutz verwenden.
Ein dB-Wert ist kein linearer Lautstärkeregler: +10 dB bedeuten die zehnfache Schallintensität. Das ist nicht gleichbedeutend mit „zehnmal so laut empfunden“. Diese Lernseite ist kein Hörtest.
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Alle 18 Aufgaben mit Lösungen zum Nachlesen
1 · Erkennen und zuordnen
1. Welche Reihenfolge beschreibt den Schallweg bis zum Innenohr?
Das Trommelfell überträgt Luftschwingungen auf die Gehörknöchelchen; der Steigbügel bewegt das ovale Fenster.
2. Was unterscheidet Tonhöhe und Lautstärke bei einem reinen Ton?
Die Frequenz bestimmt die Tonhöhe; eine größere Amplitude erhöht unter gleichen Bedingungen die Lautstärke
Die Amplitude bestimmt allein die Tonhöhe; die Frequenz allein die Lautstärke
Beide hängen ausschließlich von der Dauer des Tons ab
Lösung und Erklärung
Die Frequenz bestimmt die Tonhöhe; eine größere Amplitude erhöht unter gleichen Bedingungen die Lautstärke
Frequenz und Amplitude beschreiben unterschiedliche Eigenschaften einer Schwingung.
3. Welche Struktur wandelt mechanische Reize im Innenohr in elektrische Veränderungen um?
Die Ohrmuschel
Die Luft in der Paukenhöhle
Haarzellen
Lösung und Erklärung
Haarzellen
Die Auslenkung der Sinneshärchen verändert die elektrische Spannung der Haarzellen und ihre Signalübertragung.
4. Welche Verbindung dient dem Druckausgleich im Mittelohr?
Der äußere Gehörgang unmittelbar zur Schneckenflüssigkeit
Die Ohrtrompete zum Nasenrachenraum
Der Hörnerv zum Gehirn
Lösung und Erklärung
Die Ohrtrompete zum Nasenrachenraum
Die Ohrtrompete verbindet die luftgefüllte Paukenhöhle mit dem Nasenrachenraum.
5. Wo werden hohe Frequenzen in der Hörschnecke besonders stark abgebildet?
Nahe der Basis
Ausschließlich an der Spitze
Gleichmäßig an jeder Stelle ohne Ortsunterschied
Lösung und Erklärung
Nahe der Basis
Die Eigenschaften der Basilarmembran unterscheiden sich entlang der Schnecke: hohe Frequenzen nahe der Basis, tiefe näher an der Spitze.
6. Welche Aufgabe haben die Bogengänge?
Antikörper gegen Lärm bilden
Die Tonhöhe im Gehörgang einstellen
Drehbewegungen des Kopfes erfassen
Lösung und Erklärung
Drehbewegungen des Kopfes erfassen
Die Bogengänge gehören zum Gleichgewichtsorgan und erfassen Drehbewegungen.
2 · Anwenden und erklären
1. Zwei Töne haben gleiche Frequenz, aber unterschiedliche Amplituden. Was passt dazu?
Gleiche Amplitude bei unterschiedlicher Schwingungszahl
Gleiche Tonhöhe, unter gleichen Bedingungen unterschiedliche Lautstärke
Unterschiedliche Tonhöhe bei zwingend gleicher Lautstärke
Lösung und Erklärung
Gleiche Tonhöhe, unter gleichen Bedingungen unterschiedliche Lautstärke
Bei unveränderter Frequenz bleibt die Tonhöhe gleich; die Amplitude beschreibt die Stärke der Druckschwankung.
2. Im Diagramm liegen die Ausschläge bei +30 und −30 Einheiten. Wie groß ist die Amplitude?
30 Einheiten
60 Einheiten
0 Einheiten
Lösung und Erklärung
30 Einheiten
Die Amplitude wird von der Ruhelage bis zu einem Extremwert gemessen. 60 Einheiten wären der Abstand zwischen beiden Extremwerten.
