Physiologie des Gehörs und Auditive Wahrnehmung beim Menschen

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Einleitung

Erläuterung

I Allgemeines & Grundlagen
1 Akustik
1.1 Der Schall
1.2 physikalische Grundlagen
1.2.1 Erläuterung Welle
1.2.1.1 Schall-Reflexion .
1.2.1.2 Schall-Beugung .
1.2.1.3 Schall-Brechung .
1.2.1.4 Schall-Interferenz
1.2.2 Erläuterung Schallfeld . .
1.2.3 Der Doppler-Effekt
1.2.4 Lautstärke
2 Anatomie des menschlichen Ohres
2.1 Das Außenohr
2.1.1 Ohrmuschel
2.1.2 äußerer Gehörgang
2.2 Das Mittelohr
2.2.1 Trommelfell
2.2.2 Paukenhöhle und Eustachische Röhre .
2.2.3 Gehörknöchelchen
2.3 Das Innenohr
2.3.1 Gehörschnecke (lat.: Cochlea)
2.3.2 Vestibularapparat (Gleichgewichtsorgan)
2.4 Der Hörnerv und das Nervensystem

II Hörmechnismus, Wahrnehmung
3 Der Hörmechanismus (physikalische, biologische und neurologische Systeme)
3.1 physischer Hörvorgang
3.2 neuronaler & kognitiver Hörvorgang
4 Die Wahrnehmung
Grundbegriffe der Wahrnehmung
Frequenztrennung
Lokalisation, Richtungshören
Sprachverständnis
Bewusstsein, Wahrnehmung
Sortierung, Kategorisierung
Frequenztrennung
Reaktion

III Eigenschaften des auditiven Systems (Psychoakustik )
5 Eigenschaften und Funktionen des auditiven Systems
Lautheit
Hörschwelle und Schmerzschwelle
Tondauer / Integration
Maskierung
Erkennen von Frequenzen
Residualton
Lokalisation
Diskrimination
Lautmustererkennung
Zeitliche Mustererkennung
6 Auditive Paradoxen, akustische Täuschungen & psychologische Effekte „Wie uns das Ohr übers Ohr haut”
6.1 Shepard-Skala [Hörbeispiel #1]
6.2 Tritonus-Paradoxon [Hörbeispiel #2]
6.3 Phantomschallquelle
6.4 Cocktailparty-Effekt
6.5 Synästhesie
7 Störung & Beeinträchtigung der auditiven Wahrnehmung
7.1 Otosklerose
7.2 Hörsturz
7.3 Altersschwerhörigkeit
Allgemein
Zusammenfassung
persönliches Fazit des Autors

IV Quellen, Anhang

Literaturverzeichnis

weitere Quellen

Anhang

Index (Glossar)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

1.1 Transversal- & Longitudinalwelle [Quelle: S.60]

1.2 Wellenlänge & Periodendauer [Quelle: S.60]

1.3 Doppelspalt [Quelle: S.60]

1.4 Entstehung einer Schwebung [Quelle: S.60]

1.5 Doppler-Effekt [Quelle: S. 60]

2.1 Anatomie das Ohres [LUPBERGER (2007) S.16]

2.2 Ohrmuschel [Quelle: S.60]

2.3 Gehörgang [Quelle: S.61]

2.4 Trommelfell [STREPP (2006) S. 8]

2.5 Gehörknöchelchen [STREPP (2006) S. 10]

2.6 Innenohr [Quelle: S.60]

2.7 Gehörschnecke [Quelle: S.61]

2.8 links: Haarzellen [Quelle: S.61] rechts: Haarzellenanordnung [SCHLEGEL (1999) S.325]

2.10 Bogengang [SCHLEGEL (1999) S. 145]

2.11 Hörvorgang [LUPBERGER (2007) S. 19]

3.1 Ohr, mechanisches Modell [BRINKER (2001) S. 1264] .

3.2 Basilarmembran [Quelle: S.61]

3.3 Tonotopie [ LUPBERGER (2007) S.17]

5.1 Kurven gleicher Lautstärke [Quelle: S.61]

5.2 Phon-Sone-Verhältnis [Quelle: S.61]

5.3 ADSR-Hüllkurve

6.1 Perspektivtäuschung [ TERHARDT (1998) S.376]

6.2 Stereodreieck [Quelle: S.61]

Einleitung

Man hört nicht mit dem Ohr allein

Was ist Schall eigentlich wirklich? Wie entsteht der Höreindruck und wozu ist unser Gehör, aber vorallem unser Gehirn fähig? Ist nicht zuletzt das, was wir hören alles nur reine Kopfsache?

