Auditive Wahrnehmung Flashcards
Tonhöhe
Eigenschaft von Hörempfindung, dadurch lassen sich Töne auf ener Skala von tief nach hoch ordnen.
Tonchroma
Ähnlichkeit von Tönen, deren Grundfrequenzen in ganzzahligem Verhältnis stehen (Oktaven).
Shepard Töne
Ein ständig absteigender Ton, welches nie wirklich niedriger wird.
Tritone Illusion
Bei zwei Paar Tönen , kann das eine Paar als absteigend und das andere als aufsteigend gehört werden. Es kann auch andersherum wahrgenommen werden. Die Wahnehmung kommt auf die Person selber an.
Virtuelle Tonhöhe
Tonhöhe, die bei Tönen mit fehlenden Harmonischen wahrgenommen wird.
Effekt des fehlenden Grundtons
° Tonhöhe eines komplexen Tons bleibt konstant, auch wenn die Grundfrequenz nicht enthalten ist
° Wellenform ändert sich, Periodizität bleibt jedoch gleich
° Gehör erschließt den Grundton
Klangfarbe
Die Qualität eines Schallereignisses, mit der sich Töne gleicher Tonhöhe, Lautheit und Tondauer unterscheiden lassen
Wovon hängt Klangfarbe ab ?
° Harmonische Struktur / Obertonstruktur: Freuenzspektren verschiedener Musikinstrumente
° Ein- und Ausschwingzeit: Flöte und Klarinette unterscheiden sich v.a. beim “Anblasen” und Verklingen des Tons
° Das Spektrum beim Klavier bleibt unverändert
Außenohr
° Pinna: Schutz der Mittelohrstrukturen
° Gehörgang: Verstärkung bestimmter Frequenzen durch Resonanz
Mittelohr
° Schallwellen erreichen das Trommelfell
° Vibration wird an drei Gehörknöcheln übertragen
-> dienen als Verstärker:
a) Konzentration der Schwingungen des großen Trommelfells auf das kleine ovale Fenster
b) Hebelwirkung durch Gehörknöchelchen
° Mittelohrmuskeln an den Gehörknöchelchen können hohe Schallpegel in niedrigen Frequenzen dämpfen
Innenohr
° Cochlea: Gefüllt mit Flüssigkeit; hat eine höhere Dichte als Luft im Außern- und MIttelohr
° Druckausbreitung vom ovalen zum rudnen Fenster
° Cochlea Trennwand zwischen Scala vestibuli und Scale tympani enthält das Corti’sche Organ
-> Haarzellen liegen zwischen Basilar- und Tektorialmembran
Haarzellen
° Schwingungen führen zur Auslenkung der Stereozilien auf den Haarzellen
° Ionenkanäle in der Stereozilienmembran werden geöffnet
° K+ Ionen strömen in die Haarzelle
° Haarzelle schüttet Neurotransmitter aus -> Aktionspotential im Hörnerv
Ortstheorie der Tonhöhenwahrnehmung
° Scwingung der Basilarmembran kann als Wanderwelle beschriben werden
° Ort der maximalen Amplitude hängt von der Frequenz ab: je höher die Frequenz, desto näher an der Basis der Cochlea (ovales Fenster)
° Je höher di Amplitude, desto stärker die neuronale Antwort -> Tonhöhe kann also durch den Ort entlang des Corti’schen Organs kodiert werden
Tonotope Karte
Neuronen antworten auf bestimmte Frequenzen
Cochlea Implantat
Ortstheorie auf Prinzip der Cochlea Implantate anwendbar:
direkte elektrische Reizung des Hörnerven durch 10-20 Elektroden ( bei zerstörten Elektroden)
-> eine Transduktion wird nachgeahmt
Probleme der Ortstheorie
° Feine Frequenzunterscheidung kaum erklärbar
° Tonhöhe komplexer Töne nicht unmittelbar erklärbar:
- Bei fehlendem Grundton fehlt Maximum am Ort derGrundfreuenz
- Periodzität muss kodiert werden!
Zeittheorie der Tonhöhe
° zeitliches Muster des Feuerns von Neuronen im Hörnerv ist entscheidend
° funktioniert für Frequenzen bis ca. 5000Hz (oberhalb werden auch keine Tonhöhen oder Melodien mehr wahrgenommen)
° Schwingung der Basilarmembran enthält die Harmonischen
Zeitliche Kodierung (Phasenkopplung)
° Haarzellen feuern synchron mit Schalldruckschwankungen:
- Auslenkung der Stereozilien bei Druckanstieg (Haarzelle feuert)
- Auslenkung in Gegenrichtung bei Druckabsinken (kein Feuern)
° Problem: Einzelne Neuronen verpassen einige Druckmaxima ( aufgrund der Refraktärzeit -> max. 500 Impulse/Sekunde)
Salvenprinzip
Aktivierungsmuster vieler Neurone spiegelt Frequenz des Schalls wider (bis 5000 Hz)
Hörbahn
Auditives System ist ipsi- und kontralateral verschaltet
- Innere Haarzellen -> Hörnerv
- subkortikale Strukturen:
- Nuclei cochleares
- obere Olivenkerne (Hirnstamm) -> binaurale Lokalisation
- Colliculus inferior (Mittelhirn) -> binaurale Verarbeitung
- Corpus geniculatum mediale (Thalamus) - Primärer auditorischer Kortex (A1) im Temporallappen
- Sekundärer (Gürtel) und assoziativer auditiver Kortex -> Identifizierung von Schallen
Tonotope Organisation in A1
° Tonotope Karte um primären auditiven Kortex eines Affen:
- Niedrige Frequenzen liegen anterior (weiter vorne)
- Höhere Frequenzten liegen posterior (weiter hinten)
Tonhöhenwahrnehmung im Gehirn
° Tonhöhenneuron im auditiven Kortex des Seidenaffen:
- antworten auf bestimmten Sinuston (182 Hz) und auf komplexe Töne, die mit derselben Grundfrequenz (f0 =182 Hz) verbunden sind, auch wenn Grundfrequenz nciht vorhanden !
