De fleste av oss har opplevd det: Du dykker ned i bassenget, og plutselig høres alt annerledes ut. Lyder blir skarpere, nærmere – og kanskje mest forvirrende – de kommer fra alle kanter på en gang.

Lydens hastighet under vann

Lyd beveger seg rundt 340 meter per sekund i luft, men hele 1500 meter per sekund i vann – nesten fire og en halv ganger raskere (1). Dette skyldes at vannmolekyler er pakket tettere enn luftmolekyler, noe som gjør at trykkbølgene forplanter seg mer effektivt. Samtidig dempes lyd mindre i vann enn i luft over korte avstander, noe som gjør at lyden når lenger før den dør ut (2).

Men her kommer utfordringen: Menneskets øre er konstruert for å høre i luft, ikke i vann. Når lyd skal overføres fra luft til vann – eller omvendt – reflekteres mesteparten av lydenergien tilbake på grunn av den enorme forskjellen i tetthet mellom mediene. Dette kalles impedansmismatching (3).

Benledning redder hørselen

Når vi er under vann, blir det ytre øret og trommehinnen langt mindre effektive. I stedet overføres lyden direkte gjennom hodeskallen til det indre øret via benledning. Skallebenet vibrerer når lydbølgene treffer hodet, og disse vibrasjonene stimulerer hårcellene i cochlea direkte (4).

Dette er faktisk den samme mekanismen som brukes i benforankrede høreapparater (BAHA) for personer med visse typer hørselstap. Benledning gjør at vi kan oppfatte lyder under vann, men med betydelige begrensninger.

Retningsproblemet

Den største utfordringen under vann er retningshøring. I luft bruker hjernen tidsforsinkelsen mellom når lyden treffer høyre og venstre øre til å bestemme hvor lyden kommer fra. Denne forsinkelsen kan være så liten som 10-20 mikrosekunder, men det er nok for hjernen til å triangulere lydkilden (5).

Under vann skjer alt mye kjappere. Fordi lyden beveger seg så mye raskere, og fordi den overføres gjennom hele hodeskallen samtidig via benledning, blir tidsforsinkelsen mellom ørene neglisjerbar. Resultatet er at vi oppfatter lyden som om den kommer fra alle retninger samtidig – eller rett ovenfra.

Studier av dykkere viser at evnen til å lokalisere lydkilder blir dramatisk redusert under vann (6). Mens vi på land kan lokalisere lyder med en nøyaktighet på én-to grader, er feilen under vann ofte på 90 grader eller mer. I enkelte studier oppnådde dykkere i beste fall en nøyaktighet på rundt 11 grader – sammenlignet med menneskets evne til å detektere tidsforsinkelser på bare ti  mikrosekunder i luft.

Frekvensforskyvning

Et annet fenomen er at stemmer høres annerledes ut under vann. Høyfrekvente lyder som konsonanter absorberes raskere i vann enn lavfrekvente lyder. Dette gjør at tale blir vanskeligere å oppfatte, selv om den totale lydstyrken kan oppleves som høyere (7).

Donald Duck-effekten mange opplever når de prøver å snakke under vann skyldes ikke bare vann i munnen, men også at stemmen må trenge gjennom et medium med helt andre akustiske egenskaper. Frekvenssammensetningen i stemmen forandres, noe som gjør at hjernen sliter med å gjenkjenne de vanlige mønstrene for tale.

Evolusjonens valg

Menneskets hørsel er fininnstilt for livet på land. Havpattedyr som delfiner og hvaler har derimot utviklet helt andre løsninger: De har ikke ytre øre, og lydene mottas gjennom fettvev i underkjeven som leder lyden direkte til det indre øret. Deres hørselssystem er optimalisert for vannets fysikk, ikke luftens (8).

Så hører vi egentlig bedre under vann? Rent teknisk kan vi oppfatte svakere lyder og lyder som kommer fra lengre avstand. Men vi mister evnen til å lokalisere dem presist, og vi har vansker med å tolke hva lydene betyr. Øret vårt er rett og slett bygget for andre omgivelser – og det er helt greit, så lenge vi holder oss der vi hører hjemme.

Kilder:

1. Urick, R.J., 1983. «Principles of Underwater Sound», 3rd edition. McGraw-Hill

2. Medwin & Clay, 1998. «Fundamentals of Acoustical Oceanography». Academic Press

3. Fay & Popper, 2000. «Evolution of hearing in vertebrates: the inner ears and processing».
Hearing Research 149(1-2):1-10

4. Brummund et al., 2014. «The spectral transmission characteristics of bone conduction pathways». The Journal of
the Acoustical Society of America 136(4):2101

5. Blauert, J., 1997. «Spatial Hearing: The Psychophysics of Human Sound Localization». MIT Press

6. Feinstein, S.H., 1973. «Acuity of the human sound localization response underwater». Journal of the Acoustical Society of America 53(2):393-399

7. Au & Hastings, 2008. «Principles of Marine Bioacoustics». Springer Science

8. Cranford et al., 2008. «Observation and analysis of sonar signal generation in the bottlenose dolphin». Journal

of the Acoustical Society of America 123(5):3464

Hørsel & viten

På disse sidene kan du lese om ny teknologi og spennende forskning om hørsel.