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Grundvorraussetzung des Tontechnikers. Ohne sie wäre die Welt ein akustisches Vakuum. Einer unserer Sinne, der viel zu oft unterschätzt

wird. Die Rede ist von

auditiver Wahrnehmung

„Die auditive Wahrnehmung erfolgt durch die Aufnahme von Schallereignissen, deren Wei- terleitung über die zentrale Hörbahn, in der bereits eine Vorverarbeitung stattfindet und ihre kognitive Verarbeitung in Form von Speicherung, Differenzierung, Analyse, Synthe- se, Ergänzung und Integration akustischer Strukturen. Diese werden unterteilt in Klang, Lautstärke, Tonhöhe, usw.”¹ Im Zusammenhang zur auditiven Wahrnehmung müssen die Begriffe auditiv und akustisch von einander unterschieden werden.

Akustik

als die Lehre vom Schall und Schallverhältnissen. Die davon abgeleiteten Begriffe meinen den physikalischen Reiz.

Auditiv

bezeichnet die anatomischen Grundlagen und die physiologischen Prozesse des Hör- vorgangs. Man spricht also von auditiver Wahrnehmung aber von akustischen Reizen.²

In den nun folgenden Kapitel soll aufgezeigt werden, wie das ganze auditive System aufgebaut ist. Physikalische Grundlagen helfen beim Veständis über anatomische Funk- tionen des Gehörapparates. Welche Vorgänge laufen beim Hören ab? Wie werden die Informationen verabeitet? Das soll Gegenstand dieser Arbeit sein.

Erläuterung

Als auditive, aurale oder akustische Wahrnehmung bezeichnet man die Sinneswahrneh- mung von Schall durch Lebewesen. Zur Wahrnehmung des Schalls dienen Sinnesorgane, die durch Schwingungen aus der Umgebung des Lebewesens³ stimuliert werden.

Die Schwingungen können über das Umgebungsmedium (Luft, Wasser) oder über den Untergrund (Vibrationen) übertragen werden. Der Hörsinn ist nicht immer an Ohren gebunden, insbesondere Vibrationen können auch durch Sinnesorgane an entsprechenden Körperteilen wahrgenommen bzw. empfunden werden.

Auditive Wahrnehmung beschreibt den Vorgang des Hörens und in welcher Form Schall von Lebewesen wahrgenommen wird, also z. B. die Hörereignisse, die bei bestimmten Schallereignissen entstehen.

Für die Wahrnehmung von Richtungen und das Hören in eine bestimmte Richtung sind zwei Sinnesorgane notwendig. Alleine mit Hilfe beider Ohren kann auch die Bewegung von Schallquellen verfolgt werden. Es erfolgt Auswertung von der aufgenommen Reize und ihre Interpretation. Daraus entstehen Wahrnehmungen, wie das Hören unterschied- licher Frequenzen oder die Lokalisation von Schallereignissen.

Teil I Allgemeines & Grundlagen

Kapitel 1 Akustik

1.1 Der Schall

Schall oder auch Schwingung¹ kann abhängig vom Ausbreitungsmedium unterschiedlich beschrieben werden. Luftschall (Gas), Wasserschall (Flüssigkeit) oder Körperschall (Festkörper). Wichtig ist nur, dass das Medium die Eigenschaft schallleitdend² und nicht schallhart besitzt. Im weiteren Verlauf wollen wir unser Hauptaugenmerk auf den Luftschall richten, da wir Menschen den Schall primär durch das gasförmige Medium wahrnehmen. Abhängig von der Frequenz können wir dann den Hörschall zwischen „16Hz und 16kHz”³ wahrnehmen. Frequenzen jenseits dieser Werte sind für uns nicht mehr hörbar. Wellenlängen unterhalb 16Hz werden als Infraschall und

