Todo sistema elástico possui uma freqüência natural de vibração. Quando uma fonte sonora vibra com freqüência igual à freqüência natural de certo sistema este passa a vibrar com grande intensidade e é dito estar em ressonância com a fonte. Todo corpo reage a uma vibração em virtude de sua inércia. Além disso, surgem também, os seguintes componentes resistivos: O atrito entre o móvel e o meio vibrante; A elasticidade do meio vibrante.

Em virtude da freqüência de vibração surgem resistências ativas ou reatâncias no sistema vibrante, cujos valores dependem da freqüência e de suas propriedades inerciais e elásticas. A resistência que a massa oferece a vibração é chamada de reatância de massa (Xm), sendo expressa por:

.(3.2)

onde m é a massa e f é a freqüência de vibração da fonte. A resistência proporcionada pela elasticidade é chamada de reatância, cuja característica é amortecer os esforços de impulsão. Podemos escrevê-la por:

.(3.3)

componentes resistivos é chamada de impedância (Z). É expressa por

,

cujo módulo é

.(3.4)

Assim, a freqüência fundamental de ressonância para do meato auditivo varia de 2.833,33 Hz a 4.250 Hz. Com este resultado podemos supor que neste intervalo de freqüências devemos encontrar um mínimo de impedância. A comprovação não experimental deste fato é feita registrando-se o gradiente de pressão máxima nas extremidades do meato em função da freqüência. Pela Fig. 3.6 os valores de mínimos estão em torno de 3,4 kHz. A curva aparece achatada em virtude do amortecimento causado pela extensibilidade da membrana timpânica.

Um dos maiores problemas do aparelho auditivo é transmitir as ondas sonoras do ar para o líquido – a endolinfa – no interior do ouvido interno. Tal transmissão proporciona a conversão de energia mecânica do ouvido externo em energia elétrica para o ouvido interno. Devido a grande diferença de impedância acústica entre o ar e a água que faz parte da endolinfa, 99,9% da energia sonora que incide na interface ar-água é refletida e somente 0,15% é refratada. Mais a frente este problema é contornado graças a membrana timpânica e ao ouvido médio. Parte da energia sonora que entra no meato auditivo é perdida devido ao atrito com as paredes deste canal, o restante é transmitido a membrana timpânica cujo comportamento é complexo ao vibrar, pois esta não é nem homogênea (mesmas composição em todos os pontos), nem isotrópica (mesmas propriedades físicas em todos os pontos). Por exemplo, algumas regiões são mais densas que outras, algumas regiões são mais tensas e outras são mais flácidas, além de ter regiões com maior ou menor grau de liberdade. Essas características fazem com que seja alargada a faixa de freqüências de ressonância desta membrana. Para freqüências baixas a membrana timpânica vibra como um corpo rígido. Para freqüências acima de 2.400 kHz ela vibra segmentarmente, reduzindo sua área vibrátil para 60 a 75% da área total de 64 mm2. Quanto menor esta área, menor será a transferência de energia sonora para o ouvido médio. O deslocamento do ar no meato auditivo (ou qualquer outro tubo) é dada por

.(3.10)

Onde DPm é a máxima variação de pressão; r é a densidade do ar; v é a velocidade do som e v é a freqüência do som. A máxima pressão que o ouvido pode tolerar para sons intensos é de 28 Pa, assim para uma freqüência de 1.000 Hz a amplitude dos deslocamentos do ar será de:

Para o som mais tênue detectável, a máxima variação de pressão é de 2,8 x 10-5 Pa e conseqüentemente o deslocamento do ar é de

Esses deslocamentos do ar são transmitidos à membrana timpânica. Pelos valores calculados a menor vibração detectável pelo ouvido é dez vezes menor que raio atômico do átomo de hidrogênio, o que mostra a grande sensibilidade do aparelho auditivo. Este exemplo foi retirado de halliday et al., 1997.

Uma das funções do ouvido médio é fazer que as pressões no lado externo e interno do tímpano sejam iguais, o que é proporcionado por um pequeno tubo que se abre na faringe: a Trompa de Eustáquio. A outra função é produzir um ganho mecânico, isto é, as vibrações captadas pelo ouvido externo devem ser amplificadas pelo ouvido médio a fim de ser melhor percebidas pelo ouvido interno.

A Figura 3.7, mostra o conjunto de alavancas formado por ossículos: o martelo que transmite as vibrações para frente e para trás da membrana timpânica; a bigorna que recebe tais vibrações para o ossículo seguinte; e o estribo que comunica essas vibrações ao ouvido interno através da janela oval. Esse conjunto de alavancas faz com que a força aplicada pelo estribo sobre a janela oval seja 1,3 vezes maior que aquela aplicada pelo tímpano sobre o martelo.

