Wie funktioniert das Ohr?

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richi44
Hat sich gelöscht
#1 erstellt: 06. Apr 2005, 15:03
Ursprünglich hatte man die Idee, die kleinen Haarzellen oder wie die Dinger heissen, werden angeregt und schwingen in Resonanz mit. Damit wird die Frequenz und die Lautstärke übermittelt.
Heute weiss man, dass das so nicht stimmt. Ist es wirklich so, dass die hohen Frequenzen am Anfang der Schnecke und die Tiefen im Innern der Schnecke "gefühlt" werden?
Dann würden die Haarzellen nicht in Resonanz geraten (was ja auch bei der feinen Frequenzauflösung eine lange Ein- und Ausschwingzeit bedeuten würde), sondern rein durch ihre mechanische Position am Anfang oder in der Mitte oder in der Tiefe die die Frequenz repräsentieren.
Meines wissens stellt man sich das heute vor wie ein Strand, bei welchem langsame Wellen weiter ind "Landesinnere" dringen als schnelle Wellen.
Allerdings löst auch die Kraft der Welle, also die Lautstärke, ein weiteres "Landeinwärts-Phänomen" aus. Das würde dann bedeuten, dass aus der mechanischen Position der Haarzelle UND ihrer Auslenkung der Schalldruck und unter dessen Einrechnung die Frequenz bestimmt würde.
Damit wäre möglicherweise ein Effekt erklärt, der bei mir auftritt: Eine laute Orchesterpassage am Stück-Ende führt zu einem hörmässigen Absinken der Frequenz von fast einem Halbton, wenn die Musik aufhört und nur noch der Hall hörbar ist. Das ist auch im Konzertsaal so. Mein ehemaliger Chef hatte einen ähnlichen Eindruck, nur dass bei ihm die Frequenz mit sinkender Lautstärke anstieg.
Ist das nachgeprüft und dieser Ohrfunktion zuzuschreiben oder hat man sich diesem Umstand noch gar nie angenommen?
Weiter frage ich mich, wenn das Ohr so funktioniert und damit Schwingungen schnell "ein- und ausgeschaltet" werden können (im Gegensatz zur Resonanz), ob da Phasenverhältnisse der einzelnen Teilfrequenzen zueinander nicht feststellbar sein könnten oder müssten, weil auch ein Rechteck nicht unbedingt so nach Fourier übertragen würde, sondern wirklich eine art "Schaltfunktion" auslöste?
Dazu ein Experiment, das ich schon vor 40 Jahren gemacht habe (aus einem ganz anderen Grund): Ein Klavierakkord wir auf Band aufgezeichnet. Dazu wird das Signal vorgängig über einen Kompressor mit einer Ratio von 1:20 geführt. Das Signal auf dem Band hat folglich keinerlei Dynamik. Die verschiedenen Akkorde, die für die Musik nötig waren (sollte eine Musik für eine Hochzeit sein), wurden jeweils etwa 10 Sekunden lang einzeln eingespielt. Anschliessend wurde das Band mechanisch geschnitten und das Einschwingen des Klaviers weggeschmissen.
Wenn man nun so einen Akkord in normaler Laufrichtung abspielte, war das Klavier als solches noch erkennbar, obwohl der Einschwingvorgang als auch das Abklingen nicht mehr existierte.
Wenn man aber das Band rückwärts abspielte, klang das ganze nach Drehorgel (was ja auch der Sinn der Musik war).
Sicher ist, dass sich durch das Rückwärtsabspielen weder die Teilfrequenzen noch deren Pegel verändert haben. Verändert haben sich nur die Phasenlagen zueinander und damit die Kurvenform, bezw. die veränderte Form führt zu den veränderten Phasenverhältnissen.
Das würde aber bedeuten, dass sich diese Phasenverhältnisse sehr wohl bei einer Lautsprecherwiedergabe bemerkbar machen.
Jetzt einfach meine Frage: Ist das Ohr so? Ist das mit der Tonhöhenempfindung in Abhängigkeit von der Lautstärke so?
Ist meine Feststellung der Phasenzusammenhänge richtig und nachgeprüft?
Und gibt es schon entsprechende Konsequenzen beim Lautsprecherbau oder auch im Bereich Elektronik?
richi44
Hat sich gelöscht
#2 erstellt: 11. Apr 2005, 09:17
ich kann mir kaum vorstellen, dass entweder niemand eine Antwort weiss oder dass ich der einzige bin, der das wissen möchte...
Grimpf
Inventar
#3 erstellt: 11. Apr 2005, 12:37
ich hab nur kein bock das zu lesen ! daran liegts wohl 99% hier !
richi44
Hat sich gelöscht
#4 erstellt: 11. Apr 2005, 15:24
@ Grimpf
Danke, das IST wenigstens eine Antwort.
Aber Du darfst auch etwas zum Thema schreiben, ohne meine Zeilen zu lesen. Wenn ich Glück habe, lerne ich etwas daraus.
snark
Inventar
#5 erstellt: 11. Apr 2005, 15:31
Wissen würde ich's auch gerne, alleine mir fehlt die Kenntniss