Frequenzen über 16kHz als Ultraschall bezeichnet. Jenseits des Ultraschalls gibt es noch den sog. Hyperschall, welcher bei bei 10[9] Hz seine Untergrenze besitzt. Schall kann auftreten als: Ton auch reiner Ton; sinusförmige Schwingung mit nur einer Frequenz Tongemisch mehrere Töne unterschiedlicher Frequenzen Klang Schall mit Grund- und Obertonstrukturen Klanggemisch Schall bestehend aus mehren Klängen mit jeweils entsprechenden Grund- und Obertonstrukturen Schallimpuls einmaliges Schallereignis mit kurzer Dauer Tonimpuls Ton mit kurzer Dauer Rauschen statistisches Schallereignis, auswertbar über ein Intensitätssprektrum Geräusch Schallsignal mit Anteilen von Rauschen, Ton- und Klanggemischen⁴

1.2 physikalische Grundlagen

Die physikalischen Grundlagen des Schall werden in der Akustik beschrieben, welche im weiteren Sinne kein eigener, sondern eher ein Spezialbereich der Mechanik sind. Nüchtern betrachtet ist Schall nichts weiter als eine Welle, die sich in einem elastischen Medium ausbreitet. Ist kein Medium vorhanden, wie beispielsweise im Vakuum, so kann keine Ausbreitung stattfinden. und somit kein Schallfeld entstehen. Es ist also physikalisch unmöglich, Schall im luftleeren Raum wahrzunehmen.

1.2.1 Erläuterung Welle

Jede Welle ist mit kleinsten räumlichen und zeitlichen Schwankungen von Druck und Dichte des Ausbreitungsmediums verbunden. Man bezeichnet diesen dem atmosphä- rischen Ruhedruck p 0 überlagerten Wechseldruck als Schalldruck p.⁵ Wellen sind an die Geschwindigkeit der um ihre Ruhelage schwingenden Teilchen gekoppelt.⁶ Man spricht auch von Ketten elastisch gekoppelter Massen sog. Oszillatoren, die sich im Raum ausbreiten. Man beschreibt sie auch als Verdichtungen und Verdünnungen im Schallfeld.⁷ (trifft aber nur bei Logitudinalwellen zu - dazu später mehr)

In gasförmigen und flüssigen Medien breitet sich Schall longitudinal aus, wohin gegen er sich in festen Medien weitestgehend transversal ausbreitet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1.1: Transversal- & Longitudinalwelle [Quelle: S.60]

Eine Welle, welche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingt nennt man Transver- salwelle (Abb. 1.1, linkes Bild). Die Wellen können polarisiert sein. Was bedeutet das? Nimmt man an, dass die Welle sich in x-Richtung ausbreitet und die Schwingung in der xy-Ebene erfolgt, so kann die Schwingungsrichtung (xy-Ebene) um die x-Achse gedreht werden. Eine Drehung um z.B. 90° hätte zur Folge, dass sich die Schwingung auf der xz-Ebene befände, aber dennoch senkrecht zur x-Achse stünde. Kurz zusammengefasst bedeutet dies, dass der Vektor der Schwingungsebene zirkulär oder auch ellpitisch senkrecht in z-Richtung gedreht werden kann.⁸ Als linear polarisiert bezeichnet man Wellen, wenn deren Schwingung immer in einer Ebene stattfindet. Ist die Schwingungsrichtung dagegen unregelmäßig, dann bezeichnet man die Welle als unpolarisiert.⁹

Wellen, die in Ausbreitungsrichtung schwingen werden als Longitudinalwellen (Abb. 1.1, rechtes Bild) bezeichnet. Die Luftmoleküle ändern dabei periodisch ihre Bewegungs- geschwindigkeit und ihre Bewegungsrichtung.¹⁰ In der Abbildung ist zu erkennen, dass durch die Annäherung der Moleküle ein Raum entsteht, in dem sich mehr Moleküle konzentrieren (bei Phase VI - VIII; Abb. 1.1 rechts), als im Ruhezustand (Phase 0; Abb. 1.1 rechts). Bei einer solchen Verdichtung entsteht auch eine direkte Änderung der Dichte, eine sog. Dichteschwankung von dem entsprechenden Medium.¹¹ Bei Phase I - III (Abb. 1.1 rechts) ist es genau anders herum. Die Moleküle bewegen sich von einander weg. Es entsteht so eine Verdünnung der Dichte.