3. Ein Modell zeigt vier Schwingungen, nennt aber keine Zeitspanne. Was lässt sich sicher bestimmen?
Eine Frequenz von genau 4 Hertz
Eine Frequenz von genau 400 Hertz
Die Anzahl der gezeichneten Schwingungen, aber keine Frequenz in Hertz
Lösung und Erklärung
Die Anzahl der gezeichneten Schwingungen, aber keine Frequenz in Hertz
Für Hertz braucht man die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Ohne Zeitmaßstab fehlt diese Information.
4. Warum können Klavier und Geige bei gleicher Grundfrequenz verschieden klingen?
Das Gehirn kann nur die Lautstärke, aber keine Klangfarbe unterscheiden
Ihre Obertonanteile und zeitlichen Klangverläufe unterscheiden sich
Die Grundfrequenz muss bei der Geige immer höher sein
Lösung und Erklärung
Ihre Obertonanteile und zeitlichen Klangverläufe unterscheiden sich
Ein Klang enthält mehrere Frequenzanteile. Deren Zusammensetzung und Verlauf prägen die Klangfarbe.
5. Was geschieht bei der Reizumwandlung zuerst?
Die Bewegung der Basilarmembran führt zur Auslenkung der Sinneshärchen
Der Hörnerv erzeugt zuerst eine Luftschwingung im Gehörgang
Ein Aktionspotenzial baut zuerst ein neues Trommelfell auf
Lösung und Erklärung
Die Bewegung der Basilarmembran führt zur Auslenkung der Sinneshärchen
Mechanische Bewegung verändert die Haarzellenaktivität; darauf folgt die Übertragung auf den Hörnerv.
6. Wie helfen zwei Ohren bei der Richtungsbestimmung?
Jedes Ohr erkennt ausschließlich eine einzige Himmelsrichtung
Die Ohrmuscheln verhindern alle Laufzeitunterschiede
Das Gehirn vergleicht unter anderem Ankunftszeiten und Schallpegel
Lösung und Erklärung
Das Gehirn vergleicht unter anderem Ankunftszeiten und Schallpegel
Schall erreicht die Ohren je nach Richtung zu unterschiedlichen Zeiten und mit unterschiedlichen Pegeln.
3 · Prüfen und übertragen
1. Die Gehörknöchelchen erhöhen den Druck am ovalen Fenster. Entsteht dabei zusätzliche Energie?
Ja; die Luft wird dabei in elektrische Energie umgewandelt
Nein; Hebelwirkung und Flächenverhältnis ermöglichen die Übertragung auf die Innenohrflüssigkeit
Ja; die Knöchelchen erzeugen ohne Energiezufuhr beliebig viel Energie
Lösung und Erklärung
Nein; Hebelwirkung und Flächenverhältnis ermöglichen die Übertragung auf die Innenohrflüssigkeit
Die Druckübertragung bedeutet keine Energieerzeugung. Sie erleichtert die Kopplung zwischen Luftschall und Innenohrflüssigkeit.
2. Warum ist eine größere Schwingungsamplitude kein Beleg für eine höhere Tonfrequenz?
Amplitude beschreibt die Auslenkung, Frequenz die Schwingungszahl pro Zeit
Eine größere Amplitude bedeutet immer weniger Schwingungen
Die Frequenz lässt sich ausschließlich an der Farbe der Kurve erkennen
Lösung und Erklärung
Amplitude beschreibt die Auslenkung, Frequenz die Schwingungszahl pro Zeit
Beide Größen können unabhängig verändert werden. Für die Frequenz muss die zeitliche Wiederholung betrachtet werden.
3. Welche Aussage trennt innere und äußere Haarzellen sinnvoll?
Äußere bilden das Trommelfell; innere bilden die Ohrmuschel
Beide erzeugen Schall ausschließlich durch passives Aneinanderreiben
Innere liefern den Großteil der Hörinformation; äußere unterstützen aktiv Empfindlichkeit und Frequenzauflösung
Lösung und Erklärung
Innere liefern den Großteil der Hörinformation; äußere unterstützen aktiv Empfindlichkeit und Frequenzauflösung
Äußere Haarzellen können ihre Länge aktiv verändern. Diese Verstärkung benötigt körpereigene Energie.