Aber zum Glück finden sich in einem solch großen Forum schon mal eher Leute, die was zur Klärung beitragen können..

Mediziner, lernt Ihr sowas nicht im Studium, wenn's um die seitlichen Watscheln geht ??


snark
Juno
Stammgast
#6 erstellt: 11. Apr 2005, 16:53
Hallo richi44,

Es ist wirklich ein interessantes Thema ,welches du ansprichst.

Zur Funktionsweise des Ohrs kann ich dir folgenden Link der Uni-Wuppertal empfehlen,
falls du ihn noch nicht kennen solltes :

Akustik-Gehör-Psychoakustik

Wenn du dich durch das Inhalts-Verzeichnis hangelst ,bekommst du ziemlich
viele Antworten ,auf einige deiner Fragen.




richi44 schrieb:
Das würde aber bedeuten, dass sich diese Phasenverhältnisse sehr wohl bei einer Lautsprecherwiedergabe bemerkbar machen.

Das denke ich auch.

Ich kann mich sehr genau erinnern ,obwohl es schon ca.30 Jahre her ist ,dass dies ein
Lausprecher-Hersteller als einen besonders wichtigen Aspekt bei der Entwicklung von
Hifi-Lautsprecher-Systeme hervor hob.


MfG Juno


PS: Vielleicht sollte der Thread in Stereo Allgemein verschoben werden ?
mbquartforever
Stammgast
#7 erstellt: 11. Apr 2005, 17:06

richi44 schrieb:
Ursprünglich hatte man die Idee, die kleinen Haarzellen oder wie die Dinger heissen, werden angeregt und schwingen in Resonanz mit. Damit wird die Frequenz und die Lautstärke übermittelt....Ist das mit der Tonhöhenempfindung in Abhängigkeit von der Lautstärke so?


hi richie44,
das sind aber mehr als drei wünsche auf einmal-

ja, generell richtig.

also, dass die hochtonempfindlichkeit mit zunehmender lautstärke-und schalldruck deutlich abnimmt,
hat ja jeder schon mal nach ´nem konzert oder einem wochenende in der disco festgestellt, oder?
einen entscheidenden faktor steuert aber ja auch das trommelfell bei- neben den sinneshaaren in der schnecke.

bye
richi44
Hat sich gelöscht
#8 erstellt: 12. Apr 2005, 09:06
also, dass die hochtonempfindlichkeit mit zunehmender lautstärke-und schalldruck deutlich abnimmt,
hat ja jeder schon mal nach ´nem konzert oder einem wochenende in der disco festgestellt, oder?
einen entscheidenden faktor steuert aber ja auch das trommelfell bei- neben den sinneshaaren in der schnecke.

bye[/quote]

Es ist nicht die Empfindlichkeit, die sich ändert und so laut braucht es auch nicht zu sein. Es ist, wie wenn die Instrumente während des lauten spielens höher gestimmt wären als beim ausklingen. Es ist also echt die Tonhöhe, die sich bei mir ändert und nicht der Höhenanteil an der Wiedergabe.
mbquartforever
Stammgast
#9 erstellt: 15. Apr 2005, 12:25
hi,

vielleicht habe ich die ausgangsfrage falsch verstanden,
aber

je empfindlicher ein ohr/messgerät ist,
desto höher kann die festgestellte tonhöhe sein.
-unabhängig von der lautstärke und dem höhenanteil.
erstere beeinflußt jedoch die empfindlichkeit des ohres.