Wichtig zu erwähnen ist, dass bei allen zwei Wellenarten kein Materietransport¹² sondern ein reiner Energietransport von kinetischen Informationen geschieht.

Die

Geschwindigkeit [c]

des Schalls ist hauptsächlich vom Ausbreitungsmedium und dessen Beschaffenheit abhängig. Am Beispiel Luft ist der beeinflussende Faktor primär die Temperatur der Mediums. Einfluss nehmen auch Faktoren wie Luftdruck und -feuchtigkeit. Allgemein kann man aber sagen, dass die Schallgeschwindigkeit von der Dichte des Mediums abhängt.

In Luft (Gas) beträgt die Geschwindigkeit 344 m/s¹³ bei 20°C Umgebungstemperatur und ändert sich 0,6 m/s pro °C. In Wasser (flüssiges Medium) sind es hierbei schon 1480 m/s¹⁴ bei 20°C Umgebungstemperatur. Der Abstand zwischen zwei identischen Schwingungszuständen (Phasen) wird als Wellenlänge [ ] bezeichnet. Man geht davon aus, dass eine Schwingung einmal ein Druckmaximum (Wellenberg) und Druckminimum (Wellental) druchläuft. Der zeitliche Abstand zwischen diesen beiden gleichen Schwingungszuständen ist als

Periodendauer [T]

definiert. Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde heißt Frequenz [f]. Diese Einheiten sind wie folgt korreliert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In unterschiedlichen Medien ändert sich demnach die Wellenlänge je nach Schallgeschwin- digkeit, welche u.a. abhängig vom Medium selbst, aber auch von dessen Temperatur ist.

Folgende Beispielen sollen dies näher verdeutlichen.

Bsp. a) Medium: Luft bei 20°C und einem Ton 1kHz als Frequenz [1 kHz = 1000 Hz ]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Anmerkung: die Berechnungen von c b beruhen auf Angaben von DICKREITER (1997) und SEIBT

(2003). In einigen anderen Werken, wie z.B. von STAUDER (1973) würde aber c b = 331 , 41 m bei 0 ° C betragen. Dieser Umstand wurde hierbei vernachlässigt, da DICKREITER (1997) und SEIBT (2003) die aktuelleren Werke sind und die Theorie dadurch auch mehrfach belegt ist.

Es ergibt sich bei gleichem Medium und gleicher Tonhöhe (Frequenz), aber einem Temperaturunterschied von 20°C, eine Differenz | λ a − λ b | von λ Δ = 1 , 2 cm. Das sind ≈ 3 , 614% Unterschied. Gravierend wird der Unterschied erst, wenn das Medium wechselt, wie z.B. in

Bsp. c) Medium: Wasser bei 0°C und einem Ton mit 1kHz als Frequenz

cc = 1407

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Vergleich zwischen b) und c) ergibt folgendes:

Die Medien sind zwar unterschiedlich haben aber beide die gleiche Temperatur und Tonhöhen (Frequenz). Aufgrund der gravierenden Unterschiede der Schallgeschwindigkeit c beider Medien ergibt sich folgende Differenz | λ b − λ c | zwischen den Wellenlängen des Schalls: λ Δ = 107 , 5 cm

Das sind um ≈ 423 , 795% größere Wellenlängen, als in der Luft. Daraus leitet sich folgende Erkenntis ab:

Je fester ein Medium wird (Dichte), desto höher werden die Schallgeschwindigkeiten.

Da Schall bei seiner Ausbreitung Welleneigenschaften aufweist, unterliegt er auch den gleichen Effekten wie z.B optische Wellen.

