Computational Hearing und Psychoacoustics

Diese Bereiche befassen sich mit der Wahrnehmung von Sound im Allgemeinen. Grundlagen der Psychoakustik und eine (deutsche) Liste von Psychoakustischen Terminologien finden Sie hier. Zur Benutzung dieser Datei brauchen Sie ein Passwort. Dieses und weitere Informationen zu dieser Seite bekommen Sie von Werner Deutsch.

Forschungsgegenstand

Das Arbeitsgebiet der Forschungsstelle umfaßt Grundlagenforschung wie angewandte Forschung zum Thema Schall als Wirkungsauslöser und Kennzeichenträger. Konkret werden akustische Signale aller Art in ihren unterschiedlichen Erscheinungsformen in der in der Musik, der Bioakustik, bei Lärm, Vibrationen usw. untersucht. Ihre Bedeutung für die Wahrnehmung wird u.a. mit Methoden der digitalen Signalverarbeitung und Psychoakustik erforscht. Die Bearbeitung der Akustik der Sprachsignale, des stimmlichen Ausdrucks, der phonetischen Variation sowie die Erstellung von klingenden Sprachcorpora erfolgt im Rahmen der akustischen Phonetik.

Geschichte der Psychoakustik

siehe die PDF-Datei hist.pdf.

Grundlagenforschung Psychoakustik

Die Psychoakustik ist ein Teilgebiet der Psychophysik und erklärt die Zusammenhänge zwischen der Physik der Schallsignale und der Wahrnehmung. Das gelingt bei einfachen Signalen, etwa bei Sinustönen und Rauschen, hinreichend genau mittels psychophysischer Funktionen (z.B. Lautheit in Sone). Komplexere Phänomene wie die Wahrnehmung zeitvarianter Tonhöhen- und Klangfarbengestalten in der Musik, das (akustische) Figur-Hintergrund-Problem, Fragen der Lokalisation von Schallquellen (Cocktailparty-Effekt), die Raumakustik, die Qualität von Instrumentenklängen, die Lästigkeit von Lärm usw. werden mit Hilfe von psychoakustischen Modellen untersucht, die Funktionen der Peripherie und der zentralen Instanzen des Gehörs simulieren.

Zwei empirisch bestens abgesicherte Funktionen, die Maskierung (Verdeckung) von spektralen Komponenten und die Kritische Bandbreite (Critical Band: CB) greifen in beinahe sämtliche Bereiche der Lautheit, der Frequenzselektivität, der Klangfarbe, der Konsonanz und Dissonanz regulierend ein. Schwächere spektrale Komponenten des akustischen Signals werden verdeckt und damit unhörbar wenn sie sich in geringem Frequenzabstand zu stärkeren Komponenten befinden. Starke tiefe Töne verdecken höhere, schwache stärker als umgekehrt. Verdeckung ist ein aktiver Prozess der psychoakustischen Signalverarbeitung, der die Komplexität der akustischen Signale reduziert und die Extraktion relevanter Informationseinheiten wie Features ermöglicht.

Die Visualisierung von akustischen Signalen kann durch die Extraktion unhörbarer (maskierter) Signalanteile entscheidend verbessert werden (Relevanzspektrographie). Nach Abzug der maskierten Komponenten (SM) ist kein hörbarer Unterschied zwischen dem unbehandelten Signal (SO) und dem Irrelevanz-bereinigten Signal (SI) feststellbar. Das Differenzsignal (SM) alleine dargeboten, kann hörbar gemacht werden. Es gilt die Beziehung:

SO = SI + SM

Die untenstehenden Spektrogramme enthalten die Signale in der Reihenfolge SM, SI, SO von oben nach unten angeordnet (Frequenzachse in Bark).

Das Differenzsignal enthält die nichthörbaren Teile des Musikstückes (Auszug aus Pastorale).

Simultan-Maskierung: Klänge von Musikinstrumenten

Die oberste durchgezogene - glatt erscheinende Linie - des Amplitudenspektrums eines stationär gehaltenen Geigentones gibt die Mithörschwelle des Klanges an. Sämtliche in dieser Mithörschwelle nicht als Spitze erscheinenden spektralen Komponenten sind unhörbar. Davon sind die höheren Frequenzkomponenten stärker betroffen als die tiefen. Teiltöne mit niederer Rangzahl werden besser aufgelöst (siehe auch CB).

Literatur

  • Deutsch, Werner A. 1996: Klangfarbe. in: Die Musik in Geschichte und Gegenwart. Allgemeine Enzyklopädie der Musik. Sachteil, Band 5. Kassel et al.: Bärenreiter, pp.138-151.