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Grundlagen des Hörens Klaus Frieler Universität Hamburg Musikwissenschaftliches Institut Seminar 56.803, SoSe 08.

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Präsentation zum Thema: "Grundlagen des Hörens Klaus Frieler Universität Hamburg Musikwissenschaftliches Institut Seminar 56.803, SoSe 08."—  Präsentation transkript:

1 Grundlagen des Hörens Klaus Frieler Universität Hamburg Musikwissenschaftliches Institut Seminar , SoSe 08

2 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Überblick Aufbau des Ohrs Cochlea Neuronen Die auditorische Bahn Lautheitswahrnehmung Tonhöhenwahrnehmung Klangfarbe Konsonanz-Dissonanz

3 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Aufbau des Ohrs 1.Ohrknorpel 2.Ohrkanal 3.Ohrmuschel (Pinna) 4.Trommelfell 5.Ovales Fenster 6.Hammer 7.Amboss 8.Steigbügel 9.Bogengänge 10.Gehörschnecke (Cochlea) 11.Hörnerv 12.Eustachische Röhre Quelle:

4 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Aufbau des Ohrs - Signalweg Außenschall (Luft)Pinna (Luft) Trommelfell (Mech.) Gehörknöchelchen (Mech.) Cochlea (Hydr.) Basilarmembram (Mech.) Haarzellen (Elektr.- Mech.)Auditorischer Nerv (Elekt.-Chem.)

5 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Aufbau des Ohrs - Cochlea

6 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Cochlea Wanderwelle auf der Basilarmembran Frequenzselektivität: –Hohe Frequenzen Maxima an der Basis (ovales Fenster) –Niedrige Frequenzen maixma an der Spitze (Helicotrema) Äußere Haarzellen (ca ) wirken als adaptives Filter (top-down) Innere Haarzellen (ca ) im Cortischen Organ längs der Basilarmembran transduzieren die mech. Wanderwelle in Nervenimpulse (bottom-up) Tonotopie

7 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Aufbau des Ohrs - Cochlea

8 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Aufbau des Ohrs - Cochlea

9 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Neuronen

10 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Neuronen - Schema DendritenSynapsenDendriten SomaAxon Synapsen

11 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Neuronen Nervenzellen bestehen aus –Soma (Zellkörper) –Axon (Ausgangsleitung) –Dendriten (Eingangsleitungen) Synapsen bilden die Übergängen zwischen verschiedenen Neuronen Hauptfunktion ist die Erzeugung und Weiterleitung von elektro-chemischen Signalen (Aktionspotentiale, Spikes)

12 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Synapsen und Spikes Synapsen benutzen Neurotransmitter Synapsen können Aktivierend oder Hemmend sein Synapsen haben bestimmte Stärken (Veränderung der Stärken = Lernen) Einkommende Signale werden im Soma addiert. Wird ein Schwellwert überschritten feuert das Neuron Messgröße: spike rates (Feuerraten)

13 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Aktionspotential - Spike

14 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Auditorische Neuronen Jede Hörneuron hat ein rezeptives Feld: Aktivitätsbereich in Abhängigkeit von Frequenz und Intensität Charakteristische Frequenz (CF) : Frequenz mit der niedrigsten Feuerschwelle Beste Frequenz (BF): Frequenz mit der höchsten Feuerrate bei gegebener Tonintensität Kritische Bandbreite jedes Hörneurons (Logarithmisch, ~ 1 Terz)

15 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Auditorische Neuronen

16 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Die Auditorische Bahn Hörnerv Cochlea Nucleus Superior Olive Inferior Colliculus Medial Geniculatus Auditorischer Cortex

17 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Die Auditorische Bahn

18 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Lautstärkenwahrnehmung Schalldruckpegel, Schallintensität: Physikalische Leistung einer Schallwelle (I ~ p 2 ) Das menschliche Ohr kann Schallintensitäten zwischen W/cm 2 und W/cm 2 erfassen (1kHz): 12 Zehnerpotenzen! (0-120 dB) Logarithmische Skala: dezibel (p 0 = 20 Pa) Weber-Fechnersches Gesetz s ~ x/x Logarithmische Skalen in der Wahrnehmung Just Noticable Difference bei 1kHz: 0,1 – 1 dB

19 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Lautstärkenwahrnehmung Wahrnehmung der Schallintensität ändert sich mit der Frequenz Phon-Skala: Gleiche Lautstärke von Sinustönen verschiedener Frequenz Bei 1kHz: dB = Phon Phonskala nicht distanztreu Lautheit: Sone–Skala –Doppelte Sone-Wert entspricht doppelter Lautheit

20 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Lautstärkenwahrnehmung

21 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Verdeckung Verdeckung (Masking): Nicht-Wahrnehmbarkeit von Tönen in Gegenwart anderer Töne Mp3 und andere Audiokompressionsverfahren basieren u.a. auf Verdeckungseffekten Frequenz- und Zeitabhängig Nachverdeckung: Vorgehender stärkerer Ton verdeckt nachfolgenden schwächeren Vorverdeckung: Folgender stärkerer Ton verdeckt vorhergehenden schwächeren Ton

22 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Tonhöhenwahrnehmung Tonhöhenwahrnehmung entsteht durch periodische Eigenschaften des Schalls Hängt prinz. von Klangfarbe (Spektrum) und Lautstärke ab EmpfundeneTonhöhe ist nicht gleich der niedrigesten, stärksten Frequenz Phänomen der Residualtöne (missing fundamental, Schouten 1940): Fehlender Grundton wird ergänzt

23 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Tonhöhenwahrnehmung Tonotopie der Auditorischen Bahn basiert auf Tonhöhe und nicht auf Frequenz Phasenkopplung der auditorischen Nerven bis 2kHz Kein allseits akzeptiertes Modell Tonhöhenwahrnehmung: Orts/Zeittheorien Kombinationstöne sind nicht an der Tonhöhenwahrnehmung beteiligt

24 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Tonhöhenwahrnehmung

25 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Tonhöhenwahrnehmung Tonhöhenwahrnehmung ist kategorial Unterschiedschwelle (JND) für Tonhöhen (Sinuston, ~70 Phon, 1kHz): 5 cent (0,3%) cent(f, f 0 ) = 1200 log 2 f/f 0, z. B. cent(2f, f) = 1200 (Oktave) Phänomen der Oktavidentität Revesz Zweikomponententheorie der Tonhöhe: Tonigkeit und Helligkeit (pitch class, Chroma und Oktavlage), Neuronale Evidenz für Tonhöhenhelix

26 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Tonhöhenhelix Langner (2007)

27 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Klangfarbe Faktoren des Wahrnehmungsphänomens Klangfarbe: –Gestalt des Frequenzspektrums (Obertongehalt) –Zeitliche Entwicklung des Spektrums (Auftauchende, sinkende Obertöne) –Ein/Ausschwingvorgänge Formanten: Feste Resonanzbereiche im Spektrum Dimensionen der Klangfarbe nicht eindeutig: Schwer systemfähig

28 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Dimensionen der Klangfarbe Spektraler Schwerpunkt Spektrale Abweichung Spektrale Dichte Einschwingzeit Ausschwingzeit Hüllkurve Spektraler Fluss Tonhöhenstärke Einschwingsynchronizität Geräuschhaftikeit

29 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Dimensionen der Klangfarbe Grey (1977)

30 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens Konsonanz-Dissonanz Problem der Verquickung von ästhetischen und perzeptiven Aspekten Perzeptive Aspekte: –Schwebung –Rauigkeit –Schärfe –Verschmelzung –Kleine ganzzahlige Intervalle –Kritische Bandbreiten


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