1.2.1.1 Schall-Reflexion

Die Reflexionsgesetze beim Schall entsprechen denen der Optik.¹⁵ Trifft eine ideelle Schallwelle auf eine ebene Raumbegrenzungsfläche, so wird diese zurückgeworfen. Es gilt: der Einfallswinkel ist dem Ausfallswinkel gleich (α = α′). Dabei wird angenommen, dass bei der Reflexion - insbesondere beim Schallrückwurf - keine Verluste auftreten.

Das Reflexionsgesetz gilt aber nur, wenn die Wellenlänge des Schalls kleiner als der Durchmesser des Hindernises d ist (λ < d). s Konkave und konvexe Begrenzungsflächen führen zu einer ungleichen Schallvertei- lung. Bei konkaven Flächen - insbesondere parabolförmige - bildet sich ein akustischer Brennpunkt aus. In der Raum- und Gebäudeakustik ist dies meist sehr unvorteilhaft und wird bei akustisch relevanten Bauten - falls nicht anders möglich - vermieden.¹⁶

Konvexe Flächen sind sehr dienlich, wenn es um Schalldiffusion geht. Der Schall wird dabei nicht auf einen Punkt konzentriert, sondern in viele verschiedene Richtungen zurückgeworfen.

Nachhall ist ein weiteres Phänomen, das auf Reflexionen beruht. Kurz beschrieben, handelt es sich hierbei um multiple Reflexion in einem natürlich begrenzten Bereich, z.B. ein Raum mit sechs Begrenzungsflächen. Diese Reflexionen überlagern sich und es entsteht ein sog. diffuses Schallfeld (vgl. „ Schallfeld ” auf Seite 13).

Stehende Wellen auch bekannt als Raumresonanzen entstehen wenn zwei par- allele Reflexionsflächen im Abstand exakt der halben Wellenlänge (/2) oder einem ganzzahligen Vielfachen entsprechen.¹⁷ Die Druckmaxima und -minima überlagern sich hierbei punktgenau. Je nach Phasenlage entsteht entweder eine Verdopplung der Amplitude (2A) oder eine Totalauslöschung (0A). Voraussetzung ist die senkrechte Reklexion auf die gegenüberliegenden Fläche. Dieser Effekt tritt lt. DICKREITER (1997) hauptsächlich bei Räumen mit einem Flächenabstand < 8m auf. Bei Impulsschall führt dies zu sog. Flatter-Echos. Der Impuls wird hierbei ständig zwischen den Flächen hin und her reflektiert.

1.2.1.2 Schall-Beugung

Unter Beugung versteht man eine Ablen- kung der Welle an einem Hindernis. Ist der Durchmesser eines Hindernisses d kleiner als die Wellenlänge , so findet eine Beu- gung am Hindernis bzw. um das Hindernis herum statt. Im Einzelnen bedeutet dies, dass die Schallwelle sich weiterhin so aus- breitet, als wäre dieses Hindernis nicht exis-

Abb. 1.3: Doppelspalt [Quelle: S.60]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

tent. Dadurch können Schallwellen im geometrischen Schattenraum eines Objektes auftreten. Dies geschieht ebenfalls wenn der Durchmesser mit der Wellenlänge identisch ist. Man spricht auch davon, dass neue Wellen entstehen. Am Bsp. eines Doppelspaltes (Abb.1.3) wird das sehr schnell ersichtlich. Wenn wie hier mehrere Wellen entstehen, dann kann es zur Überlagerung derer kommen. Diese Überlagerung wird Interferenz genannt. (siehe „ Schall-Interferenz ” S.11)

Noch einmal zusammengefasst - eine Beugungserscheinung am Hindernis findet immer dann statt, wenn d < λ oder d = λ.

1.2.1.3 Schall-Brechung

Allgemein kann man sagen, dass der Schall¹⁸ seine Ausbreitungsrichtung an der Begrenzungsfläche zu einem Medium mit anderer Ausbreitungsgeschwindigkeit c ändert. Auch hier gilt das bekannte Brechungsgesetz¹⁹:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1.2.1.4 Schall-Interferenz

Interferenz oder auch Überlagerung bezeichnet ein Ereignis, bei dem zwei Schallwellen eine resultierende Welle bilden.

