Psychoakustische Phänomene. Proseminar Musikalische Datenbanken Matthias Voh

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1 Psychoakustische Phänomene Proseminar Musikalische Datenbanken Matthias Voh

2 Gliederung 1. Psychoakustik 2. Psychoakustische Phänomene 1. Ruhehörschwelle und Hörfläche 2. Wahrnehmung der Tonhöhe 3. Schwebung und Rauhigkeit 4. Wahrnehmung der Schallstärke 5. Adaption 6. Maskierungseffekte 7. Schallquellenlokalisation 8. Kombinationstöne 3. Quellen

3 Psychoakustik Was ist Psychoakustik? beschäftigt sich mit den physikalischen Eigenschaften eines Schallsignals und den daraus resultierenden Hörempfindungen Gehör als signaltheoretisches Modell Eingangsgröße Schallreiz Ausgangsgröße Empfindung

4 Einsatzgebiete Datenkompression Lautsprecherbau Architektur

5 Psychoakustische Phänomene Ruhehörschwelle und Hörfläche Wahrnehmung der Tonhöhe Schwebung und Rauhigkeit Wahrnehmung der Schallstärke Adaption Maskierungseffekte Schallquellenlokalisation Kombinationstöne

6 Ruhehörschwelle und Hörfläche Wahrnehmung akustischer Ereignisse nur innerhalb eines best. Frequenzund Schalldruckpegels Mindestschalldruck von p = 20 µpa (= Schallpegel von 0 db) Ruhehörschwelle: Funktion der Frequenz über den Schalldruckpegel, der notwendig ist, einen Ton noch zu hören Schmerzschwelle: Funktion der Frequenz über den Schalldruckpegel, bei dem beim Hören der Töne Schmerz empfunden wird

7 Ruhehörschwelle und Hörfläche Gehör im Bereich zwischen 2 khz und 5 khz am empfindlichsten wahrgenommene Lautstärke frequenzanhängig

8 Ruhehörschwelle und Hörfläche Altersschwerhörigkeit: altersabhängige Anhebung der Ruhehörschwelle Lärmschwerhörigkeit: Anhebung der Ruhehörschwelle durch übermäßige Lärmeinwirkung (oft erst in Frequenzbereichen außerhalb des Sprachbereichs)

9 Wahrnehmung der Tonhöhe Frequenzauflösung: Fähigkeit des Gehörs Tonhöhen zu unterscheiden menschliches Gehör: etwa 620 Tonhöhen unterscheidbar wahrnehmbare Frequenzänderung abhängig von der Frequenz des Schallereignisses unterhalb 500Hz: 1,8Hz oberhalb 500Hz: 0,35

10 Wahrnehmung der Tonhöhe mit steigender Frequenz größere Frequenzänderung notwendig, um Tonhöhenunterschied wahrzunehmen

11 Wahrnehmung der Tonhöhe Tonhöhenparadoxon: Erhöhung des Schalldruckpegels bei tiefen Tönen konstanter Frequenz Absenkung der empfundenen Tonhöhe bei hohen Tönen konstanter Frequenz Anhebung der empfundenen Tonhöhe keine Einwirkung auf Töne im Frequenzbereich um 2kHz

12 Wahrnehmung der Tonhöhe Folgetonhöhe (Zwickerscher Nachton): Breitbandrauschen mit Frequenzlücke: zeitliche konstanter Sinuston mit Frequenz aus Frequenzlücke monaurales Phänomen

13 Wahrnehmung der Tonhöhe Interaurale Tonhöhendifferenz: binaurale Beschallung: konstante Tonhöhe Beschallung nacheinander: meist Abweichung der wahrgenommenen Tonhöhe autonome Tonhöhenbildung in jedem Ohr synthetische Wahrnehmung eines Klanges: bei Hinzufügen oder Betonung eines Teiltons gesteigerte Wahrnehmung der Tonhöhe dieses Tons Verschmelzen mit dem Gesamtklang analytische Wahrnehmung eines Klanges: Wahrnehmung einzelner Spektralteile auch ohne gesonderte Akzentuierung