- wenn sich deine wahrgenommene tonhöhe verändert, resultiert dies m.e. aus einer veränderlichen empfindlichkeit.

grüße,
björne
richi44
Hat sich gelöscht
#10 erstellt: 15. Apr 2005, 16:08
@ björne
- wenn sich deine wahrgenommene tonhöhe verändert, resultiert dies m.e. aus einer veränderlichen empfindlichkeit.
Das kann ich mir nicht vorstellen, denn die Empfindlichkeit (wie gut ich hohe Töne höre oder wie laut ich sie empfinde, wenn Du das mit Empfindlichkeit meinst) ändert sich ja nicht dauernd. Und dieses "Verstimmen" der Instrumente geschieht laufend. Ich kann beispielsweise bei einem Musikstück die Lautstärke der Abhöranlage aufdrehen und die Instrumente sind bei MIR, also nach meinem Empfinden höher gestimmt, während sie bei meinem früheren Chef in der selben Situation für ihn tiefer gestimmt klangen.
Das ganze ist reproduzierbar und von der Tagesform unabhängig.
Aber ich werd mich jetzt mal hinter die "Uni Wuppertal" klemmen und sehen, was dabei raus kommt.
Gruss
Richi
mbquartforever
Stammgast
#11 erstellt: 15. Apr 2005, 17:46
hi richi,

wenn du was an der uni gefunden hast, sagt mal bitte kurz bescheid, okay?!

würde mich echt interessieren, wie jetzt tatsächlich
wahrnehmung von tonhöhe/empfindlichkeit mit lautstärke und schalldruck korrreliert.

viele grüße,
björne
richi44
Hat sich gelöscht
#12 erstellt: 18. Apr 2005, 13:47
...also, das mit der Uni Wuppertal ist für die Katz, weil das hab ich schon vor 45 Jahren im Physikunterricht gelernt. Das ist also nicht der Weisheit letzter Schluss. Es ist ja seit Fourier bekannt, dass sich jede Kurve aus einzelnen Frequenzen zusammensetzen lässt. Nur wird da bisweilen behauptet, die phasenmässigen Beziehungen der Teilfrequenzen seien nicht hörbar, was mit meinem Klavierexperiment eindeutig widerlegt ist.
Und das, was da aus Wuppertal kommt, knüpft an Kurven an, die mit Teilfrequenzen aufgebaut sind, welche alle zum Zeitpunkt NULL, also mit gleicher Phase starten.
Das ist nunmal nur die halbe Wahrheit.
Und wie das Ohr wirklich funktioniert, ist nicht erwähnt.
Also werde ich weiter das Google belästigen.
richi44
Hat sich gelöscht
#13 erstellt: 19. Apr 2005, 10:11
http://www.sinnesphy...ellen/haarzellen.htm
Damit bin ich ein kleines Stück weiter gekommen. Aber jede Antwort ist der Vater von 10 Fragen.
Klar ist, dass die hohen Frequenzen am Anfang wahrgenommen werden, die Tiefen in der Tiefe.
Neu für mich war, dass da eine Verstärkung statt findet, indem die äusseren Haarzellen synchron mit den ankommenden Schwingungsreizen kontrahieren. In diesem Beitrag wird von Faktor 100, in einem anderen von 1000 gesprochen.
Was nicht genau gesagt wird, wie diese Anregung vonstatten geht. Wenn ein Reiz im Bereich der Hörschwelle zu einer hundertfachen Verstärkung führt, müssen diese "Verstärkerzellen" schon funktionieren, wenn noch gar nichts an Reizen ankommt. Weiter ist von Kontraktion die Rede. Eine Schwingung besteht aber nicht nur aus einer negativen Halbwelle, sodass eine Verkürzung der Haarzelle allein nicht den Verstärkungseffekt erzeugen kann, höchstens Klirr.
Was ebenfalls unklar ist, wie die sehr schmale Zone der Frequenzerkennung zustande kommt. Es ist die Rede von einer unterschiedlichen Beschaffenheit (Nachgiebigkeit) der Basilarmembran im Verhältnis von 1:10'000. Das würde bedeuten, dass diese Membran durch Schallanregung irgendwo auf Resonanz schwingt. Bei dem schmalen Bereich, der zur Frequenzerkennung nötig ist, wäre mit einem langen ein- und ausschwingen zu rechnen. Dies ist aber eindeutig nicht der Fall.
Von der Lautstärke wird an keiner Stelle gesprochen, auch in vielen anderen Beiträgen nicht, die ich durchgestöbert habe.

