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Inhalt Was ist Psychoakustik? Grundfragen und Methoden Begriffe psychoakustische Parameter die Hörfläche Verdeckung Wahrnehmung von Tonhöhe, Lautheit,

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Präsentation zum Thema: "Inhalt Was ist Psychoakustik? Grundfragen und Methoden Begriffe psychoakustische Parameter die Hörfläche Verdeckung Wahrnehmung von Tonhöhe, Lautheit,"—  Präsentation transkript:

1 Inhalt Was ist Psychoakustik? Grundfragen und Methoden Begriffe psychoakustische Parameter die Hörfläche Verdeckung Wahrnehmung von Tonhöhe, Lautheit, Tempo, Rhythmus Frequenzgruppen Isophone Rhythmus

2 Literaturempfehlungen Békésy, Georg von (1960): Experiments in hearing OShaughnessy, Douglas (1987): Speech Communication - human and machine Terhardt, Ernst (1998): Akustische Kommunikation Zwicker, Eberhard / Fastl, Hugo (1990): Psychoacoustics: facts and models

3 Psychoakustik Teilgebiet der Psychophysik Gegenstandsbereich: Zusammenhänge zwischen physikalischen Schallfeldgrößen (Schallereignisse) und menschlicher Wahrnehmung von Schall (Hörereignis) physikalische Größenpsychoakustische Größen FrequenzTonhöhe PegelLautheit Dauerwahrgenommene Dauer Anwendungsgebiete Schallwirkungsforschung, Lärmwirkungsforschung, Audiologie Telekommunikation, Audiokompression, Geräuschdesign Sprachgütebeurteilung, Raumakustik, Tonstudiotechnik

4 Grundfragen der Psychoakustik Wie funktioniert die...? Wahrnehmung der Tonhöhe Wahrnehmung der Lautheit Wahrnehmung der Dauer (Tempo) Wahrnehmung von Klangveränderungen Wahrnehmung von Rhythmus räumliche Wahrnehmung

5 Methoden der Psychoakustik Tests, bei denen subjektive Urteile von Versuchspersonen erhoben werden klassische: Einregelungsmethode (method of adjustment) Größenschätzung (magnitude estimation) Paarvergleich adaptive: Forced-Choice-Methoden (2-AFC, 3-AFC, 4-AFC) Békésy-Tracking Art der zu verwendeten Methode ist abhängig von der Fragestellung Vor- und Nachteile der verschiedenen Methoden

6 Begriffe Schall = Schwingungen eines Mediums (Luft, Wasser...) = rhythmisch abwechselnde Verdichtung und Verdünnung Frequenz, Amplitude, Phase Schalldruck - Schalldruckpegel Schallschnelle - Schallschnellepegel Schallintensität - Schallintensitätspegel Schallleistung - Schallleistungspegel

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8

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10 Auslenkung Geschwindigkeit Beschleunigung (Schnelle) Schalldruck)

11 Begriffe Ton = einzelne, reine Sinusschwingung mit best. Frequenz Klang = Tongemisch, bestehend aus Grundton und Obertönen (Harmonische) mit periodischen Eigenschaften Geräusch = beliebige Kombination aus Frequenzen und Lautstärken, nicht periodisch

12 Psychoakustische Parameter Lautheit [sone] Schärfe[acum] Tonhöhe[mel] oder [bark] oder [ERB] Rauigkeit[asper] Schwankungsstärke[vacil] Tonhaltigkeit Impulshaftigkeit

13 Bedeutende Psychoakustiker Hermann von Helmholtz: 1863: Die Lehre von den Tonempfindungen erstmals Unterscheidung zwischen Pänomen (=Reizgröße) und Wahrnehmung (Empfindungsgröße) Georg von Békésy Eberhard Zwicker Jens Blauert und viele andere...

14 Hörfläche

15 Schmerzschwelle und Grenzwert für Gefährdung Schmerzschwelle von der Frequenz abhängige Lautstärke eines Tons, oberhalb derer unmittelbare Gehörschäden auftreten Grenzwert für Gefährdung liegt unterhalb der Schmerzschwelle längere Einwirkung von Schallpegeln oberhalb dieses Grenzwertes führen zu temporären oder permanten Gehörschäden (Lärmschwerhörigkeit)

16 Ruhehörschwelle Ruhehörschwelle = absolute Hörschwelle Wahrnehmbarkeit eines (Test-) Schalles ohne Anwesenheit anderer Schalle Schalldruckpegel eines Sinustons, der in Abhängigkeit von seiner Frequenz gerade noch wahrgenommen wird Ermittlung: durch pendelndes Einregeln

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18 Ruhehörschwelle

19 Ruhehörschwelle in Abhängigkeit vom Alter

20 Weitere Hörschwellen (engl. threshold) Mithörschwelle Wahrnehmbarkeit eines (Test-) Schalles bei Anwesenheit bzw. unter dem Einfluss anderer Schalle (Störschall, Maskierer) Differentielle Wahrnehmbarkeitsschwelle (Unterschiedsschwelle, just noticeable difference) mindestens notwendige Änderung eines Reizes, damit eine Änderung wahrgenommen werden kann

