Akustische Wahrnehmung

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1 Wettbewerb: Gestaltung der Leitner MiniMetro -Stadtbahn Perugia Wenter Daniel Kurzreferat Akustische Wahrnehmung Hören ist einer der fünf Sinne des Menschen. Mit seinen Sinnen sammelt der Mensch Eindrücke über seine Umwelt und wandelt sie in Denk- und Vorstellungsstrukturen um. Teil 1 physikalischen Ebene und der menschlichen Wahrnehmungsebene Physikalische Ebene Auf der physikalischen Ebene lässt sich der Vorgang der akustischen Wahrnehmung als Signalfluss von einer Schallquelle über ein Medium zu einem Hörer beschreiben (Quelle-Filter-Senke Modell). Die Nerven des Innenohres werden dabei von Schwingungen des Luftdruckes stimuliert. Diese Schwingungen können physikalisch mit Frequenz und Amplitude beschrieben werden. Die Frequenz der Schwingung entspricht dabei der wahrgenommenen Tonhöhe und wird in Hertz (Hz) gemessen. Das Hörspektrum eines Menschen reicht von etwa 20 Hz bis 18 khz. Die Amplitude der Schwingung wird vom Menschen als Lautstärke logarithmisch wahrgenommen: Eine Schallquelle wird als doppelt so laut empfunden, wenn sich der Schalldruck verzehnfacht. Bei akustischen Messungen des Schalldruckes dient die untere Hörgrenze des Menschen als Referenzpunkt und wird mit 0 db bezeichnet. Die menschliche Schmerzgrenze liegt bei 130 db. Das Bild illustriert an einem Beispiel den akustischen Signalfluss bei der akustischen Wahrnehmung. Dabei ist deutlich zu sehen, dass die Wahrnehmung nicht nur von der Quelle und vom Hörer, sondern auch von deren Position im Raum und von Raumeigenschaften im Allgemeinen abhängen. So haben die physikalischen Eigenschaften des Mediums Luft (Feuchtigkeit und Temperatur), aber noch viel stärker die Anzahl, Position und Eigenschaften der reflektierenden Objekte einen Einfluss auf die beim Hörer eintreffenden Schallwellen. 1

2 Die Sinneswahrnehmung von Schall entspricht nicht linear den physikalischen Eigenschaften: So hängt z.b. die wahrgenommene Lautstärke von der Frequenz des gehörten Tones ab. Räumliche Informationen Der Mensch ist fähig, eine Schallquelle räumlich zu orten. Für die Distanzabschätzung eines bekannten Geräusches kann die Lautstärke als Hinweis dienen. Dies setzt jedoch eine höher liegende Wahrnehmungsebene voraus. Auf einer der physikalischen näher liegenden Ebene benutzt der Mensch zur Ortung von Geräuschen die Tatsache, dass er zwei Ohren besitzt. Schallwellen einer Quelle treffen mit unterschiedlicher Intensität und mit einer gewissen Zeitverzögerung bei den beiden Ohren ein. Anhand dieser beiden in Bild illustrierten Haupthinweise kann das Gehirn nun die Lage einer Schallquelle ableiten. Der tatsächliche Schallwellenverlauf wird jedoch zusätzlich durch die Form der Ohrmuschel und die Schultern beeinflusst. Definitionen Schall: Physikalischer Begriff: Bezeichnet eine Folge von Wellenbewegungen eines Mediums (Luft, Gas, Wasser) im oder nahe beim menschlich hörbaren Frequenzbereich (20 Hz - 18 khz). Ton: Musikalischer Begriff: Bezeichnet einen Schall, der mit einer Tonhöhe wahrgenommen wird. Ein reiner Ton besteht aus einer Sinusschwingung mit gleich bleibender Frequenz. Geräusch: Begriff der Wahrnehmungsebene: Bezeichnet eine akustische Wahrnehmung, die nicht sprachlicher oder musikalischer Natur ist. Menschliche Wahrnehmungsebene Der Mensch beschreibt seine akustische Wahrnehmung nicht als Schallpegelverlauf, sondern als Ansammlung von unterscheidbaren Geräuschen. Dabei besitzt er die Fähigkeit, im akustischen Informationsstrom aufgrund seiner Erfahrung einzelne Geräuschquellen zu erkennen und zu fokussieren. Diese Fähigkeit wird auch als Cocktail-Party-Effekt bezeichnet: Im Stimmengewirr einer Party ist es möglich, einer einzelnen Konversation zu folgen. Mit der Fähigkeit des Menschen zur Erkennung von Geräuschen beschäftigt sich das Fachgebiet der Psychoakustik. Dabei wird unter anderem untersucht, wie Geräusche auf den Menschen wirken und mit welchen Empfindungen er sie beschreibt. Sprache Musik Geräusche 2

