Psychoakustik: Das Hörerlebnis verstehen

Wir alle erleben Sound nicht auf dieselbe Art und Weise. Unser Körper, die Umwelt und der kognitive Kontext fließen in die Interpretation der Bedeutung der Sounds um uns herum ein. Ist es ein Sound, den wir kennen? Kommt der Sound überraschend oder wird er erwartet? Stimmt er mit dem überein, was unsere anderen Sinne uns sagen? Da das, was wir hören, so stark von dem beeinflusst wird, was wir glauben zu hören, sollte jede Diskussion über menschliches Hören die Untersuchung der Sound-Wahrnehmung beinhalten – nämlich die Psychoakustik.

Was ist Psychoakustik?

In der Psychoakustik wird untersucht, wie Menschen Sound wahrnehmen. Es ist ein relativ junges Gebiet, in dem man Ende des 19. Jahrhunderts damit begann, bei der Entwicklung der Kommunikation zu unterstützen. Die Psychoakustik verbindet die Physiologie der Schallwellen – wie unser Körper Schallwellen aufnimmt – mit der Psychologie des Sounds, also wie unser Gehirn Sound interpretiert. Gemeinsam helfen uns diese Wissenschaften zu verstehen, wie und warum Sound die Menschen unterschiedlich beeinflusst.

Die Physiologie des Hörens

Von der Form unserer Ohrmuscheln bis zur Spirale unserer Hörschnecke, sogar die resonanten Eigenschaften unserer Schädel – es gibt viele physikalische Attribute, die die Art und Weise beeinflussen, wie Schallwellen durch unseren Körper und in unser Gehirn gelangen. Selbst im Alter ändert sich unsere Fähigkeit, verschiedene Frequenzen zu verarbeiten, was bedeutet, dass das, was wir hören, sich im Laufe unseres Lebens geringfügig unterscheiden kann. 

Im Allgemeinen kann der Mensch nur einen kleinen Teil des hörbaren Spektrums hören. Der Bereich des menschlichen Gehörs umfasst einen Frequenzbereich von etwa 20 Hz bis 20 kHz, der sich ideal für die Spracherkennung und zum Musikhören eignet, aber nicht so gut für sehr hoch- oder niederfrequente Töne ist, wie sie etwa bei Vulkanausbrüchen vorkommen.

Selbst die am besten beschaffenen Ohren unter uns können keinen Infraschall (Geräusche unterhalb von 20 Hz) oder Ultraschall (Geräusche oberhalb von 20 kHz) wahrnehmen. Während einige Tiere wie Elefanten, Fledermäuse und Delfine eine größere Frequenzbandbreite hören können, läuft ein Großteil des Geschehens auf unserer Welt für uns Menschen ungehört ab, weil es außerhalb der Hörschwelle liegt, die unsere Physiologie zulässt.

Zu den physiologischen Faktoren, die die Wahrnehmung von Schallwellen beeinflussen können, zählen:

• Größe und Form des Ohrs
• Knochendichte
• Körpergewicht

Die Psychologie des Hörens

Während körperliche Unterschiede beeinflussen, was wir hören, entscheidet unser Gehirn, wie wir es hören. Unsere Ohren sind keine präzisen Maschinen, also nutzen wir unsere kognitiven Kräfte, um die Subjektivität des Sounds auszugleichen. Unser Gehirn hat die wichtige Aufgabe herauszufinden, was ein Sound bedeutet, indem wir sowohl den unmittelbaren Kontext als auch unsere persönliche Erfahrung berücksichtigen, um die Quelle und den Zweck zu entschlüsseln.

Wie alle anderen Tiere verwenden wir das Hören als primäres Warnsystem: Sollen wir weglaufen oder lachen? Das hat weniger mit dem eigentlichen Sound zu tun, sondern eher damit, wie unser Gehirn diesen interpretiert. Wenn wir zum Beispiel in einem belebten Restaurant sind und das Zerbersten eines Glases hören, gehen wir davon aus, dass ein Kellner ein Getränk fallen gelassen hat. Das ist nicht beängstigend. Wenn der gleiche Sound uns allerdings aus dem Schlaf reißt, schaltet unser Gehirn in die "Kampf-oder-Flucht-Reaktion". Der Kontext eines Sounds ist einer von vielen in der Psychoakustik berücksichtigten Faktoren.

Wenn Sie das Wort grün in roter Schrift lesen, müssen Sie möglichweise aufgrund der visuellen Unstimmigkeiten eine kurze Pause einlegen. Diese kontextuelle Voreingenommenheit kann unser Gehirn auch über den Sound austricksen. Unser Gehirn arbeitet ständig daran, Sounds zu erkennen und stützt sich auf visuelle und äußere Reize, um Audioinformationen effizient zu verarbeiten. In unseren Köpfen ist die Wahrnehmung eines Sounds unsere Realität, auch wenn sie zuweilen ungenau ist.

Akustische Täuschungen

Diese Beispiele zeigen, wie Kontext die Interpretation des Hörens unseres Gehirns beeinflussen kann, was sogar eine emotionale Reaktion stimulieren kann.

• Steigt die Tonhöhe oder sinkt sie?
  • Kontext- und Hörexperiment von Daniel Pressnitzer 
    
• Welchen Namen hören Sie?
  • Experiment "Yanny oder Laurel" von Brad Story
• Können Sie Ihren Ohren trauen?
  • Akustische Täuschungen von ASAPScience
• Die Sound-Täuschung in tonintensiven Filmen
  • Shepard-Tone von Vox 
    

Hört es sich gut oder schlecht an?

