VL 10 - Allgemeine Psychologie 1 online lernen

Allgemeine Psychologie 1 (Fach) / VL 10 (Lektion)

auditives system

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Schallwellen =Luftdruckveränderungen, die unser Ohr treffen ⇒ So werden z.B. Luftmoleküle durch eine Lautsprechermembran, z.B. eine Stimmgabel, angestoßen, wodurch ein Muster aus Verdichtung und Verdünnung entsteht ⇒ Auch gut erzeugbar mit einem Lautsprecher, bei dem die Membran hin und her schwingt, so dass die Schwingungen entstehen, die nötig sind ⇒ Schall breitet sich in der Luft mit etwa 340m/sek aus ⇒ D.h. die physikalische Grundlage für das, was man hört, sind Luftdruckschwankungen und zwar mit bestimmter Amplitude und bestimmter Frequenz
Amplitude Ausmaß der Druckänderung; gemessen in Newton
Frequenz Anzahl der Wiederholungen dieser Druckänderung pro Sekunde; gemessen in Hertz
Was ist hörbar für den Menschen? -Hörschwelle für einen 1000-Hz-Ton = Luftdruckschwankung von ca. 2 * 10 -5 Newton/m² -Hörschwelle bei der Frequenz im Bereich von ca. 20 Hz bis ca. 20.000 Hz -Bei jungen Menschen -Wenn man älter wird, verliert man altersbedingt die Fähigkeit, hohe Frequenzen zu hören -Bei anderen Spezies ganz anders -> Für Fledermäuse würden sich von uns künstlich erzeugte Töne vielleicht komisch anhören, weil Frequenzen fehlen, die sie normalerweise hören ^^ Wie beim Auge auch ;)
Das Fourier-Analyse-System -Grundgedanke: Wir haben einen musikalischen Klang und wollen ihn in die reinen Töne zerlegen, aus denen er besteht -Fourier (Mathematiker) entdeckte, aufgrund der Sinusform der Geräusche: -Beliebige akustische Ereignisse können zerlegt werden in a) Amplitudenanteile reiner Töne (Fourier-Spektrum) oder b) Amplitudenverläufe reiner Töne über die Zeit und c) verlustfrei wieder zusammengesetzt werden
Spektogramm = die Darstellung des zeitlichen Verlaufes des Leistungsspektrums eines Signals. Spektrogramme finden vielfältige Anwendung, zum Beispiel zum Zweck der Analyse von Schallsignalen, der Signalverarbeitung und der Bildverarbeitung Einfach gesagt stellt ein Spektrogramm die Zusammensetzung eines Signals (zum Beispiel eines Klangs oder gesprochener Sprache) aus einzelnen Frequenzen im zeitlichen Verlauf dar - (x-Achse = Zeit, y-Achse = Frequenz, Färbung = Amplitude; umso intensiver/röter gefärbt, desto größer)
natürliche Töne werden z.B. von einem Musikinstrument erzeugt immer: komplexe Töne - weisen (je nach Instrument) eine starke zeitliche Dynamik der Amplitudenanteile reiner Töne auf - besitzen eine Grundfrequenz (f 0 ) sowie mehrere Obertöne, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind (sog. Harmonische), z.B. 400 Hertz, 800 Hertz, 1200 Hertz (vielfaches von 400) - Die konkrete Zusammensetzung des komplexen Tones und die zeitliche Dynamik der Zusammensetzung identifizieren das Musikinstrument (= Eine Trompete macht z.B. immer diese Töne…) - Damit sie besser gehört werden, benötigt ein Instrument einen Resonanzkörper oder einen Verstärker - Die Obertöne sind so natürlich, dass es beim Hören nicht nach mehreren Tönen klingt, wenn man welche hinzufügt, sondern nach einem „zusammengehörigen Ganzen“, und dass auch nichts als störend empfunden wird - Obertöne werden z.B. bei der Gitarre durch Finger-auf-bestimmte-Saiten-Legen erzeugt
Lautheit = Psychologischer Begriff für Lautstärke, d.h. empfundene Lautstärke • Hängt hauptsächlich mit der Luftdruckschwankung, d.h. der Amplitude zusammen →Je größer die Amplitude, desto lauter →Problem: Schallwellen weisen oft eine Vielzahl unterschiedlicher Amplituden auf! Deshalb: Dezibelskala, um besser rechnen zu können →Umrechnungsformel: →p = der Schalldruck
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Umrechnungsformel Lautheit 1 DB SPL = 20*log(p/p0) →p = der Schalldruck →Merke als Faustformeln: ➢ Im Freifeld nimmt der Schalldruckpegel mit ca. 6 dB pro Entfernungsverdoppelung ab ➢ Ein zweiter (kohärenter) Lautsprecher führt zu ca. 6 dB mehr Schalldruck ➢ Eine Senkung des Schalldruckpegels um ca. 10 dB führt zu einer Halbierung der wahrgenommenen Lautheit; eine Erhöhung um 10dB zur Verdopplung ⇒ Will ich etwas halb so leise haben, muss ich es um 10dB senken oder ich muss, falls es z.B. 12 dB hat (^^), mich doppelt so weit weg zur Lärmquelle stellen wie bisher!
