10.4-We Hear Sound through Our Ears

10.4-We Hear Sound through Our Ears Important Formulae

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10.4 - We Hear Sound through Our Ears
  • The ear is the organ responsible for detecting sound.
  • Sound waves enter through the outer ear (pinna) and travel to the eardrum.
  • The vibration of the eardrum is transmitted to the ossicles (tiny bones) in the middle ear.
  • The ossicles amplify the sound vibrations and send them to the cochlea in the inner ear.
  • The cochlea converts sound vibrations into electrical signals, which are sent to the brain via the auditory nerve.
  • The formula for the speed of sound in air is given by $v = \sqrt{\frac{\gamma P}{\rho}}$ where $v$ is the speed, $\gamma$ is the adiabatic index, $P$ is the pressure, and $\rho$ is the density of the air.

10.4 - We Hear Sound through Our Ears

Sound is a form of energy that travels in the form of waves. Our ears are capable of detecting sound waves, which is essential for us to perceive sounds in our environment. The process of hearing involves several parts of the ear working together to detect and interpret sound waves.

The human ear is divided into three main parts: the outer ear, middle ear, and inner ear. Each part plays a crucial role in the process of hearing.

Outer Ear

The outer ear consists of the visible part called the pinna and the ear canal. The pinna collects sound waves and directs them into the ear canal. The ear canal channels the sound waves toward the eardrum (tympanic membrane) in the middle ear.

Middle Ear

The middle ear contains three small bones called ossicles, which are the hammer (malleus), anvil (incus), and stirrup (stapes). When sound waves reach the eardrum, they cause it to vibrate. The vibrations are passed from the eardrum to the ossicles. These bones amplify the vibrations and transfer them to the inner ear through the oval window, a membrane that separates the middle ear from the inner ear.

Inner Ear

The inner ear contains the cochlea, which is a spiral-shaped structure filled with fluid. The vibrations from the ossicles create waves in the fluid of the cochlea. Inside the cochlea, there are tiny hair cells that convert the fluid vibrations into electrical signals. These electrical signals are sent to the brain via the auditory nerve.

Process of Hearing

The process of hearing can be explained in the following steps:

  1. The outer ear (pinna) collects sound waves and channels them into the ear canal.
  2. The sound waves strike the eardrum, causing it to vibrate.
  3. The vibrations are transmitted through the ossicles (hammer, anvil, stirrup) in the middle ear.
  4. The ossicles amplify the vibrations and send them to the oval window, which leads to the cochlea in the inner ear.
  5. In the cochlea, the vibrations cause the fluid inside to move, stimulating the hair cells.
  6. The hair cells convert the mechanical vibrations into electrical signals.
  7. These electrical signals travel through the auditory nerve to the brain, where they are interpreted as sound.
Frequency and Pitch

The pitch of a sound is determined by its frequency. The higher the frequency, the higher the pitch, and the lower the frequency, the lower the pitch. The frequency of sound is measured in Hertz (Hz), which represents the number of vibrations per second. Humans can hear sounds in the frequency range of 20 Hz to 20,000 Hz, although this range decreases with age.

Amplitude and Loudness

The loudness of a sound is determined by its amplitude. The greater the amplitude, the louder the sound. Amplitude refers to the displacement of the particles in the medium through which the sound wave is traveling. The unit for measuring sound intensity is the decibel (dB). A sound with a higher amplitude will have a higher intensity and be perceived as louder.

Formula for Frequency and Period

The relationship between frequency ($f$) and period ($T$) of a sound wave is given by the formula:

$f = \frac{1}{T}$

Where:

  • $f$ is the frequency of the sound in Hertz (Hz).
  • $T$ is the period of the sound wave in seconds.