Eine zentrale Subjektivität bei der Wahrnehmung von Sound ist, ob ein Sound als gut oder schlecht wahrgenommen wird. Neben unseren persönlichen Erfahrungen und Vorlieben helfen uns eine Vielzahl an Aspekten dabei, festzustellen, ob ein Sound nervig oder angenehm ist. Zusammen helfen uns diese psychoakustischen Indikatoren, Eindrücke und Sounds einander zuzuordnen.

Psychoakustische Indikatoren

• Tonhöhe
• Lautstärke
• Schärfe
• Tonalität
• Dauer
• Rauheit

Ob ein Sound "gut" klingt oder nicht, hängt davon ab, wie Ihr Gehirn diese Indikatoren interpretiert. Während G# beispielsweise immer der gleiche Ton ist, wird es beim Hören unterschiedlich wahrgenommen, wenn es auf einer Flöte gespielt wird und wenn es von einem Rauchmelder abgegeben wird. Die psychoakustischen Indikatoren, die von der Flöte vernommen werden, werden von Ihrem Gehirn als beruhigend interpretiert, während der gleiche Ton, von einer Sirene kommend, als bedrohlich wahrgenommen wird.

Anwendungen für die Psychoakustik

Vieles in unserer Welt wird mithilfe von Sound erlebt. So ist es nicht verwunderlich, dass Psychoakustik ein wichtiges Werkzeug ist, das in vielen Branchen zum Einsatz kommt:

• Musik- und Filmproduktion
• Leistung im Automobilbereich
• Gebäude- und Umweltdesign
• Kommunikationsgeräte
• Allgemeine Warnsysteme

Techniker aus verschiedenen Bereichen setzen auf Psychoakustik, um darüber zu informieren, wie Sound das Erleben von Designs beeinflusst. Während ein Automobiltechniker mit Psychoakustik den Nervenkitzel beim Beschleunigen in einem Sportwagen erhöht, wird ein Bauingenieur anhand dieser Methode verstehen, wie Straßenlärm den Erholungseffekt der Besucher in einem nahe gelegenen Park beeinträchtigen kann.

Wie wird Psychoakustik berechnet?

Das menschliche Gehirn ist unglaublich schwer messbar. Obwohl physikalische und chemische Veränderungen im Gehirn objektiv beobachtet werden können, ist die Modellierung der Wahrnehmung nicht so leicht. Die Untersuchung der Sound-Wahrnehmung basiert auf psychoakustischen Experimenten, bei denen die Hörenden aufgefordert werden, verschiedene Aspekte eines Sounds, wie Tonhöhe und Tonfarbe, zu bewerten. Um diese Ergebnisse zu quantifizieren, soll ein statistischer Ansatz für die Analyse eine genaue Modellierung der Sound-Wahrnehmung vorschlagen.

Engineering Software wie Ansys Sound nutzt mathematische und rechnergestützte Techniken zum Simulieren der Verarbeitung von Sound im menschlichen Gehirn. Obwohl in diesen Modellen nicht alle Nuancen der Wahrnehmung berücksichtigt werden können, sind sie hilfreich bei der Vorhersage, wie Sounds unter verschiedenen Bedingungen wahrgenommen werden, oder bei der Identifizierung von Faktoren wie akustische Maskierung sein, wodurch Ingenieure wertvolle Einblicke zur Optimierung ihrer Designs erhalten.

Sound-Lokalisierung

Die Art und Weise, wie unser Gehirn die Position eines Sounds in unserer Umgebung identifiziert, wird als Sound-Lokalisierung bezeichnet. Befindet er sich hinter oder vor uns? Ist er hoch oder niedrig? In einem Film zeigt uns beispielsweise die Lokalisierung des Sounds an, aus welcher Richtung ein Dinosaurier angreifen wird. Es ist auch hilfreich, um ein herannahendes Fahrrad auf einem Wanderweg zu bemerken oder zu wissen, wann man rechts ranfahren muss, um ein Rettungsfahrzeug passieren zu lassen.

Die Psychoakustik ist für die Sound-Lokalisierung wichtig, da sie Einblicke liefert, wie die von uns empfangenen akustischen Signale interpretiert werden sollten. Hat das Fahrrad genug Platz auf dem Weg, oder müssen wir zur Seite gehen? Kommt das Einsatzfahrzeug näher oder entfernt es sich von uns? Um diese Fragen nach dem Ort zu beantworten, verarbeitet und vergleicht unser Gehirn die von beiden Ohren erfassten Informationen, einschließlich Zeit und Intensität.

Um die Sound-Lokalisierung zu erleben, setzen Sie Ihre Kopfhörer auf und nehmen Sie Platz in diesem virtuellen Friseursalon von QSound Lab.

Dem Sound Bedeutung verleihen

Das Studium der Psychoakustik ermöglicht es Menschen zu verstehen, was sie hören. Durch die kraftvolle Kombination unseres akustischen Systems und kognitiven Fähigkeiten können wir nicht nur die Klänge um uns herum aufnehmen, sondern ihnen auch Bedeutung zumessen, was uns hilft, in Sicherheit zu leben, zu kommunizieren und das nie endende Konzert unserer Welt zu genießen.

Erfahren Sie mehr über die wichtige Rolle, die Sound beim Produktdesign spielt, in unserem Webinar "Listen to Your Simulations with Ansys" ("Hören Sie sich Ihre Simulationen mit Ansys an").