Inhalt:

1.  Biologische und physikalische Grundlagen des Hörens  

1.1.  Was ist Schall?  

1.2.  Vom Außenohr zum Hörorgan  

1.3.  Das Hörorgan  

1.4.  Die Hörbahn: Vom Hörorgan zum Gehirn  

2.  Möglichkeiten zur Ortung des Schalls im Raum  

2.1.  Entfernungsbestimmung  

2.2.  Ortung des Raumwinkels  

2.2.1.  Binaurale (zweio hrige) Mechanismen  

2.2.2.  Schallortung mit einem Ohr  

3.  Beispiele aus der Akustik und dem Alltag  

3.1.  Schallverstärkung  

3.2.  Zwei Aufnahme- und Wiedergabeprinzipien  

3.3.  Der Cocktail-Party-Effekt  

3.4.  Das Verlangen nach räumlichem Hören  

3.5.  Virtuelle Akustik  

Quellenverzeichnis   

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1. Biologische und physikalische Grundlagen des Hörens

1.1. Was ist Schall?

Prinzipiell entsteht Schall da, wo ein Medium (z.B. Luft) in Schwingung versetzt wird. In Luft beträgt die Schallgeschwindigkeit ca. 343 m/s, was jedoch keinesfalls bedeutet, dass sich ganze Luftmassen mit dieser Geschwindigkeit bewegen, sondern die Luftmoleküle werden von einer Schallquelle angestoßen; zunächst die angrenzenden, und diese stoßen dann wiederum die nächsten an und so weiter, so dass eine kugelförmige Druckwelle entsteht (im Gegensatz zu den kreisförmigen Wellen im Wasser, die oft zu Vergleichen herangezogen werden). In vielen anderen Medien breiten sich Schallwellen wesentlich schneller aus, wie z.B. in Wasser (1438,8m/s) oder in Eisen (fast 9000 m/s). Im Wesentliche n lässt sich Schall in Rauschen und Töne ordnen. Als Ton wird eine regelmäßige Schwingung bezeichnet, während ein Rauschen aus ungeordneten Luftteilchenbewegungen besteht. Ähnlich wie weißes Licht letztlich aus allen Farben besteht, sind im so genannten „ weißen Rauschen“ alle Frequenzen gleichermaßen vorhanden. Diese Unterschiede kann man auf einem Oszillografen auch grafisch darstellen, das

Ergebnis wäre im einen Extrem eine Sinuskurve (Ton), im anderen eine unregelmäßig gezackte Linie (Rauschen). Ein Sinuston lässt sich leicht durch zwei Eigenschaften mathematisch darstellen:

durch die Amplitude der Schwingung und durch die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde (1 Hz = 1 Schwingung/Sekunde). Die Amplitude ist für die Lautstärke entscheidend, die Frequenz für die Tonhöhe.

Da jede Art von Schall sich kugelförmig ausbreitet, verliert die Druckwelle schnell an Energie. Die Vergrößerung der Kugeloberfläche verhält sich quadratisch zur Entfernung (Radius), d.h. bei doppelter Entfernung von der Schallquelle ist die Oberfläche bereits viermal so groß (s. Abb.1).

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1.2. Vom Außenohr zum Hörnerv

Zunächst wird der Schall von der

Ohrmuschel „aufgefangen“ und nach innen weitergeleitet. Welche Rolle hierbei die Form der Ohrmuschel spielt, wird später erläutert. Der nun folgende ca. 2,5 cm lange Gehörgang dient als Resonanzrohr, Verstärkung des Eingangssignals, für

Schwingungen zwischen 2 und 5,5 kHz, welche Sprachverständnis wichtig sind.