4. Warum lässt sich aus fehlendem Schmerz nicht sicher auf ungefährlichen Schall schließen?
Das Innenohr kann geschädigte Haarzellen grundsätzlich sofort ersetzen
Eine schädliche Schallbelastung muss nicht unmittelbar Schmerzen auslösen
Jede Schädigung des Innenohrs wird sofort als starker Schmerz erkannt
Lösung und Erklärung
Eine schädliche Schallbelastung muss nicht unmittelbar Schmerzen auslösen
Für eine mögliche Schädigung sind unter anderem Pegel und Dauer relevant; Schmerz ist kein zuverlässiger Maßstab.
5. Eine Schallquelle liegt direkt vor der Mitte des Kopfes. Welche Information kann bei ähnlichen Laufzeiten zusätzlich helfen?
Die richtungsabhängige Veränderung des Schalls durch die Ohrmuscheln
Eine willentliche Veränderung der Hörnervlänge
Die Umwandlung tiefer Töne in hohe Töne durch das Trommelfell
Lösung und Erklärung
Die richtungsabhängige Veränderung des Schalls durch die Ohrmuscheln
Die Ohrmuscheln beeinflussen das Frequenzmuster je nach Richtung und liefern zusätzliche Hinweise.
6. Welche Aussage über einen um 10 dB höheren Schallpegel ist fachlich angemessen?
Er bedeutet in jedem Fall zehnmal höhere Tonfrequenz
Er bedeutet immer genau zehnfach empfundene Lautstärke
Er entspricht der zehnfachen Schallintensität, aber nicht automatisch zehnfach empfundener Lautstärke
Lösung und Erklärung
Er entspricht der zehnfachen Schallintensität, aber nicht automatisch zehnfach empfundener Lautstärke
Die Dezibelskala beschreibt Pegelverhältnisse. Die wahrgenommene Lautstärke folgt daraus nicht im gleichen Zahlenverhältnis.
Wie sicher bist du jetzt?
Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.
Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.
Lösungen mit Erklärungen
Sie verbinden mechanische Bewegung mit elektrischer Signalübertragung – Die Haarzellen leisten die Reizumwandlung; ihre Sinneshärchen sind keine gewöhnlichen Körperhaare.
Die Tonhöhe – Die Frequenz ist die wesentliche Grundlage der Tonhöhe eines reinen Tons.
Hörschnecke: Hören; Bogengänge: Erfassen von Kopfdrehungen – Hör- und Gleichgewichtsorgan liegen benachbart, haben aber unterschiedliche Aufgaben.
Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.
Weitere Aufgaben zum Selbstcheck
14 Aufgaben: Wissen anwenden und Zusammenhänge erklären
Löse zunächst ohne Hilfe. Die Tipps führen zum Ansatz; die Lösungen zeigen, welche Fachbegriffe und Begründungen dazugehören.
1 · Beschreibe den vollständigen Weg vom Luftschall zum Höreindruck.
Tipp anzeigen
Nenne die drei Ohrabschnitte und den Weg zum Gehirn.
Lösung anzeigen
Ohrmuschel → Gehörgang → Trommelfell → Hammer, Amboss, Steigbügel → ovales Fenster → Flüssigkeits- und Membranbewegung in der Schnecke → Haarzellen → Hörnerv und Hörbahnen → Gehirn.
2 · Welche drei Strukturen heißen Gehörknöchelchen?
Tipp anzeigen
Der letzte berührt das ovale Fenster.
Lösung anzeigen
Hammer, Amboss und Steigbügel. Sie übertragen Trommelfellbewegungen zum ovalen Fenster.
3 · Warum erhöht das Mittelohr den Druck am ovalen Fenster?
Tipp anzeigen
Denke an Hebel und Flächenverhältnis.
Lösung anzeigen
Die Knöchelchenkette und die Übertragung vom größeren Trommelfell auf das kleinere Fenster erhöhen den Druck. So wird die Bewegung wirksam in die Innenohrflüssigkeit übertragen; Energie entsteht dabei nicht neu.
4 · Wozu dient die Ohrtrompete?
Tipp anzeigen
Druck auf beiden Seiten des Trommelfells.