14 Wahrnehmung der Tonhöhe Residuum: Übertragung nur eines höherfrequenten Teils eines breitbandigen Linienspektrum Residuum: Restklang virtuelle Tonhöhe: wahrgenommene Tonhöhe des Residuums wahrgenommene Tonhöhe des Residuums = ursprüngliche Tonhöhe

15 Schwebung und Rauhigkeit Verschmelzen zweier Sinustöne mit geringem Frequenzabstand Verschiebung der Phasen der Töne periodisch eintretende Änderung der Lautstärkewahrnehmung (mit der Frequenz f1-f2) Schwebung: f1-f2 < 15Hz Rauhigkeit: f1-f2 > 15Hz

16 Wahrnehmung der Schallstärke physikalisch Schalldruck subjektiv Frequenzbereich Schalldauer Bandbreite

17 Wahrnehmung der Schallstärke Schalldauer: Dauerschall: Schalle mit Dauer >200ms kürzere Dauer leisere Wahrnehmung wahrnehmbare Lautstärkeänderung abhängig von Frequenz und Grundschallpegel steigender Grundschallpegel kleineres L binaurale Lautheit: Reduktion der Lautstärkeempfindung um etwa 50%-70% bei monauraler Darbietung eines Schallsignals

18 Adaption Anpassung des Gehörs an gerade bestehenden Schallpegel Anpassung an Wiedergabepegel einer Tonproduktion ohne wesentlichen Qualitätsunterschied subjektives Bezugssystem aus einwirkenden akustischen Reizen Anpassungsniveau Wahrnehmung von Schallereignissen mit niedrigem Pegel in gleicher Qualität wie Schallereignisse eines hohen Pegels gleichmäßige Hintergrundgeräusche erscheinen nach einiger Zeit immer leiser

19 Maskierungseffekte Beeinflussung der Hörbarkeit eines Schalles durch die Überlagerung eines oder mehrerer Störschalle Herabsetzung der Empfindlichkeit des Gehörs für andere Reize durch auf das Gehör wirkenden Reiz abhängig von Lautstärkepegel und spektraler Zusammensetzung: tieffrequenter Schall maskiert hochfrequenten Schall nur bei hoher Laustärke hochfrequenter Schall maskiert tieffrequenten Schall nur bei geringem Frequenzabstand

20 Maskierungseffekte Mithörschwelle bei weißem Rauschen Überlagerung eines Sinustones durch weißes Rauschen Ruhehörschwelle wird zur Mithörschwelle Mithörschwelle deutlich über Ruhehörschwelle angesiedelt Mithörschwelle bei bandbreitenbegrenztem Rauschen: maximale Mithörschwelle an Mittenfrequenz des Schmalbandrauschens

21 Schallquellenlokalisation Schallquellenlokalisation durch Laufzeit- und Pegeldifferenzen sowie Klangfarbenunterschiede horizontal: Laufzeitdifferenzen maximaler Laufzeitunterschied: 0,63 ms (bedingt durch Größe des Kopfes) geringster wahrnehmbarer Zeitunterschied: 0,03 ms Lokalisationsschärfe 3-5 Pegeldifferenzen: erst ab 400Hz möglich (durch Beugungserscheinungen am Kopf) Klangfarbenunterschiede: Lernprozeß Voraussetzung

22 Schallquellenlokalisation vertikal: Laufzeitdifferenzen keine Laufzeitdifferenzen Pegeldifferenzen: Keine Pegeldifferenzen Klangfarbenunterschiede: Bestimmung durch sog. richtungsbestimmenden Frequenzbänder Lokalisation wesentlich ungenauer

23 Kombinationstöne zusätzliche Tonhöhenempfindungen zwei Sinustöne unterschiedlicher Frequenzen f1 und f2 Töne von hoher Intensität zusätzliche Tonhöhenempfindungen entsprechen Frequenzen, die von f1 und f2 verschieden sind sind im ursprünglichen Schallsignal nicht vorhanden entstehen durch eine nichtlineare Verzerrung des akustischen Signals im Ohr

24 Quellen

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