21 Beispiele für Lautstärkepegel BeispieledB Ruhehörschwelle0 Blätterrascheln (in der Ferne), ruhiges Atmen10 Flüstern20 Ruhiges Zimmer20-30 Gesetzl. Grenzwert für Nachtgeräusche in Wohngebieten35 Gespräch40-60 Gesetzl. Grenzwert für Taggeräusche in Wohngebieten45 TV (normal laut), Stressgrenze60 Staubsauger in 1m Abstand, Haushalts-, Bürolärm70 Hauptverkehrsstraße (5m Abstand)80 Autohupen, LKW-Fahrgeräusche, Schnarchen90 Stereoanlage mit Lautsprechern Discomusik, Presslufthammer, Motorrad, Kreissäge100 Rockkonzert, Walkmen (laut), Kettensäge, Flugzeug (nah) Schmerzschwelle, Düsenflugzeug130 Gewehrschuss, Raketenstart140 Ohrfeige direkt aufs Ohr170

22 Akustische Täuschungen es ist möglich, Töne zu hören, die nicht als Schall vorhanden sind genaue Untersuchung von Täuschungen kann zur Erkenntnisgewinnung beitragen, wie das menschliche Gehör Schallsignale verarbeitet Bsp: Shepard-Skala Stereofonie Synästhesie visuelle Beeinflussung (z.B. McGurk-Effekt) Tinnitus

23 Psychoakustische Phänomene Schwebungen Schwankungen der Amplitude, die dann auftreten, wenn der Frequenzabstand zwischen 2 Tönen < 20 Hz beträgt Differenzfrequenz zwischen den beiden Tönen bestimmt die Frequenz der Amplitudenschwankungen ist keine akustische Täuschung, weil die Amplitudenschwankungen im akustischen Signal nachweisbar sind Verdeckung laute Töne verdecken leise zählt zu den akustischen Täuschungen

24 Verdeckung (Masking) zeitliche Verdeckung (temporal masking) Simultanverdeckung Vorverdeckung Nachverdeckung

25 Verdeckung in Abhängigkeit von der Lautstärke

26 Wahrnehmung der Tonhöhe bei reinen Tönen relativ nah an der realen Frequenz Messung über Verhältnistonhöhe doppelte Tonhöhe = wievielfache Frequenz ? bis etwa 1 kHz linear, danach überproportionaler Anstieg der Frequenz notwendig bei komplexen Tönen (Klängen) und Geräuschen schwierig zu bestimmen komplexe Töne: meist der Abstand zwischen den enthaltenen Tönen (=Grundfrequenz), aber abhängig von der Lautstärke (bandbegrenztes) Rauschen: nahe der Grenzfrequenz (cut-off-frequency)

27 Zusammenhang Frequenz - Tonheit

28 Vergleich von Tonhöhenskalen

29 Frequenzgruppen und Tonheit Frequenzgruppe (critical band) ist der Frequenzbereich (=Band), innerhalb dessen das Gehör ein Merkmal zusammenfasst Intensität, Klang, Richtung Aneinanderreihung von Frequenzgruppen gehörgerechte Frequenzskala = Tonheit Menschen hören 24 Frequenzgruppen (s. Barkskala) Einheiten für die Tonheit (=wahrgenommene Tonhöhe): Mel Bark doppelter Wert = doppelt so hoher Ton (gilt für die Frequenz in Hz nicht)

30 Wahrnehmung von Lautheit ebenso wie bei der Tonhöhe gilt: Intensität Lautheit kann nicht aus der geraden wahrnehmbaren Intensitätsänderung konstruiert werden ist abhängig vom spektralen und zeitlichen Eigenschaften des Signals verschiedene Modelle zur Berechnung basieren auf experimenteller Ermittlung, z.B. Größenschätzung z.B. spezifische Lautheit nach Zwicker Gesamtlautheit eines Schalls ist die Summe der spezifischen Lautheiten in jedem einzelnen Frequenzband

31 Isophone – Kurven gleicher Lautheit

32 Dämpfung/Verstärkung zum Ausgleich der Schallfeldeigenschaften damit ein Schall im diffusen Schallfeld gleich laut wirkt wie im freien Schallfeld, muss er entsprechend der dargestellten Funktion gedämpft/verstärkt werden

33 Spezifische Lautheit nach Zwicker

34 Wahrnehmung der Dauer

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36 Wahrnehmng von Tempo und Rhythmus Annahme: Bursts in gleichen Abständen erzeugen die Wahrnehmung eines gleichförmigen Rhythmus falsch gilt nur für sehr kurze Bursts mit steilen Hüllkurven Schalle mit graduellem Intensitätsanstieg verschieben den Zeitpunkt der Wahrnehmung eines Rhythmusereignisses (temporal shift) abhängig von Dauer und Signalform in Sprache: jede (betonte) Silbe erzeugt ein Rhythmusereignis lautheitsbasiertes Rhythmusmodell nach Zwicker

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38 Lautheitsbasiertes Rhythmusmodell nach Zwicker

39 Beispiel

40 Zusammenfassung Psychoakustische Phänomene Zusammenhang Akustik – Wahrnehmung Wahrnehmung von Tonhöhe, Lautheit, Dauer Schärfe, Rauhigkeit, Schwankungsstärke für Töne und Rauschen schon recht gut erforscht aber: nicht direkt auf Sprache übertragbar Tonhöhe, Lautheit schon gut erklärt besonders Rhythmus und Klangwahrnehmung sind noch wenig erforscht


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