Wenn man selbst ein Ohr bauen müsste, käme man sicher auch auf das Prinzip der Wanderwelle. Damit wäre die Frequenz- UND Schalldruckmessung möglich. Wie erwähnt nach dem Prinzip des Strandes, wo die Wellen frequenz- und pegelabhängig mehr oder weniger weit ins Landesinnere vorstossen. Es müsste also eine Rechnung aufgemacht werden, wo wird gereizt und wie hoch ist der Schalldruck.
Weiter müssten die Sinneszellen in Nachbarschaft zur "aktiven" Zelle ausgeschaltet werden, damit die Frequenzbestimmung erfolgreich sein könnte. Diesen Effekt kennt man beim Ohr, nämlich die Verdeckung benachbarter Frequenzen.
Jetzt bleibt die Idee mit der Verstärkung. Das macht Sinn, denn das Ohr muss einen Schalldruckbereich von etwa 120 dB bewältigen. Und im Gegensatz zum Auge gibt es keine "Blende" und es ist dauernd mit grossen Pegelunterschieden zu rechnen. Da würde sich so ein Verstärkerprinzip (allenfalls auch umkehrbar, sodass die äusseren Haarzellen entgegen dem Original-Schalldruck auslenken) anbieten. Das Problem ist natürlich die Rückkopplung, die nicht schwingen darf.
Das könnte eine Erklärung für mein "Verstimmen der Instrumente" sein. Wenn die Verstärkerfunktion geringfügig verstimmt ist gegenüber dem Originalschall, so ist eine Schwingung durch Rückkopplung weitgehend vermieden. Solche Funktionen verwendet man bisweilen bei Lautsprecherübertragungen, indem elektronisch das Mikrofonsignal um wenige Hz verschoben und so (tiefer oder höher) über die Lautsprecher wiedergegeben wird.

Jetzt würde es mich echt freuen, wenn ein Mediziner diese Thesen bestätigen oder verwerfen würde, aber isrgendwie Licht ins Dunkel des Ohres bringen würde...
jakob
Hat sich gelöscht
#14 erstellt: 28. Apr 2005, 19:50
Hi richi44,

die Hörbarkeit von Phasenverzerrungen ist ein immer noch strittiger Punkt, obwohl seit Ohm die Sache klar zu sein scheint. Aber wie häufig, ist es abhängig von den verwendeten Untersuchungssignalen. Stanley P. Lipshitz hat auch hierzu einige Untersuchungen angestellt, eine Zusammenfassung des gegenwärtigen Wissensstandes findet man hier (mit Literaturverzeichnis):

http://www.audioholi...ngPhaseDistortio.php

Ebenfalls interessant:

http://www.ocf.berkeley.edu/~ashon/audio/phase/phaseaud2.htm

Es gibt schon längere Zeit die Theorie, daß zur Auswertung von Tonsignalen unser Gehör stark auf die Einhüllende reagiert, was eine Erklärung für Dein Experiment sein könnte, denn, trotz Wegfalls des Einschwingvorganges, wird die Einhüllende vorwärts und rückwärts sehr unterschiedlich ausfallen. Man könnte sich noch die Mühe mit einer Drehorgel direkt machen, um etwaige Ähnlichkeiten in der Kurvenform zu verifizieren.

Ich meine, Sommerfee erwähnte schon einmal neuere Untersuchungen zur Phasenempfindlichkeit, die auf der empfundenen Sprachverständlichkeit beruhten, und die zumindest nach seiner Erinnerung auch deutlich stärkere Abhängigkeiten von geringen Phasenverzerrungen zeigten.

Ich kann mich erinnern, daß diese Experimente in einem anderen Artikel (dem Studiobereich zuzuordnen) ebenfalls Erwähnung fanden, aber leider ist es mir bislang nicht gelungen, direktes Material dazu aufzutreiben.