Phon-Skala →Auf der x-Achse ist die Frequenz, auf der y-Achse die Dezibel-Zahl →Der Bereich unter der letzten Linie wird nicht gehört; der Bereich über der oberen Linie führt zu Schmerzen →Eine Linie = Kurve gleicher Lautheit oder Isophon → Das, was auf der Linie liegt, hört sich jeweils subjektiv gleich an →Ist die Frequenz gering, kann ein 10dB-Ton also nicht gehört werden; ist sie größer, kann sogar noch ein Ton unter dieser Stelle gehört werden →Ein ca. 80dB-Ton bei 0 Hertz hört sich genauso laut an wie ein 0dB-Ton bei 1000 Hertz (Beides gerade so hörbar)
musikalische Tonhöhe Chroma →In der Musik ist genau definiert, dass ein Ton zum nächsten führt, im immer gleichen Abstand; erst c, dann d, immer so und so viel Halbtonschritte… Deshalb konstante Steigerung
Empfundene Tonhöhe komplexer Töne -Bei natürlichen Tönen (bestehend aus der Grundfrequenz und ihren Harmonischen) wird als Höhe die Grundfrequenz wahrgenommen, selbst, wenn diese gar nicht mitgespielt wird!
Klagfarbe Timbre · Bei komplexen oder natürlichen Tönen bestimmten die konkreten Amplitudenverhältnisse der ganzzahligen Vielfachen (Harmonischen) das Timbre, also die Klangfarbe · Bsp. für Klangfarben: Flöte klingt klar oder weich, das Fagott näselnd… · Unterscheiden sich zwei Melodien derselben Lautheit, Dauer und Tonhöhe, unterscheiden sie sich in der Klangfarbe · Klangfarbe ist nicht Chroma! Zwei komplexe Töne können den gleichen Grundton und damit das gleiche Chroma haben und trotzdem unterschiedliche Klangfarben! · Klangfarbe, Dynamik und Amplitudenverlauf sind charakteristisch für bestimmte Instrumente und lassen sie uns erkennen; spielt man die Aufnahmen von Instrumenten rückwärts ab, erkennt man die wenigsten wieder
Klangfarbe beim Instrument lässt sich beeinflussen -Denselben Ton (Chroma) auf verschiedene Arten erzeugen (z.B. auf verschiedenen Saiten denselben Ton) -Lauter oder leiser spielen -Saiten mit den Fingern, den Fingernägeln, einem Plektrum oder einem Bogen anschlagen / anstreichen, die Saiten mit dem Handballen abdämpfen, an verschiedenen Stellen... -Bei elektronischer Verstärkung: Auswahl des Tonabnehmers, der Reglereinstellungen am Verstärker, Einsatz verschiedener Effektgeräte
Außenohr d.h. Ohrmuschel + Äußerer Gehörgang ⇒ Verstärkung der Töne ⇒ Richtungsabhängige Frequenzfilterung → D.h. abhängig von der Einfallrichtung und von der Länge des Gehörgangs (=vorgegeben ^^), werden bestimmte Frequenzen verstärkt → Dies liegt an der Resonanz im Gehörgang
Mittelohr · d.h. Trommelfell + Gehörknöchelchen (Hammer, Amboss, Steigbügel) - Umwandlung der Luftschwingungen in Flüssigkeitsschwingungen, damit die mit Flüssigkeit gefüllte Hörschnecke damit arbeiten kann
Innenohr d.h. Schnecke / Cochlea ⇒ Umwandlung der mechanischen Schwingungen in elektrische Impulse - Besteht aus einem oberen Teil/Gang, der scala vestibuli und einem unteren Teil/Gang, der scala tympani → Beide werden durch die sog. chochleale Trennwand oder scala media voneinander getrennt (auch Schneckenmembran) ⇒ Sie enthält das wichtige cortische Organ ⇒ Die scala media ist der wichtigste Teil und erstreckt sich von der Basis nahe den Gehörknöchelchen bis zum Apex am anderen Ende • Fällt ein Geräusch ins Ohr, breitet sich der Druck vom ovalen Fenster, d.h. vom Steigbügel über den Apex zum sog. runden Fenster aus ⇒ Dadurch wird der gesamte Schneckengang in Schwingung versetzt!