Bei minimal abweichender Frequenz und Amplitude entsteht eine sogenannte Schwe- bung. Diese ist eine durch „eine zeitlich period. Amplitudenschwankung gekennzeich- nete Schwingungsform”²⁰ Wenn zwei harmonische Schwingungen s 1(t) und s 2(t) mit gleicher Amplitude A, aber verschiedenen Frequenzen f₁ und f₂ überlagert werden, so

ergibt sich eine resultierende Frequenz [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]>

. (Abb. 1.4 auf der nächsten Seite)

Die Amplitude schwankt hierbei periodisch um [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten].

1 Akustik

Schwingung 1:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Schwingung 2:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

resultierende Schwingung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die auftretende Frequenz [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]2 wird Schwebungsfrequenz genannt.²¹ Das bedeutet, dass wir - anders als gedacht - nicht zwei getrennte Frequenzen f₁ und f₂ gleichzeitig hören, sondern nur einen Ton - den Differenzton fr (Schwebungston). Die Stärke dieses Tons schwankt mit der Schwebungsfrequenz fs zwischen 0 und ihrem Maximalwert. Je kleiner die Differenz[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ist, desto kleiner ist auch die Schwebungsfrequenz fs. Bei einem sehr großen Unterschied z.B. f₁ ≪ f₂ veschiebt sich fs in den für uns nicht hörbaren Ultraschallbereich. In diesem Falle sind beide Töne f₁ und f₂ wieder getrennt von einander wahrnehmbar.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1.4: Entstehung einer Schwebung [Quelle: S.60]

Haben die Frequenzen die gleiche Wellenlänge und die gleiche oder annähernd gleiche Frequenz so können sog. stehende Wellen entstehen. Voraussetzung dafür ist, dass eine Reflexion zwischen zwei parallelen Wänden stattfindet. Abhängig von der Laufzeit können Phasenunterschiede zwischen den beiden Wellen entstehen. Bei einer Verschiebung um eine halbe Wellenlänge (180°) löschen sich die Wellen annähernd aus. Bei einer Verschiebung um 0° bzw. 360° entsteht sogar eine Verdopplung der Amplitude, d.h. die Resultierende besitzt die doppelte Lautstärke. In Räumen mit stehenden Wellen (vgl. 1.2.1.1) ist demnach die Lautstärke nicht mehr homogen laut, sondern ungleichmäßig.²²

1.2.2 Erläuterung Schallfeld

„Das die Schwingungen umgebende Medium nennt man Schallfeld”²³ Oder anders ausgedrückt, stellt ein Schallfeld das Gebiet dar, in welchem sich Schallwellen ausbreiten.

Das kann praktisch jede Umgebung sein, solange in dieser kein Vakuum vorherrscht. Denn, ohne ein Medium ist keine Ausbreitung von Wellen möglich.

Ein Körper, der schwingt gibt an seine Umgebung, also das umgebende Medium akusti- sche Schwingungen, sog. akustische Energie ab. Diese wird auch als Schallleistung, Schallstärke oder auch Schallintensität bezeichnet.

Die kennzeichnenden Größen für ein Schallfeld (sog. Schallfeldgrößen) sind Dichte (kg/m [3] ), Schalldruck p (P a oder N/m [2] ) und die Geschwindigkeit v (m/s), Ein ideelles Schallfeld, d.h. bei ungestörtem Verlauf und homogenem Medium, breitet sich im Raum kugelförmig aus²⁴. Näher beschrieben bedeutet dies, dass ausgehend von einem Punkt sich der Schall sowohl in x-, y- und z-Richtung ausbreitet.

Das Schallfeld wird in zwei Bereiche unterteilt. Das Direktschallfeld und das Diffusschallfeld. Das Direktschallfeld, auch Nahfeld oder Freifeld gennannt besteht aus den Wellen, welche direkt von der schallemittierenden Quelle stammen und sich ungehindert („frei”) ausbreiten können. Die Ausbreitung des Diffusschallfeldes und die Anzahl der Minima und Maxima wird durch das Verhältnis des Durchmessers der abgestrahlten Fläche zur Wellenlänge der benutzten Schallfrequenz bestimmt.