Gruß
richi44
Hat sich gelöscht
#15 erstellt: 30. Apr 2005, 15:09
Danke Jakob, werde mir das mal zu Gemüte führen (dauert etwas, weil englisch nicht meine erste Fremdsprache ist, leider).
Wo ich immer etwas Mühe habe, das sind die Phasendarstellungen bei Lautsprechern. Ich kann mir nicht vorstellen, wie man letztlich zu mehrmals 360 Grad Phasendrehung kommt, ausser durch die nicht kompensierte Laufzeit Lautsprecher-Mikrofon.
Sicher führen Weichen zu Phasendrehungen, aber bekanntlich ist diese 45 Grad bei -3dB und weit unter diesem Pegel interessiert mich die Sache nicht mehr.
Und einfach ein Breitbandchassis betrieben und ausgemessen führt bei mir nie zu solchen Purzelbäumen. Ich habe festgestellt, dass die Phase unterhalb der Eigenresonanz null und oberhalb dieser 180 Grad ist, also 90 Grad bei der Eigenresonanz. Und das bis in den Bereich, wo der Lautsprecher langsam an Pegel verliert und somit nicht mehr vernünftig arbeitet.
monamunki
Neuling
#16 erstellt: 20. Mai 2005, 16:34
Hallo ihr! Ich gehe auf eine Fachhochschule und studiere Mediziniische Informationstechnik. Da ich gerade lernen und die Unterlagen der Vortragenden wieder einmal nicht ausreichend sind, wollte ich mich im Web schlau machen und so bin ich hier gelandet. Lange Rede kurzer Sinn: Also im Innenohr ist es wirklich so dass die mechanischen Wellen in der Schnecke eine Auslenkung bewirken. Wenn man die Schnecke sozusagen aufrollt dann könnte man sagen dass da zwei mit Flüssigkeit gefüllte Schläuche drin sind wobei der eine am Spitz blind endet und der andere vom Spitz zurück zum runden Fenster führt, welches wieder in den mittelohrraum "schaut". Im Querschnitt sieht man also drei Schläuche, wobei der obere die mechanische Welle weiterleitet. Da zur Spitze hin die Schnecke immer lascher wird bewirken hohe Frequenzen schon am Beginn der Schnecke eine Art Resonanz. Jeder Teil der Schnecke ist also einer bestimmten Frequenz zuzuschreiben. Die Reizweiterleitung geschieht jedoch dann ein bisschen anders und zwar nehmen die inneren Harrzellen Schwingungen auf indem sie depolarisieren, also sind diese richtige Sensoren, die eine mechanische Welle in ein elektrisches Signal umwandeln. Diese Härchen haben nämlich ein unnatürlich hohes Membranpotenzial von 160mV (normal -90mV) und sind dadurch mechanischen reiozen gegenüber sehr empfindlich. Um das zu verstehen müsstest du dich auch mit Histologie beschäftigen, was wie ich glaube schon etwas zu weit geht. Ich habe auch ein bisschen über dein Experiment nachgedacht. Ich kann mir das nur so vorstellen, dass ja jedes Instrument oder auch wir Menschen einen verschiedenen Resonanzkörper haben. Man kann ja z.B denselben Ton am Klavier und auf einem Saiteninstrumentspielen und trotzdem weiß man, dass es zwei verschiedenen Instrumente sind. Jeder Resonator hat also seine eigene individuelle Charakteristik. Obwohl man davon ausgeht, dass eine tonhöhe durch eine Frequenz dargestellt wird ist trotzdem noch mehr Information in einem Ton drin. Der Ton ist also bestimmt durch die Frequenz mit der höchsten Amplitude, der Rest beschreibt seinen Charakter. Da beim Betätigen einer Klaviertaste der Resonator sicher noch nicht zum Zeitpunkt null den Ton "würzt". Wird beim Rückwärtabspielen der Ton unnatürlich abklingen und somit vom Gehirn nicht mehr als der eines Klavieres erkannt werden.
Das war zumindest meine Theorie. Ich hoffe, dass diese zumindest in einigen Punkten der wahrheit entspricht. Liebe grüße
mbquartforever
Stammgast
#17 erstellt: 20. Mai 2005, 17:57
hi,

ich sag´s ja immer: wer nicht fragt....