Das cortische Organ im Inneren des Schneckengangs - enthält die Tektorialmembran, - Haarzellen - Basiliarmembran
Basiliarmembran die als Antwort auf Schallereignisse vibriert o Sie wird von Basis zu Apex breiter und ist steifer an der Basis als am Apex o Kommt ein Ton ins Gehör, wandert eine Wanderwelle über die Basiliarmembran, d.h. sie schwingt und sieht dabei aus wie eine Welle o Diese Welle pflanzt sich von der Basis zum Apex fort o Ermittelt man für jeden Punkt der Membran die maximale Auslenkung, erhält man die sog. Hüllkurve der Wanderwelle à Man sieht, dass sie immer an einer bestimmten Stelle ein Maximum hat!!! o Wo dieses Maximum auftritt, ist frequenzabhängig à Bei hohen Frequenzen nahe der Basis, bei niedrigen Frequenzen nahe dem Apis -> Es wird also sozusagen nach Frequenzen „gefiltert“, kein Frequenzmischmasch erzeugt
Haarzellen o Äußere Haarzellen sind mit der Tektorialmembran verbunden o Innere Haarzellen reagieren auf Schwingung der umgebenden Flüssigkeit o Abknicken der Sinneshärchen (Stereocilien) ist der spezifische Reiz o Auslenkungsempfindlichkeit: Abscherung um 100 Picometer genügt
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Ortstheorie der Tonhöhe · Herkunft: Physiologische Beobachtungen (von Helmholtz, und Békésy) · Behauptungen: - Maximum der Wanderwelle auf der Basiliarmembran ist frequenzabhängig (unstrittig) -Ort der maximalen Erregung kodiert die Tonhöhe (umstritten)
Die Zeittheorie der Tonhöhe ⇒ Nicht, welche Zellen feuern ist entscheidend, sondern das zeitliche Muster des Feuerns ⇒ Zellen feuern zu einem bestimmten Punkt (z.B. Maximum) der Welle (phase locking)⇒ Periode des Signals wird kodiert (bleibt konstant auch mit Obertönen bzw. Harmonischen) • Problematisch an dieser Theorie: Die Refraktärzeit der Nervenfasern ⇒ Müsste z.B. bei 2 kHz-Ton jede halbe Millisekunde feuern, kann aber max. 500 mal / Sekunde ⇒ Lösung: Wevers Salvenprinzip (volley theory) →z.B. Neuron a reagiert nur auf jedes 6. Maximum, Neuron b ebenfalls, aber versetzt → Mehrere Nervenzellen kodieren das zeitliche Muster also gemeinsam! „Was eine nicht schafft, das schaffen mehrere zusammen!“
Tonhöhe allgemein Ortskodierung und Zeitkodierung scheinen sich zu ergänzen und zusammenzuarbeiten! 1. Es gibt wohl einen zentralen Tonhöhenerkenner, möglicherweise im auditiven Cortex 2. Dieser findet die beste Übereinstimmung und berechnet die Grundfrequenz - z.B. durch Berechnung des kleinsten gemeinsamen Vielfachen - z.B. durch die Bestimmung sogenannter Subharmonischen 800 1000 1200
Das Phänomen der kritischen Bänder Das auditive System besitzt Frequenzfilter (Bandpassfilter) -> Damit kann es gewisse Frequenzen herausfiltern, die unwichtig sind, z.B. irrelevante Geräusche! - Innerhalb einen Filters resultieren andere Effekte als zwischen Filtern Die Unterteilung des hörbaren Frequenzspektrums in kritische Frequenzbänder, die von Heinrich Barkhausen vorgenommen wurde, spiegelt das Auflösungsverhalten des menschlichen Ohres wieder
Auswertung des kritischen Bands - Zu Beginn sehr konsonant, dann dissonant, dann wieder konsonant; in dem Moment, in dem das kritische Band in seiner Breite („Bandbreite“ ^^) zuende ist, wird nicht mehr ausgefiltert und es klingt wieder konsonant! - Die Breite der kritischen Bänder ist frequenzabhängig und hat einen direkten Zusammenhang mit der Basilarmembran · Der primäre Kortex ist tonotop organisiert, d.h. die Töne werden auch im Kortex nicht an beliebigen Orten verarbeitet, sondern Zellen, die bestimmte Dinge verarbeiten, haben um sich Zellen, die ähnliches verarbeiten (Entspricht retionotopem Aufbau beim Sehen!) - Jedes kritische Band ist etwa 1,3mm auf der Basilarmembran lang
Einordnung des Tones Die Hörschwelle für einen Ton ist nicht nur von der Frequenz abhängig, sondern auch davon, was akustisch sonst noch im selben kritischen Band stattfindet - Töne können maskiert werden – durch andere Geräusche –, so dass man sie nicht mehr wahrnimmt!
