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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