vielen dank für eure ausführlichen erläuterungen und darstellungen.

ich bin der meinung, daß in dtld zu wenig für forschung ausgeben wird.
aber geld für elite-unis ist da,
obwohl nicht mal die grundversorgung der "normalen" unis auch nur ansatzweise sichergestellt werden kann.
oldenburg wird seit jahren immer weiter zusammen gestrichen.

grüße,
björne
monamunki
Neuling
#18 erstellt: 20. Mai 2005, 19:47
Noch eine schlaue Meldung von mir. Bei den Ohren ist schlecht forschen. Ich habe mir sagen lassen, dass all die Eigenschaften des Ohrs nur so genial sind, wenn der Mensch noch lebt und am toten Ohr ist nichts mehr abzuschauen nur sind die Mittel zu begrenzt um bei einem gesunden Menschen ins Ohr zu schauen und die Bewegungen der Schnecke oder die Reizweiterleitung zu messen. Aber die Vorstellung an der Schnecke eine Elektrode oder Mechanosensoren anzubringen finde ich lustig.
stefle
Stammgast
#19 erstellt: 24. Mai 2005, 13:11
Moin moin,

ich vermute, daß der Eindruck der Sinkenden Tonhöhe bei Verringerung der Lautstärke eine "Interpretation" des Gehirns ist. Ich glaube nicht, daß das Ohr in physischer Weise daran beteiligt ist. Wir sind es schon von der Sprache her gewohnt, daß Lautstärke mit Tonhöhe korreliert. Und es ist ja bekannt, daß Sinneseindrücke durch nachträgliche Interpretationsleistungen des Gehirns beeinflußt werden. Was wäre z.B., wenn man gleichzeitig zum Ausklingen eines Orchesterfortissiomos einen sich in der Lautstärke nicht verändernden Stimmton hört (z.B. eines Stimmgeräts)? Hätte man dann noch den gleichen Eindruck?

Das Thema mit den Phasenverschiebungen finde ich sehr interessant. Am besten müßten sich da eigentlich diejenigen auskennen, die mit synthetischer Klangerzeugung zu tun haben - z.B. Entwickler von Digitalpianos.


[Beitrag von stefle am 24. Mai 2005, 13:12 bearbeitet]
richi44
Hat sich gelöscht
#20 erstellt: 29. Mai 2005, 17:17
@ monamunki
Da beim Betätigen einer Klaviertaste der Resonator sicher noch nicht zum Zeitpunkt null den Ton "würzt". Wird beim Rückwärtabspielen der Ton unnatürlich abklingen und somit vom Gehirn nicht mehr als der eines Klavieres erkannt werden.

Ich habe wie erwähnt erstens den Schallpegel konstant gehalten, sodass ein an- oder abschwellen der Lautstärke nicht feststellbar ist (Dynamikkompressor-Limiter) und zweitens habe ich den eigentlichen Einschwingvorgang, also Hammer auf Saite, am Tonband mit der Scheere weggeschnitten. Damit fällt ein grosser Teil der Information weg, die wir normalerweise als "Referenz" zur Bestimmung des Instrumentes verwenden. Was geblieben ist, ist die Kurvenform des Signals, nur einmal auf der Zeitachse gespiegelt.
Und es gibt da ja die Fourier-Analyse, die eine bestimmte Kurvenform in die Einzelfrequenzen (mit ihren Phasenabhängigkeiten) zerlegt. Und es wird oft behauptet, dass das Ohr zwar diese Einzelfrequenzen registriert, aber nicht deren gegenseitigen Phasenbezug. Wenn dem so wäre, könnte mein Experiment nicht funktioniert haben, da sich die Teilfrequenzen ja nicht verändern, ob das Band vorwärts oder rückwärts gespielt wird. Es ändern sich NUR die gegenseitigen Phasenbeziehungen durch die Spiegelung auf der Zeitachse.
Das ist eine der Kernfragen meines Beitrags udn letztlich eine Kernfrage bei der Diskussion darüber, was man überhaupt (an einer Stereoanlage) hören kann und was nicht.
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