Werden die Wellen mehrfach an Begrenzungsflächen reflektiert, gebeugt und zerstreut, dann entsteht ein sog. Diffusschallfeld (auch bekannt als Fernfeld). Theoretisch gesehen besteht ein Diffusschallfeld aus mehreren sich statistisch überlagernden Direktschall- feldern.²⁵ Durch unterschiedliche Phasenlagen der Schallwellen entstehen komplexe Interferenzen mit stark wechselnden Schalldruckmaxima und -minima. Es entstehen dadurch die bereits vorher beschriebenen Inhomogenitäten (vgl. „ Schall-Interferenz ” S.13) dieses Feldes.

1.2.3 Der Doppler-Effekt

Benannt wurde dieser Effekt nach seinem Entdecker Christian Doppler, österreichischer Physiker des 19. Jahrhunderts. Er befasste sich hauptsächlich mit Licht- und Schallwellen,

sowie deren Eigenschaften. Sein Spezialgebiet war die Lichtaberration von Fixsternen. Um 1843 entdeckte er den Effekt, der bis heute nun seinen Namen trägt.

Der Doppler-Effekt berschreibt eine Änderung der wahrnehmbaren und auch der mess- baren Frequenz wenn:

1. sich das schallemitierende Objekt (Sender) bewegt und das schallempfangende Objekt (Empfänger) ruht

2. das schallemitierende Objekt (Sender) ruht und das schallempfangende Objekt (Empfänger) sich in Bewegung befindet

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1.5: Doppler-Effekt [Quelle: S. 60]

Es muss also eine relative Standortänderung von Sender und Empfänger zueinander existieren, bei der die Geschwindigkeit möglichst gleichförmig ist.

Normalerweise breiten sich Wellen gleichmäßig und kugelförmig aus. Bei Fall (1) oder auch (2) ist dies nicht mehr gegeben. Die Welle ist nicht mehr gleichförmig ausbreitend, sondern es ensteht eine Stauchung der Wellen in Ausbreitungsrichtung. (Abb. 1.5) Der Effekt ist sehr populär, da ihn nahezu jeder schon einmal erlebt hat. Das klassische Beispiel ist das vorbeifahrende Krankenfahrzeug mit eingeschalteter Sirene. In der Annäherungsphase ist der Signalton, also die Frequenz hoch (relativ gesehen). Nach dem Passieren ändert sich plötzlich die Frequenz. Sie ist tiefer als kurz zuvor. Das liegt daran, dass die sich ausbreitetenden Wellen hinter dem Fahrzeug gestreckt sind. Sie haben eine größere Wellenlänge.

Die Relativbewegung von Sender und Empfänger zueinander induziert eine Stauchung und Streckung der Wellenfronten, welche als wahrgenommene Tonhöhenänderung hörbar und messbar sind.

1.2.4 Lautstärke

Lautstärke ist ein Wert, der technisch, objektiv messbar ist - im Gegensatz zur Lautheit (siehe dazu „ Lautheit ” , Kapitel 5 auf Seite 41). Darstellbar ist die Stärke des Schalls (Schalldruckpegel) bzw. die daraus folgende Amplitudenstärke einer Welle.

Angegeben wird die Lautstärke in Dezibel (dB). Dies stellt einen Bezugswert zweier Größen zueinander dar und ist dimensionslos. In unserem Beispiel ist der Bezugswert der Schalldruckpegel. Dieser ist genormt und liegt bei 20 µ N/m [2] bzw. bei 20Pa.²⁶. Relativ- und Bezugswert stehen im logarithmischen Verhältnis zu einander und können

wie folgt berechnet werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In unserem Beispiel ist der Bezugswert der Schalldruck. Aus diesem Grund wird die Einheit hierbei dBSPL genannt. Die Indikation „SPL” bedeutet „Sound Pressure Level”

- der englische Begriff für Schalldruck.