Como já foi dito um dos maiores problemas para o ouvido é fazer com que haja uma conversão eficiente da energia sonora em elétrica, pois a diferença de impedância entre o ar do ouvido externo e o líquido do ouvido interno dificulta esta transdução. A grande impedância de um líquido depende de sua densidade e propriedades viscoelásticas. A maneira como o ouvido resolve este problema de casamento de impedâncias entre o ouvido externo e interno é graças a amplificação mecânica (G=1,3) do sistema de alavancas do ouvido médio e as diferenças entre as áreas da membrana timpânica (Sm) e da janela oval (So=3,2 mm2). A área vibrátil da membrana timpânica é de 13 a 16 vezes maior que a da janela oval. O ganho total (GT) de pressão sobre a janela oval é igual ao ganho mecânico devido as alavancas do ouvido médio multiplicado pela razão das áreas timpânica e da janela oval. Assim,

.(3.11)

Com Sm=13.S0 ou Sm=16.S0, temos

.

Este ganho que está em torno de 17 a 21, nos informa que a pressão recebida pela janela oval é uma pressão 17 a 21 vezes maior que aquela do som sobre o tímpano. Este ganho é extremamente importante para que o som passe do meio aéreo para o líquido. A freqüência de ressonância do ouvido está em torno de 1.000 Hz. No caso do ouvido humano nesta freqüência a impedância é mínima, sendo aproximadamente igual ao valor da resistência devida ao atrito. Para freqüências baixas a impedância também é devida a reatância elástica, que é inversamente proporcional a freqüência. Para altas freqüências a impedância também é devida a reatância de massa, que é proporcional a freqüência.

O ouvido interno é formado pelo labirinto, uma estrutura tubular e preenchida pela endolinfa, podendo ser dividida em três partes:

Nesta região fica a janela oval que recebe vibrações mecânicas do estribo. Essas vibrações são transmitidas a endolinfa.

A cóclea – caracol chamado assim devido a sua forma – é um tubo em espiral dividido por finas lâminas ósseas em três canais: rampa vestibular, rampa média e rampa timpânica. Ver Figura 3.8. As rampas vestibular e timpânica contém a perilinfa, um líquido com baixa concentração de potássio e alta de sódio. A rampa média contém a endolinfa, um líquido com alta concentração de potássio e baixa de sódio. A separação das rampas média e timpânica é feita pela membrana basilar. Na superfície desta membrana está o órgão de Corti, que contém as células ciliadas. As vibrações dos líquidos dentro da cóclea produz vibrações nas células ciliadas que convertem o som em sinais elétricos.

São três tubos que formam alças semicirculares e perpendiculares entre si, esses canais estão envolvidos com o sentido cinestésico – sentido dos movimentos.

Este sentido é sensível somente num campo gravitacional, isto é, no estado de imponderabilidade (ausência da ação da gravidade) não podemos saber se estamos em pé ou de cabeça para baixo, fato comprovado pelos astronautas. Dentro da câmara vestibular há receptores sensíveis sobre os quais encontram-se minúsculos cristais de cálcio. Estes receptores têm a forma de fio e estão sempre cobertos por endolinfa. Ver Figura 3.9. Dependendo da posição da pessoa a gravidade levará os cristais de cálcio a se acumularem em certas regiões da câmara vestibular sensibilizando, assim, alguns sensores. Se estes sensores estiverem na parte de “baixo” ou de “cima”, informarão que a pessoa está na posição normal ou de cabeça para baixo, respectivamente. O ouvido interno é um acelerômetro, isto é, nos informa sobre as variações de velocidades – acelerações – mas não sobre o seu módulo. Na extremidade de cada alça, próximo ao vestíbulo, encontra-se receptores sensíveis ao movimento da endolinfa. Assim, quando movemos a cabeça o líquido também se movimenta, estimulando os sensores.

Os tipos de surdez são classificados em três tipos:

Esta patologia ocorre quando há impedimento para a livre transmissão dos sons através dos ouvidos externo e médio. Pode-se diagnosticá-la testando-se a sensibilidade do paciente ao som que segue o trajeto normal e sons conduzidos por via óssea. Com um diapasão vibrante em contato com o crânio, o som é conduzido diretamente a cóclea por condução óssea, de modo que para este som ser percebido significa que a cóclea, o nervo auditivo e os centros superiores estão íntegros. O que proporciona esta patologia, principalmente, é o acúmulo de cera do meato auditivo externo, fixação dos ossículos à parede do ouvido médio em virtude de processos inflamatórios, espessamento do tímpano e fixação do estribo por crescimento ósseo exagerado.

Este tipo de patologia ocorre quando o indivíduo é exposto a sons de elevada intensidade durante muito tempo. Nessa situação a perda da audição é maior para altas freqüências. Um sintoma comum neste caso, chamado de tinnitus, dá ao indivíduo a sensação semelhante ao som de uma campainha, decorrente do disparo espontâneo e contínuo das células ciliadas.

Este tipo de patologia ocorre quando há lesão das vias nervosas centrais ou do córtex cerebral encarregado da audição.

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