3 Der Mensch kann aufgrund seiner Erfahrung den meisten Geräuschen eine Schallquelle zuordnen. Daraus kann er Wissen über seine Umgebung ableiten. Daneben können Geräuschen oder Klängen auch künstliche Bedeutungen verliehen werden: Eine Liftglocke, eine Pausenglocke oder eine Kirchenglocke besitzen je eine zusätzliche Konnotation, die ein Hörer einmal erlernt haben muss. W. Gaver unterscheidet zwei unterschiedliche Arten des Hörens von Geräuschen: Musikalisches Hören: Dabei handelt es sich um eine sehr analytische Form des Hörens, bei der die akustischen Eigenschaften des Schalls (Lautstärke, Tonhöhe) sehr genau wahrgenommen werden. Alltagshören: Bei normalem Hören wird nicht das Geräusch, sondern die Geräuschquelle bewusst wahrgenommen. Das Geräusch wird anhand von Eigenschaften der Ursache beschrieben: Das Glas fiel in einem großen Raum auf den Steinboden. Die Auditive Wahrnehmung Teil 2 Auditive Wahrnehmung und Sonification Def: Auditive Wahrnehmung ist die Fähigkeit, akustische Ereignisse zu erkennen und in ihrer Bedeutung zu erfassen. Dies geschieht unabhängig von der Leistungsfähigkeit des Hörorgans. Teilfunktionen der auditiven Wahrnehmung Aufmerksamkeit: Lokalisation: Selektion: Speicherung: Sequenz: Differenzierung: Analyse: Synthese: Ergänzung: Hinwendung auf das Schallereignis der Schallquelle unter Aufwendung des Gleichgewichts-, Hör-, Sehorgans Herausfiltern relevanter Stimuli aus Hintergrundgeräusch der akustischen Signale zur Weiterverarbeitung Berücksichtigung der Reihenfolge der zu speichernden Informationen Unterscheidung akustischer Merkmale, z.b. einzelner Phoneme im Wort: Leiter - Reiter etc. Herauslösen einzelner Elemente aus einem akustischen komplexen Gebilde, Fähigkeit das Gehörte in die Einzelteile zu zerlegen unter Beachtung der Reihenfolge und Differenzierung Zusammensetzung der Einzelteile in komplexe Gestalten von akustischen Fragmenten zu sinnvollen Informationen Gestalt-Schluss: Vollendung von Wörter oder Sätzen semantisch Sonification 3