Maskierungsarten o Simultanmaskierung: Man hat zwei Töne gleichzeitig, einer ist lauter/deutlicher als der andere o Vorwärtsmaskierung: Ein früherer (lauter) Ton kann einen späteren (leisen) maskieren o Rückwartsmaskierung: Andersrum; Prof sagt aber auch, schwer zu sagen, wie das gehen soll
verlustbehaftete Audiodatenkompression Was man nicht hört (was maskiert ist), muss nicht übertragen werden - Auf diese Weise kann man differenzieren zwischen Tönen, die wichtig sind zu übertragen (z.B. im Radio) und solchen, die man weglassen kann, weil sie sowieso nicht wahrgenommen werden
Lokalisation eines Tons 1. Interaurale Zeitdifferenz 2. Interaurale Pegeldifferenz 3. Interaurale Timbredifferenz
2. Interaurale Pegeldifferenz =Beide Ohren erreichen unterschiedliche Schallpegel -Passiert, weil der Kopf ein Hindernis für die Schallausbreitung ist -Das abgewandte Ohr (Ohr „im Schallschatten“/“Hörschatten“) erreicht eine niedrigere Frequenz, ein weniger intensiver Ton -Dies gilt nur für hohe Frequenzen à Sie werden ausgebremst, weniger intensiv, kommen nicht so um die Ecke rum wie tiefe à Deswegen hört man in gewisser Entfernung zu einem Fest meistens die Bässe (=Tief) ^^Daraus entsteht -Genutzt v.a. bei hohen Frequenzen
3. Interaurale Timbredifferenz -Durch die unterschiedlichen „Um die Ecke-Übertragungen“ hoher und tiefer Frequenzen kommt bei den Ohren auch eine unterschiedliche Klangfarbe an -Auch abhängig davon, wie ich den Kopf halte, und aufgrund der schallreflektierenden Eigenschaften der Hörmuschel, entsteht unterschiedliches Timbre! -> Ob ein Signal verstärkt wird, hängt schließlich davon ab, wie es ins Ohr fällt! Will ich ein Signal orten, drehe ich mein Ohr in die entsprechende Richtung…
1. Interaurale Zeitdifferenz - Man hat zwei Ohren, d.h. es gibt eine zeitliche Differenz, wann der Schall das eine Ohr und wann das andere erreicht – Abhängig davon, woher der Schall kommt - Befindet sich die Schallquelle direkt vor dem Hörer, ist die Entfernung zu beiden Ohren identisch und der Schall fällt zeitgleich in beide Ohren; ist die Quelle jedoch seitlich, wird das Ohr auf der Seite schneller erreicht - Umso seitlicher, desto größer ist die interaurale Zeitdifferenz! - Dies gilt v.a. für ein beginnendes Geräusch und liegt (logisch^^) an der Schallgeschwindigkeit - Genutzt v.a. bei niedrigen Frequenzen (<1500 Hertz)
Der Effekt des Echos · In vielen Fällen kommt ein Geräusch physikalisch nicht nur einmal ins Ohr – und oft auch bei den Wiederholungen im Timbre verändert! · Diesen Sekundärschall aufgrund von Reflektionen des Raumes nehmen wir (bei nicht allzu großer Zeitdifferenz) nicht als wiederholtes Geräusch wahr, sondern als Eigenschaft des Raumes à Eine Art Echo, das nicht einzeln wahrgenommen! · Es findet oft eine Fusion von Schallelementen statt (Ich höre eine Melodie, auch wenn mehrere Instrumente spielen) und gleichzeitig gibt es eine Seperation der einzelnen Objekte, d.h. ich höre die einzelnen Instrumente trotzdem noch heraus , kann sie unterscheiden
Stream Segregation o Die zwei Schallereignisse (Sprache und Husten) können nicht zeitlich aufeinander bezogen werden (da in verschiedenen „streams“) - > Große zeitliche Fehleinschätzung bezüglich des Zeitpunkts des Hustens o Nützlich für Sprachverstehen in lärmiger Umgebung