- keine Antworten auf einzelne Harmonische ( z.B. 364 Hz oder 546 Hz)
° Mensch nimmt diese komplexen Töne als gleich hoch wahr.
Richtungshören
Lokalisierung der Schallquellen im Raum: ° Pegel -> Entfernung ° Binaurale Hinweisreize -> Azimut 1) Interaurale Zeitdifferenz 2) Interaurale Pegeldifferenz ° Monaurale Hinweisreize - Spektrale Hinweise -> Form der Pinna entscheidend für Beurteilung der Elevation
Pinna (Ohrmuschel)
- funktionier wie akustisches Prisma
- Frequenzen des Schalls werden an den Windungen der Ohrmuschel und im Gehörgang unterschiedlich stark reflektiert
- > Head-related transfer function
Richtungshören in der Pinna und Elevation
Bei Formveränderung der Pinna durch Einsetzung einer Füllung kann … :
- … die Elevation von Schallquellen nicht mehr wahrgenommen werden (Azimut wird noch korrekt eingeschätzt)
- … nach einigen Tagen mit der Füllung sich die Schalllokalsation verbessern
- … bei erneuter Entfernung der Füllung wieder so hören, wie am Tag 0
- > nicht wie beim Experiment mit der Brille, wo man sich beim absetzen erst mal wieder an die gewohnt Umgebung angewöhnen musste !
- > Dies deutet darauf hin, dass ein zweites Set abgespeichert wurde und das erste sozusagen nicht überschrieben wurde. Man könnte also zwischen normaler Pinna und Pinna mit Füllung tauschen, man würde immer noch die Fähigkeit erhalten die spektralen Hinweise auszunutzen
Azimut
Horizontale Winkelkoordinate für die Richtungen rechts links bzw. vorn und hinten relativ zum Zuhörer.
Elevation (Höhenwinkel)
Winkelkoordinate, insbesondere für den Ort einer Schallquelle oberhalb oder unterhalb des Hörers.
Schall
Schwankungen des Luftdrucks:
° Luftmoleküle werden angestoßen (zB. durch Vibrationen im Lautsprecher)
° Verdichtung/ Verdünnung der Luft
° Muster breitet sich in Luft aus (340 m/s)
° Mathematische Beschreibung: Sinus
° Durch das gegenseitige Anstoßen bleiben die Luftmoleküle wo sie sind, nur der Druck breitet sich aus
Schallwelle
Muster an Druckänderungen, das sich ausbreitet (durch Luft oder Wasser)
-> Sinuswellen mit 3 Parametern: p(t)= A*sin(2𝜋ft+𝜃)
- Amplitude A: Maximale Druckänderung in einer Richtung (Einheit: Pa)
- Frequenz f: Anzahl der Schwingungen pro Sekunde (Einheit: Hz)
- Phase 𝜃: Horizontale Verschiebung der Schwingungen (Einheit: 𝜋)
Amplitude und Schalldruckpegel (SPL)
° Amplitude der Welle: Schalldruck = Kraft/Fläche [1Pa=1N/m²]
° Die Amplituden von Schallwellen schwanken sehr stark
- kleinster wahrnehmbarer Druck: 20^(-5)Pa (20 μPa)
- Shcmerzschwelle: ca. 100 Pa (10^(7) μPa
° unhandliche Zahlen
- deswegen: Zehnerlogarithmus: L_p = 20*log (p/ (p_0))
-> Einheit: dB SPL (Zehntel Bel)
-> Referenzdruck p_0= 20 μPa (Hörschwelle bei 1000 Hz)
-> *10 im Druck entspricht +20 im Pegel
-> dem Anstieg von 10 auf 100 mio. μPa entspricht ein Anstieg von 0 zu 140 dB
Rechnen mit dB
° Schalldruck von 2000 μPa -> Pegel von 40 dB
‘20 log(2000/20) = 20 log(100) = 20 log(10²) = 20 ∙ 2 = 40’
° Schalldruck von 20000 μPa -> Pegel von 60 dB
‘20 log(20000/20) = 20 log(100) = 20 log(10³) = 20 ∙ 3 = 60’
° Verdopplung des Drucks bedeutet immer Zuwachs von ca. 6 dB:
L_2p = 20 * log ((2p)/(p_0)) = 20log(2) + 20log(p/(p_0))
Frequenzen des Schalls
° Menschen hören Frequenzen zwischen ca. 20 und 20000 Hz
° Höhere Frequenzen werden als ‘höher’ wahrgenommen (Hohe Frequenzen gehen mit zunehmendem Alter verloren)
° Komplexe Töne (Klänge):
- Setzen sich aus mehreren Sinuskomponenten zusammen
- Erste Komponente: Grundton (Grundfrequenz)
- Harmonische sind ganzzahlige Vielfache des Grundtons
-> Wellenform wiederholt sich periodisch in der Grundfrequenz
Auditive Wahrnehmung
° Psychoakustik untersucht die Beziehung zwischen Schallreizen und menschlicher (oder tierischer) auditiver Wahrnehmung
Lautheit
° als psychologische Größe, die vornehmlich durch den Schalldruckpegel bestimmt wird:
- 0 dB = ‘kaum hörbar’
- 120 dB = ‘verdammt laut’
° Lautheit hängt von anderen Faktoren wie Frequenz, Spektrum, Dauer, Bedeutung und Erwartungen ab
Isophone
Kurven gleicher Lautheit
