¿Por qué la oreja humana tiene la forma que es? ¿Por qué las orejas de los perros tienen una forma diferente a las orejas humanas? ¿Por qué la evolución ha decidido que los perros necesitan esa forma de oído particular y el calibre de la audición frente a la forma de la oreja humana (primates)?

Esta respuesta es principalmente una respuesta a la pseudociencia presentada por Brian Roemmele en su respuesta.

El oído humano no tiene una relación particular con la proporción áurea, ni tampoco la cóclea humana.

Aquí hay una foto de mi oído:

Mi plan era rastrear la forma que Brian dice que es una espiral dorada y ver cómo se ve. Aquí está mi trazado del contorno de mi oreja, siguiendo el ejemplo de Brian lo más cerca que puedo, mientras trazo mi oreja real:

Aquí está la “espiral dorada” resultante:

Aquí está con la espiral dorada de Golden Spiral – de Wolfram MathWorld superpuesta

¿Qué hay de todas esas partes que no coinciden en absoluto, que es la mayor parte? La curva no se adapta mucho mejor que un círculo. Bueno, según Brian, este tipo de errores están “dentro de una tolerancia”. (ver https://www.quora.com/Quora/Do-p…)

Otros animales no tienen orejas que parecen espirales en absoluto. Se ven como todo tipo de cosas, a veces solo pequeños agujeros. Cuando le señalé esto a Brian en el hilo de comentarios anterior, a pesar de su afirmación de que “casi todas las cosas en la naturaleza” siguen la proporción áurea en su diseño, él llama a estas orejas no doradas una “pista falsa”.

Brian afirma que los humanos tienen requisitos especiales de audición debido al reconocimiento de voz, pero no hace ningún argumento creíble sobre cómo esto lleva a proporciones de oro. Las ventajas generales de las espirales doradas que describe (son erróneas en la medida en que son inteligibles) se aplican igualmente a otros problemas de audición. Además, los oídos humanos no son muy diferentes de las orejas de los chimpancés, como muestra esta foto, pero los chimpancés, que no pueden hablar, no evolucionaron bajo las mismas presiones del reconocimiento del habla que Brian cita.
fuente: Detalle de la oreja de chimpancé

La cóclea sigue aproximadamente espirales logarítmicas, pero no espirales doradas. Para apoyar su afirmación de que la cóclea son espirales doradas, Brian cita el artículo “Cóclea y otras formas espirales en la naturaleza y el arte” de Marinkovic et al. (Página en Sciencedirect), pero este artículo no dice que la cóclea forme una espiral dorada.

El papel dice

La cóclea es una estructura ósea espiral en forma de cono que se asemeja a otras formas en espiral en la naturaleza. Se observó que algunas partes de algunas plantas están dispuestas en forma de espiral, a menudo según los números de Fibonacci. Ciertos animales, sus partes o sus productos también representan varios tipos de espirales. Muchos de ellos, incluida la cóclea, pertenecen al tipo logarítmico.

En otras palabras, la cóclea son espirales logarítmicas, no espirales doradas. (Las espirales doradas son las relacionadas con los números de Fibonacci. Son un tipo especial de espiral logarítmica). La respuesta de Brian (nuevamente en el hilo de comentarios vinculado anteriormente) es simplemente afirmar que estoy leyendo el papel incorrectamente y que el papel lo hace De hecho, dicen que la cóclea son espirales doradas.

En “La influencia de la forma coclear en la audición de baja frecuencia” (La influencia de la forma coclear en la audición de baja frecuencia), Manoussaki et al investigan los efectos de las espirales logarítmicas en la acústica de la audición. Su trabajo presenta medidas empíricas de las espirales de la cóclea humana y cita los coeficientes de las espirales logarítmicas. No son espirales de oro, ni siquiera están cerca de ellos (consulte el papel o el hilo de comentarios vinculado para obtener más información). Cuando le señalé esto a Brian, él no hizo ningún comentario sobre este artículo.

Incluso el caparazón de nautilus no es una espiral dorada. John Cook presenta algunas medidas en “Espirales y la sección dorada” (espirales y la sección dorada) para encontrar que

De hecho, al comparar la espiral de la Sección Dorada (la izquierda de la figura 38) con la espiral logarítmica que tiene un factor de multiplicación de 3 (a la derecha de la figura 38) y el Nautilus en la figura 37, está claro que la Sección Dorada Nautilus espiral simplemente no coinciden.

