Inhalt

Was ist Psychoakustik? Grundfragen und Methoden Begriffe psychoakustische Parameter die Hörfläche Verdeckung Wahrnehmung von Tonhöhe, Lautheit, Tempo,

Rhythmus Frequenzgruppen Isophone Rhythmus

Literaturempfehlungen

Békésy, Georg von (1960): Experiments in hearing

O‘Shaughnessy, Douglas (1987): Speech Communication - human and

machine

Terhardt, Ernst (1998): Akustische Kommunikation

Zwicker, Eberhard / Fastl, Hugo (1990):Psychoacoustics: facts and models

Psychoakustik

Teilgebiet der Psychophysik Gegenstandsbereich:

Zusammenhänge zwischen physikalischen Schallfeldgrößen (Schallereignisse) und menschlicher Wahrnehmung von Schall (Hörereignis)

physikalische Größen psychoakustische Größen Frequenz Tonhöhe Pegel Lautheit Dauer wahrgenommene Dauer

Anwendungsgebiete Schallwirkungsforschung, Lärmwirkungsforschung, Audiologie Telekommunikation, Audiokompression, Geräuschdesign Sprachgütebeurteilung, Raumakustik, Tonstudiotechnik

Grundfragen der Psychoakustik

Wie funktioniert die ...? Wahrnehmung der Tonhöhe Wahrnehmung der Lautheit Wahrnehmung der Dauer (Tempo) Wahrnehmung von Klangveränderungen Wahrnehmung von Rhythmus räumliche Wahrnehmung

Methoden der Psychoakustik

Tests, bei denen subjektive Urteile von Versuchspersonen erhoben werden klassische:

Einregelungsmethode (method of adjustment) Größenschätzung (magnitude estimation) Paarvergleich

adaptive: Forced-Choice-Methoden (2-AFC, 3-AFC, 4-AFC) Békésy-Tracking

Art der zu verwendeten Methode ist abhängig von der Fragestellung

Vor- und Nachteile der verschiedenen Methoden

Begriffe

Schall = Schwingungen eines Mediums (Luft, Wasser ...)= rhythmisch abwechselnde Verdichtung und Verdünnung

Frequenz, Amplitude, Phase

Schalldruck - Schalldruckpegel Schallschnelle - Schallschnellepegel Schallintensität - Schallintensitätspegel Schallleistung - Schallleistungspegel

Auslenkung

Geschwindigkeit

Beschleunigung(Schnelle)

Schalldruck)

Begriffe

Ton= einzelne, „reine“ Sinusschwingung mit best. Frequenz

Klang= Tongemisch, bestehend aus Grundton und Obertönen (Harmonische) mit periodischen Eigenschaften

Geräusch= beliebige Kombination aus Frequenzen und Lautstärken, nicht periodisch

Psychoakustische Parameter

Lautheit [sone] Schärfe [acum] Tonhöhe [mel] oder [bark] oder

[ERB] Rauigkeit [asper] Schwankungsstärke[vacil] Tonhaltigkeit Impulshaftigkeit

Bedeutende Psychoakustiker

Hermann von Helmholtz: 1863: Die Lehre von den Tonempfindungen erstmals Unterscheidung zwischen Pänomen (=Reizgröße)

und Wahrnehmung (Empfindungsgröße)

Georg von Békésy Eberhard Zwicker Jens Blauert

und viele andere ...

Hörfläche

Schmerzschwelle und Grenzwert für Gefährdung

Schmerzschwelle von der Frequenz abhängige Lautstärke eines Tons,

oberhalb derer unmittelbare Gehörschäden auftreten

Grenzwert für Gefährdung liegt unterhalb der Schmerzschwelle längere Einwirkung von Schallpegeln oberhalb dieses

Grenzwertes führen zu temporären oder permanten Gehörschäden (Lärmschwerhörigkeit)

Ruhehörschwelle

Ruhehörschwelle = absolute Hörschwelle Wahrnehmbarkeit eines (Test-) Schalles ohne Anwesenheit

anderer Schalle Schalldruckpegel eines Sinustons, der in Abhängigkeit von seiner

Frequenz gerade noch wahrgenommen wird Ermittlung: durch pendelndes Einregeln

Ruhehörschwelle

Ruhehörschwelle in Abhängigkeit vom Alter

Weitere Hörschwellen (engl. threshold)

Mithörschwelle Wahrnehmbarkeit eines (Test-) Schalles bei Anwesenheit

bzw. unter dem Einfluss anderer Schalle (Störschall, Maskierer)

Differentielle Wahrnehmbarkeitsschwelle(Unterschiedsschwelle, just noticeable difference) mindestens notwendige Änderung eines Reizes, damit eine