Kapitel 2 Anatomie des menschlichen Ohres

Abb. 2.1: Anatomie das Ohres [LUPBERGER (2007) S.16]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das menschliche Ohr oder auch „Gehörwerkzeug”¹, wie es von CHLADNI (1802) seiner Zeit beschrieben wurde, lässt sich in zwei Bereiche gliedern. Den ersten Teil bildet das periphere Gehör, das in Äußeres Ohr, Mittelohr und Innenohr unterteilt werden kann. Im zweiten Teil des Hörorgans findet die neuronale Verarbeitung statt, die zum Höreindruck im Gehirn führt Das periphere Gehör läßt sich in drei Bereiche unterteilen: Außenohr (2.1), Mittelohr (2.2) und Innenohr (2.3). Diese drei Stufen lassen sich sowohl funktionell als auch anatomisch voneinander unterscheiden und werden nachfolgend genauer behandelt.

2.1 Das Außenohr

Das Außenohr besteht aus der Ohrmuschel und dem Gehörgang und schließt mit dem Trommelfell ab.

2.1.1 Ohrmuschel

Die Ohrmuschel (lat.: Concha) be- steht nicht etwa aus Knochen oder Muskelgewebe - sie besteht vielmehr aus hautüberzogenem Knorpel. Sie erfüllt gleich mehrere Funktionen. Ih- re Hauptaufgabe besteht darin, den Schall der Umgebung einzufangen und wie ein Trichter über den Gehörgang zum Trommelfell zu führen. Bei die- sem Prozess wird das Schallsignal be-

Abb. 2.2: Ohrmuschel [Quelle: S.60]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

reits verzerrt. Diese Verzerrung be- wirkt, dass Schallfeldmerkmale, abhängig von ihrer Richtung und Entfernung von räum- lichen in zeitliche Informationen umgewandelt werden können. Dies ist eine wichtige Eigenschaft in Bezug auf den räumlichen Höreindruck. An der Ohrmuschel treten dabei durch die Windungen der Knorpelleisten akustische Effekte wie Reflexion, Beugung, Abschattung, Streuung, Resonanz oder auch Interferenz auf, die diese Verzerrungen hervorrufen.² Durch beispielsweise Abweichung des Frequenzspektrums und durch die Verzerrungen an der Ohrmuschel hervorgerufenen Laufzeitunterschiede kann in der Medianebene eine Lokalisation zwischen vorn und hinten stattfinden.

[...]

---

¹ STREPP (2006) S. 39

² vgl. LUPBERGER (2007) S.11

³ STRAUSS (2001)

¹ lt.CHLADNI (1802) S. 215

² vgl. STAUDER (1973) S. 31

³ lt. DICKREITER (1997) S. 1

⁴ vgl. DICKREITER (1997) S. 1 und HEINZ HOFFMANN (1993) S. 21

⁵ vgl. MÖSER (2004) S. 1

⁶ vgl. DICKREITER (1997) S. 2

⁷ vgl. STAUDER (1973) S. 31

⁸ vgl. BERTELSMANN (1989) S. 354

⁹ vgl. SEIBT (2003) S. 304

¹⁰ vgl. DICKREITER (1997) S. 3

¹¹ vgl. SEIBT (2003) S. 304

¹² vgl. SEIBT (2003) S. 319

¹³ lt. DICKREITER (1997)S. 3 und SEIBT (2003) S. 301

¹⁴ lt. SEIBT (2003) S. 302

¹⁵ vgl. STAUDER (1973) S. 161

¹⁶ vgl. STAUDER (1973) S. 163

¹⁷ vgl. DICKREITER (1997) S. 12

¹⁸ im Modell als Schallstrahl betrachtet

¹⁹ vgl. MEYERS-LEXIKON-4 (1981) S. 664 f

²⁰ MEYERS-LEXIKON-21 (1981) S. 373

²¹ vgl. MEYERS-LEXIKON-21 (1981) S. 373

²² vgl. STAUDER (1973) S. 164

²³ STAUDER (1973) S. 31

²⁴ vgl. STAUDER (1973) S. 32

²⁵ vgl. DICKREITER (1997) S. 2

²⁶ vgl. DICKREITER (1997) S. 110

¹ CHLADNI (1802) S. 275

² vgl. STREPP (2006) S. 7