Musikwissenschaftliches Institut

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1 Musikwissenschaftliches Institut
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 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

3 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens
Aufbau des Ohrs Ohrknorpel Ohrkanal Ohrmuschel (Pinna) Trommelfell Ovales Fenster Hammer Amboss Steigbügel Bogengänge Gehörschnecke (Cochlea) Hörnerv Eustachische Röhre Quelle: Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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

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

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 Corti‘schen Organ längs der Basilarmembran transduzieren die mech. Wanderwelle in Nervenimpulse (bottom-up) Tonotopie Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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

9 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens
Neuronen Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

10 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens
Neuronen - Schema Dendriten Synapsen Dendriten Soma Axon Synapsen Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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) Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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) Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

13 Aktionspotential - Spike
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14 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) Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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

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Die Auditorische Bahn Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

18 Lautstärkenwahrnehmung
Schalldruckpegel, Schallintensität: Physikalische Leistung einer Schallwelle (I ~ p2 ) Das menschliche Ohr kann Schallintensitäten zwischen W/cm2 und 10-4 W/cm2 erfassen (1kHz): 12 Zehnerpotenzen! (0-120 dB) Logarithmische Skala: dezibel (p0= 20 mPa) Weber-Fechner‘sches Gesetz Ds ~ Dx/x Logarithmische Skalen in der Wahrnehmung Just Noticable Difference bei 1kHz: 0,1 – 1 dB Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

19 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 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

20 Lautstärkenwahrnehmung
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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 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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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 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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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 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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Tonhöhenwahrnehmung Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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Tonhöhenwahrnehmung Tonhöhenwahrnehmung ist kategorial Unterschiedschwelle (JND) für Tonhöhen (Sinuston, ~70 Phon, 1kHz): 5 cent (0,3%) cent(f, f0) = 1200 log2 f/f0, 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 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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Tonhöhenhelix Langner (2007) Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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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 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens

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

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

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 Klaus Frieler: Grundlagen des Hörens