Ni los brazos espirales de las galaxias tienen espirales doradas, otro ejemplo que Brian usó para apoyar su afirmación de “casi todo en la naturaleza”. Brian escribe: “Sin embargo, también podemos mirar hacia el universo y ver miles de galaxias espirales que están dentro de una tolerancia de una espiral de Fibonacci”. Él no presenta citas para este reclamo. Si miras algunas tablas o figuras con ángulos de inclinación estimados para los brazos espirales de la galaxia, están por todas partes (una espiral dorada tiene un ángulo de cabeceo de 17 grados). Ver, por ejemplo, la página en Arxiv

Además, las espirales a menudo no son espirales logarítmicas. El ángulo de inclinación cambia a medida que avanzas. Ver En la estimación del ángulo de inclinación para los brazos espirales de las galaxias.

A veces, los brazos de la galaxia se corresponden con una espiral dorada, que es de esperar si están realmente dispersos. No puedo encontrar ningún artículo de investigación creíble que proponga un mecanismo para los brazos espirales de proporción áurea o incluso cualquier afirmación empírica de brazos espirales de proporción de oro en la investigación revisada por pares. Wikipedia dice:

Las espirales logarítmicas aproximadas pueden ocurrir en la naturaleza (por ejemplo, los brazos de galaxias espirales [5]); espirales de oro son un caso especial de estos. A veces se afirma que las galaxias espirales y las conchas de nautilus se ensanchan en el patrón de una espiral dorada y, por lo tanto, están relacionadas tanto con φ como con la serie de Fibonacci. [6] En verdad, las galaxias espirales y las conchas de nautilus (y muchos caparazones de moluscos) exhiben un crecimiento en espiral logarítmico, pero en una variedad de ángulos generalmente muy diferentes de los de la espiral dorada. [7] [8] [9]

Por lo tanto, no es correcto decir que los oídos humanos tienen su forma graciosa porque las espirales doradas son la mejor forma y se encuentran en toda la naturaleza. Volviendo a la pregunta original, ¿por qué las orejas humanas tienen una forma muy diferente a la oreja de un perro, por ejemplo?

Honestamente, no tengo idea. Ni siquiera puedo encontrar buena información sobre cómo será tu audición si te cortas las orejas. A veces los niños nacen con una afección llamada “microtia” en la cual el oído externo está malformado. Esto causa considerables problemas de audición, según lo explica Burt Brent, un cirujano especializado en la enfermedad:

El problema es la conducción del sonido, que se ve obstaculizada por el complejo malformado del oído medio y externo. Típicamente, estos pacientes tienen un umbral de audición de 40-60 dB en el lado afectado (en comparación, la función normal nos permite escuchar sonidos entre 0-20 dB).

El problema de la audición

Pero parece que la gente escucha mal cuando tienen esta afección porque hay carne bloqueando su oreja.

¡En general, la audición es un fenómeno acústico bastante complicado! No se puede explicar de manera muy simple, ya que el oído es fantásticamente complicado y muchas partes diferentes se combinan para crear su funcionalidad.

Al tratar de encontrar algunas referencias sobre el tema, encontré correlaciones entre las estructuras auditivas y la sensibilidad auditiva en primates no humanos, cuyo resumen describe algunas pruebas de audición en primates no humanos y se compara con la teoría sobre cómo las diversas estructuras del oído deberían afectar la audición. El resumen indica que el documento encontró algún acuerdo y algún desacuerdo. Ese documento y sus referencias podrían ser un buen punto de partida para explorar esta literatura.

Leonardo Fibonacci, la concha de Nautilus y el oído humano

Lo que coloquialmente se llama ‘la oreja’ es en realidad un órgano muy complejo que consiste en pinnas externas, canal auditivo medio y construcciones internas. Las ondas sonoras ingresan a los Pinnae y viajan a través del canal auditivo hacia la membrana timpánica (tímpano). Esta membrana vibra a partir de las ondas de sonido entrantes y transmite estas vibraciones a los pequeños huesos en el oído medio.

Rastreo de una secuencia de número de Fibonacci que muestra la estructura espiral / hélice del oído humano.

El oído humano se ha desarrollado como casi todas las cosas en la naturaleza siguiendo Phi o la base de la Sección áurea, Ratio o Mean, The Golden ratio o The Golden proportion. Específicamente, el oído humano sigue la secuencia de Fibonacci, espiral / hélice ( http://en.wikipedia.org/wiki/Fib …) en su diseño. Esto está muy ilustrado por Nautilus Shell.


La secuencia de Fibonacci también es una parte importante del oído interno específicamente la cóclea. Las diferentes partes de la espiral Cochlea Fibonacci corresponden a frecuencias específicas. La especificidad de sonido de alta frecuencia corresponde a la base de la cóclea, mientras que la parte superior (o “ápice”) de la cóclea transduce sonidos de baja frecuencia. El área de la cóclea donde se estimulan la mayoría de las células pilosas durante una onda de sonido determinada se considera el punto de resonancia, y el volumen y la duración de la estimulación de las células ciliadas pueden percibirse en ese punto.