4 Unter Sonification versteht man die Informationsvermittlung mittels synthetisch erzeugten Klängen. Bei der Mensch-Maschine-Schnittstelle kann Sonification sowohl zur Unterstützung von Sehbehinderten eingesetzt werden, als auch zur Entlastung des bereits ausgelasteten visuellen Systems bei Normalsehenden. Dabei eignet sich Sonification einerseits zur Überwachung von Hintergrund-Aktivitäten, andererseits zur Präsentation von mehrdimensionalen Datenströmen. Teil 3 Akustische Wahrnehmung bei öffentlichen Verkehrsmitteln Durch die Fähigkeit Geräusche zuzuordnen und zu lokalisieren, ergibt sich für den Menschen die Möglichkeit Informationen aus dem Gehörten zu filtern, auch wenn er das Medium der Geräuschemission nicht sieht. Durch das auditive Wahrnehmen des Straßenverkehrs PKW, LKW, Bus, Straßenbahn, Zug usw. klingen alle unterschiedlich kann er auf ihn aufmerksam werden, bzw. z.b. mögliche Gefahren erkennen. Diese Fähigkeit ist speziell für Sehbehinderte von größter Wichtigkeit, um sich in der Umgebung zu Recht zu finden. Gerade an Haltestellen signalisiert uns das Gehör das näher kommen von Verkehrsmitteln, das Bremsen derselben bis hin zu ihrem Stillstand, das z.b. der Motor im Leerlaufzustand ist. Die Schnittstelle zwischen Außenraum und Innenraum bildet die Einstiegstür durch die man den Fahrraum betritt. Hierbei kann durch Sonification das Signal gegeben werden, dass der Fahrgast einsteigen kann, wobei durch das öffnen der Tür selbst schon eine akustische Wahrnehmung das Einsteigen signalisiert, z.b. durch das zischen des pneumatischen Türöffnugssystems. Wichtig ist jedoch das Signalisieren der Türschließung, z.b. durch einen sirenenartigen Ton, der von den Benützern auch als solcher erkannt wird. Im Innenraum nimmt der Fahrgast verschiedene Geräusche, Stimmen und Informationen war. Durch das Motorengeräusch kann er z.b. die Geschwindigkeit wahrnehmen oder das Bremsen und den Stillstand des Fahrzeuges. Somit ist auch eine Schalldämmung des Fahrraumes notwendig, um einer Lärmbelästigung durch Motor und anderen Fahrzeugen entgegen zu wirken. Der Fahrraum erfährt jedoch durch die Beschallung der Benützer eine wesentlich größere Geräuschkulisse als z.b. durch den Motor. Nicht dass sie effektiv lauter ist, jedoch wird durch die auditive Wahrnehmung der Filtermechanismus aktiviert und das eher monotone Motorengeräusch als uninteressant ausgeblendet. Durch das Fokussieren und Differenzieren kann der Fahrgast einzelnen Gesprächen folgen und Informationen aufgreifen die er weiterverarbeiten kann. Somit ergibt sich ein soziales Umfeld im Raum das von verschiedensten Persönlichkeiten, Kulturen und Typen bestimmt wird. Lediglich beim Einstieg betritt man als Fremder den Raum, danach ist man Mitglied oder Gleichgesinnter. Bei einer Überfüllung kann der Geräuschpegel schnell ansteigen, dass dann als unangenehm empfunden wird. Hierbei kommt es zu einer Überanstrengung des Gehörs, da es mit einer Vielzahl von verschiedenen Geräuschen konfrontiert wird und sich teilweise nicht mehr orientieren kann bzw. die einzelnen Geräusche nicht mehr differenzieren kann. Durch heraus stechende Geräusche, wie schreien oder laute Musik, wird dieser Effekt nochmals unterstrichen. Das alles führt dann zu einer 4

5 Stresssituation. Somit muss man auch darauf achten, das genügen akustische Maßnahmen im inneren des Fahrraums getroffen werden. Die Sonification wie auch die informative Kommunikation ermöglichen zuletzt einen reibungslosen Ablauf im Gebrauch der Verkehrsmittel. Sie beinhalten das Ankündigen der nächsten Haltestelle, eventuelle Komplikationen im Fahrraum und im Haltestellenbereich, sowie das Eintreffen der nächsten Linie z.b. für Sehbehinderte. Durch Signal und Sprache wird die Information weitergegeben. Signale werden durch erlernen assoziiert und machen auf das zu sprechende die eigentliche Information aufmerksam. Bei den Ansagen bedient man sich routinierter Sprecher (z.b. Chris Lohner), die dann für die meisten Orte die Ansagen sprechen. Das aus dem Grund, da sich das Gehör auf eine Stimme einstellen kann, sie sozusagen kennt, leichter versteht und sofort damit Information assoziiert. Technische Daten Vertreiber von Sprechanlagen, Kommunikationseinrichtungen, LCD- Bildschirmen und Notbremsensystemen speziell für Extremsituationen, wie im Freien und für Verkehrsmittel 5