Nun schließen sich das Trommelfell und die drei Gehörknöchelchen („Hammer“, „Amboss“ und „Steigbügel“) an. Diese Kette (Mittelohr) bereitet den ankommenden Schall vor: Durch die Umwandlung von großen, schwachen Schwingungen am Trommelfell in kleinere, stärkere am so genannten „ovalen Fenster“, das den Überga ng vom Mittelohr zum Innenohr markiert, wird der Schalldruck erhöht. Diese Erhöhung resultiert auch daraus, dass das Trommelfell größer ist als das ovale Fenster und somit ein Fokussierungseffekt entsteht. Dies ist notwendig, weil das Innenohr mit Wasser gefüllt ist, und beim Übergang von Luft in Wasser verliert Schall bis auf ein Tausendstel seine gesamte Energie, da er, ähnlich wie Licht, von der Grenzfläche reflektiert wird. Bei Beethoven war das die Gehörknöchelchen umgebende Gewebe verhärtet, so dass s ie in ihrer Beweglichkeit gehindert waren und den Schall nicht mehr ausreichend verstärkten.

Außer der Schalluntersetzung wirkt das Mittelohr auch noch wie eine Pupille, die mehr oder weniger Licht ins Innere des Auge gelangen lassen kann: zwei Muskeln am Hammer und am Steigbügel sind in der Lage, sich reflexartig zusammen zu ziehen und somit wiederum durch die Blockierung der Knöchelchen den ankommenden Schall zu dämpfen.

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1.3. Das Hörorgan

Als Hörorgan wird die Schnecke (lat. Cochlea) bezeichnet. Sie schließt sich an das ovale Fenster an und ist kompliziert aufgebaut. Sie besitzt ungefähr zweieinhalb Windungen und wird durch die Basilar- und die Tectorialmembran der Länge nach in drei Kanäle unterteilt, die mit Flüssigkeit gefüllt sind. Durch die Schallwellen, die am ovalen Fenster auftreffen, wird in der Flüssigkeit eine Welle ausgelöst, die dann, je nach Frequenz unterschiedlich weit, Richtung Ende (Apex) der Schnecke wandert. Dieser Effekt entsteht folgendermaßen: Die Basilarmembran ist an der Basis vergleichsweise schmal und steif, und wird dann zum Apex hin breiter und elastischer und somit träger. Dadurch wird die Amplitude einer Welle mit zunehmender Entfernung von der Basis größer, die Welle wird jedoch langsamer, bis sie am so genannten Resonanzpunkt stehen bleibt. Höhere Frequenzen werden von der zunehmenden Trägheit der Basilarmembran nicht so stark beeinflusst wie niedrige, so dass dieser Punkt bei ihnen näher am Apex liegt.

Auf der Basilarmembran befinden sich ca. 3500 in einer bestimmten Struktur angeordneten Haarzellen, die zusammen das Cortische Organ bilden. Die Haarfortsätze dieser Zellen werden durch die Impulse in der Flüssigkeit bewegt. Diese noch mechanischen Impulse werden nun in elektrische umgewandelt: Die im Ruhezustand halb geöffneten Spitzen der Haarzellen lassen dabei, je nach Verbiegung, mehr oder weniger Ionen ins Innere der Zellen gelangen. Durch den so entstehenden Ionenkonzentrationsunterschied zwischen dem Innern der Zelle und ihrer Umgebung entsteht eine Spannung an der Zellmembran. Je nach Stärke dieser Spannung wird eine entsprechende Menge von chemischen Botenstoffen (Neurotransmittern) ausgeschüttet. Neuronen im so genannten Spiralganglion empfangen diese mittels ihrer Fasern (Axone) und wandeln sie wieder in Spannung um. Ist diese groß genug, feuert das Neuron ein Aktionspotential, das durch die Axone des Nucleus cochlearis, der den Beginn der „Hörbahn“ darstellt, aufgenommen wird (s. Abb.3).

Das Öffnen und Schließen des Ionenkanals der Haarzellen und die damit verbund ene Generierung eines elektrischen Impulses geschieht innerhalb von 10 Mikrosekunden, was den Hörsinn um zwei bis drei Zehnerpotenzen schneller macht als das Sehen oder das Riechen.

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