Cóclea real extirpada de un cadáver humano.

Función de respuesta de frecuencia de cóclea.

¿Por qué el oído humano está en forma de espiral?

Las propiedades de resonancia y amortiguación en la física de las ondas estacionarias ( http://en.wikipedia.org/wiki/Sta …) junto con la discriminación de la direccionalidad son ayudadas en gran medida por la Espiral de Fibonacci de la estructura física del oído. Los patrones de interferencia reflexiva e integral para la consonancia y la tensión son un factor muy importante que controla la forma en que la estructura exterior del oído decodifica el sonido. El diseño realmente canaliza el sonido de una manera altamente direccional y organizada. Esto puede ayudar a interpretar los patrones de interferencia gaussiana ( http://en.wikipedia.org/wiki/Gau …) de sonido coherente que permite una mayor fidelidad y rango dinámico.


Espiral de doble hélice de Fibonacci.

Desde el oído externo hasta el oído interno hay una clara espiral de Fibonacci. Sin embargo, en realidad hay una doble espiral de Fibonacci en la oreja. La segunda espiral de Fibonacci fluye desde el canal auditivo hasta el centro de la primera espiral de Fibonacci, el sentido común nos diría que esta forma tiene mucho que ver con el reconocimiento del sonido. De hecho, está directamente relacionado con la percepción auditiva dentro del oído y más profundamente dentro de la corteza auditiva.

La teoría que usa el modelo de interferencia de la discriminación de sonido sugiere que el uso de la espiral de Fibonacci es para amortiguar las ondas estacionarias. Además, una estructura de amortiguación de este tipo comienza el proceso de descodificación cancelando el sonido reflejado al tiempo que desenrolla las proporciones armónicas de la interferencia gaussiana para encontrar la direccionalidad.

Oídos musicalmente afinados

Además, la secuencia de números de Fibonacci también puede ilustrar una preferencia del oído humano por la música:

El piano muestra el uso de una secuencia de números de Fibonacci; hay 13 notas que separan cada octava de 8 notas en una escala. La base de una escala se basa en el 3er y el 5to tono. Ambos tonos son tonos enteros, que son 2 pasos de la 1ra nota de la escala, también llamada raíz. Las teclas de un piano también representan los números de Fibonacci.

Puede encontrar más información y conocimientos más profundos aquí: http://www.goldennumber.net/musi … y aquí: http://www.amazon.com/exec/obido

Discriminación del habla

La oreja y su ‘espiral de Fibonacci es una gran parte de la psicoacústica (
http://en.wikipedia.org/wiki/Psy …) en juego en el sonido de decodificación del cerebro y especialmente en el habla. Claramente, el oído externo codifica información que es decodificada por el complejo del oído interno. Esto no es del todo bien entendido y es una de las razones por las que los audífonos chocan contra la pared cuando se trata de descodificar el habla a un alcance medio y una dirección discriminativa y la intensidad real del sonido. El problema más complejo de enmascaramiento de sonido parece resolverse mediante los efectos psicoacústicos de la espiral de Fibonacci.

La forma de la oreja parece favorecer las frecuencias medias. De hecho, la ciencia de la codificación de voz ( http://en.wikipedia.org/wiki/Spe …) y la compresión utilizada por teléfonos celulares y otros sistemas de codificación de sonido muestra que solo se necesita información en la banda de frecuencia de 400 Hz a 3500 Hz para Entiendo completamente el habla, y la forma del oído permite la capacidad de discriminar mucho en este rango de frecuencia. Tanto es así que la producción y la mezcla de música típicamente restan importancia a estas frecuencias, ya que un exceso de sonido en estos rangos hace que la experiencia musical sea menos que placentera.

La evolución y la selección natural de las secuencias de Fibonacci

No estoy proponiendo un debate aquí sobre si la selección natural ha favorecido la secuencia de Fibonacci, claro que sí, solo hay que mirar alrededor, desde el cuerno de los espolones hasta la rotación de los flagelos. Sin embargo, esto de ninguna manera sugiere un diseñador maestro con un plan maestro (cometí el error de no dejar esto en claro, ver comentarios). Está claro que el diseño de la forma del oído no se basa realmente en un accidente aleatorio de las formas, la evolución parece haber favorecido y presentado un diseño altamente selectivo no solo para detectar sonidos sino también para hablar con el oído humano. La evolución sirvió a la espiral de Fibonacci para resolver este problema y resulta incomprensible cuán ampliamente utilizada es esta forma en todos los aspectos del universo, tanto los muy grandes como los muy pequeños.