Phone&sche Analysen (5b) Lautstärke, Lautheit, Tonhöhe, Tonheit. Sven Grawunder SoSe2014, Uni Leipzig

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1 Phone&sche Analysen (5b) Lautstärke, Lautheit, Tonhöhe, Tonheit Sven Grawunder SoSe2014, Uni Leipzig

2 Außen-, MiMel-, Innenohr

3 Incus, Malleus, Stapes li. ; Q: hmp://o.quizlet.com/wolpn4jnnbm6em9w21pxvw_m.png

4 Cochlea

5 Cochlea AusschniM N. cochlearis (acus&cus)

6 Haarzellen 3 Reihen äußere Haarzellen 1 Reihe innere Haarzellen

7 Tonheit Empfindungsgröße der Tonhöhe (Grundfrequenz) eines Klangs Einheiten Halbtöne (mit Referenz zu musikalischer Note) Bark ERB Mel

8 Frequenzgruppe

9 Tonheit hängt ab von Energieverteilung (Spektrale Eigenschahen) Frequenzbereich

10 Eben wahrnehmbarer Frequenzunterschied zwischen aufeinanderfolgenden Sinustönen Hz

11 Mithörschwelle schmalbandigen Rauschens frequenzabhängig störpegelabhängig

12 Halbtöne Oktave = Intervall mit Frequenzverhältnis 1:2 12 Halbtöne / Oktave (temperierte St.) 1 Halbton = 1/12*Oktave 1ht=f1/f2=1:2 1/12 =1: Praat: hertztosemitones (x) from acous&c frequency to a logarithmic musical scale, rela&ve to 100 Hz: 12 ln (x / 100) / ln 2 semitonestohertz (x) 100 exp (x ln 2 / 12) logarithmische Hertz- Skala

13 Bark- Skala basiert auf Wahrnehmung komplexer Signale Unterscheidung dicht aneinanderliegender Frequenzen kri&sche Frequenzgruppen werden aufgrund der differenzierbaren Frequenzunterschiede definiert durchaus üblich: Formant- Angaben in Bark

14 Tonheit in Mel 100Mel = 1Bark Ton C (131 Hz) 1,31 Bark = 131 Mel = 131 Hz Verhältnistonheit f<500hzà Verdopplung der Frequenz von 100 Hz auf 200 Hz führt zu Verdopplung der Tonheit von 100 Mel auf 200 Mel f>500hz nichtlinear à 1,5kHz zu 10kHz Erhöhung führt zu Verdopplung von 1100Mel auf 2200Mel

15 Bandpass filter A (db) bandwidth f (Hz) Center frequency

16 Frequency analysis by a filter bank 1 st harmonic signal 2 nd harmonic Harmonic complex tone 3 rd harmonic bank of bandpass filters

17 Oktavsiebfilter

18 ERB (Equivalent Rectangular dt. Äquivalentrechteck- Bandbreite 24 kri&sche Bandbreiten Bb- Zunahme mit der Frequenz Berechnung B ERB = 24,7 (4,37 f + 1) Bandwidth) Frequency responses of a gammatone filterbank with ten filters whose centre frequencies are equally spaced between 50 Hz and 4 khz on the ERB- rate scale. Source: hmp://staffwww.dcs.shef.ac.uk/people/ N.Ma/resources/gammatone/

19 Cri&cal bandwidth: Bark vs ERB Bark: Eberhard Zwicker et al. (München); ERB: Brian Moore et al. (Cambridge)

20 Tonhöhenwahrnehmung im niedrigen Frequenzbereich (<800Hz) Ortssignalauswertung (Wanderwellentheorie) Neuronen können nicht > 1kHz feuern Salvenprinzip bei höheren Frequenzen 800 bis 1600Hz Überlappen beider Mechanismen??? Achtung! Zu diesen Frequenzbereichen gibt es sehr verschiedene Angaben

21 virtuelle Grundfrequenz F0- Analyse über die Harmonischen Telefonfrequenzbereich ca Hz

22 Quelle: Hess, IKPBonn, 2007

23 Quelle: Neppert, 1999

24 Isophone Linien gleicher Lautstärke ausgehend z.b. von 50dB und 1kHz: Welche Frequenz ist gleichlaut Linien flachen mit hohen Schallpegeln stark ab

25

26 Effek&vwerte der Schallamplitude Quelle: Reetz, 1999, 21

27 Bel- Skala Schallintensität I W/m 2 Dezibel (db) 1dB=1/10B Schallintensitätspegel L I Schalldruck p Pascal Schalldruckpegel L p Schalldruck ist eine Feldgröße, Schallintensität eine Energiegrößeà I ~ p 2

28 Lautstärke technisch standardisierte Einheit: db Lautstärkeempfindung einbezogen Phon Lautheit = subjek&v empfundene Lautstärke Sone

29 Empfindungsgröße der Lautstärke Verhältnislautheit in Sone 1 Sone = 40 Phon = 40 db (SPL) bei 1kHz für Lautheiten > 1 gilt Erhöhung um 10 Phon führt zu Verdopplung der Lauth. für Lautheiten <1 nichtlinear à kleine Veränderung im SPL große Lautheitsveränderungen Lautheit

30 Lautheit hängt auch ab von Dauer Timbre (Spektrum) Periodizität Komplexität

31 Lautheit Abhängigkeit von der Dauer (unter 200ms) Bedeutung für Segmentdauer, Verschlusslösegeräuschdauer etc.

32 Lautheit Abhängigkeit von der Bandbreite Bandbreite und

33 RELEVANZ FÜR SPRACHSCHALL

34 Relevanz für Vokalwahrnehmung

35 Relevanz für Grundfrequenzwahrnehung

36 Literatur Hellbrück, J. und Ellermeier, W. (2004). Hören Physiologie, Psychologie und Pathologie. Hogrefe, Göƒngen, Bern, 2nd edi&on. Reetz, H. (2003). Ar&kulatorische und akus&sche Phone&k. WVT Wissenschahlicher Verlag Trier, Trier. Terhardt, E. (1998). Akus&sche Kommunika&on : Grundlagen mit Hörbeispielen. Springer, Berlin [u.a.].

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