Änderung wahrgenommen werden kann

Beispiele für Lautstärkepegel

Beispiele dB Ruhehörschwelle 0 Blätterrascheln (in der Ferne), ruhiges Atmen 10 Flüstern 20 Ruhiges Zimmer 20-30 Gesetzl. Grenzwert für Nachtgeräusche in Wohngebieten 35 Gespräch 40-60 Gesetzl. Grenzwert für Taggeräusche in Wohngebieten 45 TV (normal laut), Stressgrenze 60 Staubsauger in 1m Abstand, Haushalts-, Bürolärm 70 Hauptverkehrsstraße (5m Abstand) 80 Autohupen, LKW-Fahrgeräusche, Schnarchen 90 Stereoanlage mit Lautsprechern 70-100 Discomusik, Presslufthammer, Motorrad, Kreissäge 100 Rockkonzert, Walkmen (laut), Kettensäge, Flugzeug (nah) 110-120 Schmerzschwelle, Düsenflugzeug 130 Gewehrschuss, Raketenstart 140 Ohrfeige direkt aufs Ohr 170

Akustische Täuschungen

es ist möglich, Töne zu hören, die nicht als Schall vorhanden sind

genaue Untersuchung von Täuschungen kann zur Erkenntnisgewinnung beitragen, wie das menschliche Gehör Schallsignale verarbeitet

Bsp: Shepard-Skala Stereofonie Synästhesie visuelle Beeinflussung (z.B. McGurk-Effekt) Tinnitus

Psychoakustische Phänomene

Schwebungen Schwankungen der Amplitude, die dann auftreten, wenn der

Frequenzabstand zwischen 2 Tönen < 20 Hz beträgt Differenzfrequenz zwischen den beiden Tönen bestimmt die

Frequenz der Amplitudenschwankungen ist keine akustische Täuschung, weil die

Amplitudenschwankungen im akustischen Signal nachweisbar sind

Verdeckung laute Töne verdecken leise zählt zu den akustischen Täuschungen

Verdeckung (Masking)

zeitliche Verdeckung (temporal masking) Simultanverdeckung Vorverdeckung Nachverdeckung

Verdeckung in Abhängigkeit von der Lautstärke

Wahrnehmung der Tonhöhe

bei reinen Tönen relativ nah an der realen Frequenz Messung über Verhältnistonhöhe

doppelte Tonhöhe = wievielfache Frequenz ? bis etwa 1 kHz linear, danach überproportionaler Anstieg der

Frequenz notwendig

bei komplexen Tönen (Klängen) und Geräuschen schwierig zu bestimmen komplexe Töne:

meist der Abstand zwischen den enthaltenen Tönen (=Grundfrequenz), aber abhängig von der Lautstärke

(bandbegrenztes) Rauschen: nahe der Grenzfrequenz (cut-off-frequency)

Zusammenhang Frequenz - Tonheit

Vergleich von Tonhöhenskalen

Frequenzgruppen und Tonheit

Frequenzgruppe (critical band) ist der Frequenzbereich (=Band), innerhalb dessen das Gehör

ein Merkmal zusammenfasst Intensität, Klang, Richtung

Aneinanderreihung von Frequenzgruppen gehörgerechte Frequenzskala = Tonheit

Menschen hören 24 Frequenzgruppen (s. Barkskala) Einheiten für die Tonheit (=wahrgenommene Tonhöhe):

Mel Bark

doppelter Wert = doppelt so hoher Ton(gilt für die Frequenz in Hz nicht)

Wahrnehmung von Lautheit

ebenso wie bei der Tonhöhe gilt:Intensität ≠ Lautheit

kann nicht aus der geraden wahrnehmbaren Intensitätsänderung konstruiert werden

ist abhängig vom spektralen und zeitlichen Eigenschaften des Signals

verschiedene Modelle zur Berechnung basieren auf experimenteller Ermittlung, z.B. Größenschätzung z.B. spezifische Lautheit nach Zwicker

Gesamtlautheit eines Schalls ist die Summe der spezifischen Lautheiten in jedem einzelnen Frequenzband

Isophone – Kurven gleicher Lautheit

Dämpfung/Verstärkung zum Ausgleich der Schallfeldeigenschaften

damit ein Schall im diffusen Schallfeld gleich laut wirkt wie im freien Schallfeld, muss er entsprechend der dargestellten Funktion gedämpft/verstärkt werden

Spezifische Lautheit nach Zwicker

Wahrnehmung der Dauer

Wahrnehmung der Dauer

Wahrnehmng von Tempo und Rhythmus

Annahme: Bursts in gleichen Abständen erzeugen die Wahrnehmung eines gleichförmigen Rhythmus falsch gilt nur für sehr kurze Bursts mit steilen Hüllkurven

Schalle mit graduellem Intensitätsanstieg verschieben den Zeitpunkt der Wahrnehmung eines Rhythmusereignisses (temporal shift) abhängig von Dauer und Signalform

in Sprache: jede (betonte) Silbe erzeugt ein Rhythmusereignis

lautheitsbasiertes Rhythmusmodell nach Zwicker

Lautheitsbasiertes Rhythmusmodell nach Zwicker

Beispiel

Zusammenfassung

Psychoakustische Phänomene Zusammenhang Akustik – Wahrnehmung Wahrnehmung von

Tonhöhe, Lautheit, Dauer Schärfe, Rauhigkeit, Schwankungsstärke

für Töne und Rauschen schon recht gut erforscht

aber: nicht direkt auf Sprache übertragbar Tonhöhe, Lautheit schon gut erklärt besonders Rhythmus und Klangwahrnehmung sind noch

wenig erforscht