Lösung anzeigen
Sie verbindet die Paukenhöhle mit dem Nasenrachenraum und ermöglicht Druckausgleich. Sie ist nicht die Verbindung zum Hörnerv.
5 · Wie wird die Haarzelle erregt?
Tipp anzeigen
Mechanische Bewegung → Ionenkanäle → Botenstoffe.
Lösung anzeigen
Auslenkung der Sinneshärchen verändert die Öffnung mechanisch gekoppelter Ionenkanäle. Dadurch ändert sich die Membranspannung und die Transmitterfreisetzung an der Synapse.
6 · „Das Gehirn empfängt Schallwellen über den Hörnerv.“ Korrigiere.
Tipp anzeigen
Unterscheide mechanische und elektrische Signale.
Lösung anzeigen
Der Hörnerv leitet Aktionspotenziale. Mechanische Schallinformation wurde zuvor durch Sinneszellen in elektrische und chemische Signaländerungen übersetzt.
7 · Im selben Zeitfenster zeigt Kurve A drei, Kurve B sechs Schwingungen. Vergleiche die Tonhöhe.
Tipp anzeigen
Die Amplituden seien gleich.
Lösung anzeigen
B hat die doppelte Frequenz und entspricht bei reinen Tönen einem höheren Ton. Die gleiche Amplitude bedeutet nicht, dass das Diagramm eine größere Schallstärke zeigt.
8 · Die Frequenz bleibt gleich, die Amplitude steigt. Was ändert sich?
Tipp anzeigen
Zähle Schwingungen und vergleiche die Ausschläge.
Lösung anzeigen
Die Tonhöhe des reinen Tons bleibt gleich. Die Druckschwankungen werden stärker; unter gleichen Bedingungen kann der Ton lauter wirken.
9 · Wo werden hohe und tiefe Frequenzen besonders wirksam?
Tipp anzeigen
Basis oder Spitze der Schnecke?
Lösung anzeigen
Hohe Frequenzen: nahe der Basis. Tiefe Frequenzen: weiter zur Spitze. Diese Ortszuordnung trägt zur Frequenzunterscheidung bei.
10 · Warum helfen zwei Ohren bei der Ortung?
Tipp anzeigen
Vergleiche Ankunftszeit und Stärke.
Lösung anzeigen
Das Gehirn vergleicht Laufzeit- und Pegelunterschiede zwischen beiden Ohren. Ohrmuschelform und Erfahrung liefern weitere Hinweise.
11 · Begründe zwei Maßnahmen zum Gehörschutz biologisch.
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Haarzellen sind empfindlich und werden nicht einfach ersetzt.
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Weniger Lautstärke und kürzere Belastung verringern die Beanspruchung. Gehörschutz und Abstand reduzieren den ankommenden Schall. Das schützt empfindliche Haarzellen und ihre Verbindungen.
12 · Unterscheide Hörschnecke und Bogengänge.
Tipp anzeigen
Beide liegen im Innenohr, erfassen aber andere Reize.
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Die Hörschnecke verarbeitet Schallschwingungen. Die Bogengänge registrieren Drehbewegungen des Kopfes. Sie dienen verschiedenen Sinnesleistungen.
13 · Ein Ton zeigt 3 Schwingungen in 6 ms, ein zweiter 6 Schwingungen in derselben Zeit. Berechne beide Frequenzen.
Tipp anzeigen
6 ms sind 0,006 s. Nutze f = N / Δt.
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3 / 0,006 s = 500 Hz und 6 / 0,006 s = 1 000 Hz. Der zweite reine Ton hat die doppelte Frequenz und liegt eine Oktave höher. Über die Lautstärke ist damit noch nichts gesagt.
14 · Die Ausschläge liegen bei +40 und −40 Modelleinheiten. Wie groß ist die Amplitude?
Tipp anzeigen
Miss von der Nulllinie bis zu einem Extremwert.
Lösung anzeigen
Die Amplitude beträgt 40 Modelleinheiten. Der Abstand zwischen Maximum und Minimum beträgt 80; er ist das Doppelte der Amplitude.
Zusätzlicher Begriffscheck
Kurzer Begriffscheck
Was führt bei einem reinen Ton zu höherer Tonhöhe?