10.4 - हम अपने कानों से ध्वनि सुनते हैं

ध्वनि एक प्रकार की तरंग है, जो वायुमंडल में फैलती है। यह तरंगें हमारे कानों द्वारा सुनाई देती हैं। ध्वनि को समझने के लिए हमें यह जानना चाहिए कि ध्वनि की तरंगों को हमारे कान कैसे ग्रहण करते हैं और हम उन्हें कैसे सुनते हैं।

कान के अंग

हमारे कानों में तीन मुख्य भाग होते हैं:

  1. बाहरी कान (Outer Ear): यह कान का बाहर का हिस्सा है, जो ध्वनि को एकत्र करता है। इसमें एक झिल्ली होती है, जिसे हम पिनना कहते हैं।
  2. मध्यम कान (Middle Ear): इसमें तीन छोटे हड्डियाँ होती हैं, जिन्हें हैमर, एंविल, और स्टिरप कहा जाता है। ये हड्डियाँ ध्वनि तरंगों को विद्युत संकेतों में बदलने में मदद करती हैं।
  3. आंतरिक कान (Inner Ear): यह हिस्सा ध्वनि तरंगों को विद्युत संकेतों में बदलकर मस्तिष्क तक पहुँचाता है। इसमें कोक्लिया नामक संरचना होती है, जो ध्वनि के प्रति संवेदनशील होती है।
ध्वनि तरंगों का कान द्वारा ग्रहण करना

ध्वनि का प्रसार वायुमंडल में तरंगों के रूप में होता है। जब कोई ध्वनि स्रोत (जैसे एक ढोल) ध्वनि उत्पन्न करता है, तो यह तरंगें हमारे कानों में प्रवेश करती हैं।

1. बाहरी कान: पहले, ध्वनि की तरंगें पिनना (Outer ear) से गुजरती हैं। यह तरंगें आवृत्ति और आमplitude (अर्थात ध्वनि की तीव्रता) के आधार पर विभिन्न होती हैं।

2. मध्यम कान: पिनना से गुजरने के बाद, ध्वनि तरंगें आवृत्ति के हिसाब से ध्वनि हड्डियों (हैमर, एंविल, और स्टिरप) में स्थानांतरित होती हैं। ये हड्डियाँ ध्वनि की तरंगों को मेम्ब्रेन पर दबाव डालकर इलेक्ट्रिकल सिग्नल्स में बदल देती हैं।

3. आंतरिक कान: इन इलेक्ट्रिकल सिग्नल्स को कोक्लिया द्वारा महसूस किया जाता है, जो एक प्रकार के घुमावदार ट्यूब जैसा होता है। कोक्लिया के भीतर स्थित बालों की कोशिकाएँ ध्वनि तरंगों के कारण हरकत करती हैं और इन हरकतों से विद्युत संकेत उत्पन्न होते हैं।

ध्वनि के प्रति संवेदनशीलता

कान की कोक्लिया के भीतर स्थित बालों की कोशिकाएँ ध्वनि तरंगों के दबाव को महसूस करती हैं। ये कोशिकाएँ केवल उस दबाव को ही नहीं, बल्कि उसकी आवृत्ति और आयाम (अर्थात उसकी ऊँचाई और तीव्रता) को भी पहचानती हैं। इससे मस्तिष्क को यह जानकारी मिलती है कि वह कौन सी ध्वनि है और उसकी तीव्रता कितनी है।

संवेदनशीलता की सीमा

हमारे कान केवल कुछ निश्चित आवृत्तियों की ध्वनियाँ ही सुन सकते हैं। सामान्यत: हम 20 Hz से लेकर 20,000 Hz तक की ध्वनियाँ सुन सकते हैं। यह सीमा उम्र के साथ घट सकती है। बच्चों के कान उच्च आवृत्तियों को अच्छी तरह से सुन सकते हैं, जबकि वृद्ध व्यक्तियों को यह सुनाई नहीं देतीं।

ध्वनि और मस्तिष्क

जब ध्वनि तरंगें कान के आंतरिक हिस्से से विद्युत संकेतों में बदलती हैं, तो यह संकेत मस्तिष्क तक पहुँचते हैं। मस्तिष्क इन संकेतों का विश्लेषण करता है और उसे एक निश्चित ध्वनि के रूप में पहचानता है।