Vorlesung Medientechnik Universität Koblenz-Landau SS2011

Schnecke

Hörnerv

Eustachisches Rohr (Druckausgleich)

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Einfangen des Schalles (Trichter) Formgebung unterstützt Richtungshören durch Resonanzbildung

Ohrmuschel Auricula auris

Knorpel: Cartilago auriculae

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/b/bc/Ohr2.jpg

Äußerer Gehörgang

http://flexicon.doccheck.com/upload/8/8d/Auricula_Explorer_002.swf

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Crus Schenkel Concha Muschel Fossa Graben Helix gr Kurve, Windung Tragos gr. Ziege

Das Mittelohr besteht aus dem Trommelfell der luftgefüllten Paukenhöhle, den Gehörknöchelchen, Hammer, Amboss und

Steigbügel) Mittelohrmuskeln (Trommelfellspanner,

Steigbügelmuskel

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Schwingungsübertragung vom Außen- zum Innenohr

Impedanzanpassung zwischen Mittel- und Innenohr Impedanz: Schallwellenwiderstand. In der flüssigkeitsgefüllten Schnecke höher als in Luft, Reflektionsverluste an der Grenzfläche werden gemindert. Druckerhöhung Faktor 22.

Erweiterung des Dynamikbereiches des Gehörs durch die Muskelspannung

frequenzselektive Empfindlichkeitsänderung des Gehörs durch die Muskelspannung

Schutz des Innenohres vor zu lauten Schallen Muskelkontraktion bei großem Pegel, dadurch Schallreflektion am Trommelfell und Schutz des Innenohres.

Labyrinth im Felsenbein bestehend aus Schnecke (Cochlea) und Bogenäangen

(Gleichgewichtsorgan)

Scala vestibuli / Vorhofgang

Scala media

Scala tympani / Paukengang 6

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Steigbügel am ovalen Fenster setzt die Perilymphe des Vorhofganges in Bewegung bzw. ändert den Druck. Durch das Helicotrema überträgt sich die Bewegung in den Paukengang.

Dies setzt die Basilarmembran in Schwingung (Wanderwellen). Das Maximum der Amplitude ist frequenzabhängig (Stimmung der Basilarmembran). Haarzellen im Corti-Organ geben Reiz an Hörnerv weiter.

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3 Reihen äußere Haarzellen verstärken die Amplitude der Wanderwelle

1 Reihe innerer Haarzellen (3500 insgesamt) geben Signal an Hörnerv

Position der Haarzelle entspricht Frequenz, hohe vorne am ovalen Fenster

Scala media

8

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3 Reihen äußere Haarzellen verstärken die Amplitude der Wanderwelle

1 Reihe innerer Haarzellen (3500 insgesamt) geben Signal an Hörnerv

Position der Haarzelle entspricht Frequenz, hohe vorne a, ovalen Fenster

Scala media

9

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Lokalisitation = Richtung und Entfernung bestimmen

oben – unten: vor allem über Reflexionen der Ohrmuschel

links –rechts: Laufzeitunterschiede & Lautstärke Abstand der beiden Trommelfelle ca. 21,5 cm Laufzeitunterschied bis zu 0,63ms

vorne – hinten Ohrmuschel

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Unterhalb 800 Hz kann das Ohr Phasendifferenzen zur Lokalisation nutzen Wellenlänge > 2*Ohrabstand

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http://www.sinnesphysiologie.de/hvsinne/hoeren/oliv.htm

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Hörfähigkeit: Mensch: 16 Hz-20.000 Hz größte Empfindlichkeit 1.000-3.000 (5.000) Hz

20Hz-16.000 Hz

C A 1000Hz 5000Hz

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Fortschreitende ebene Schallwelle

p Druck

v Schnelle

constvp=

Hermann von Helmholtz 1821-1894

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Schallgeschwindigkeit 325 m/s (-10° C) 350 m/s (30° C) abhängig von Temperatur, CO2 (Blasinstrumente)

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Druck = Kraft /Fläche

Phys. Formelzeichen p=F/A

Si Maßeinheit Pascal Pa = [N/m2]

Normale Luftdruck; 105 Pa (1000 hPa)

Schalldruck=Schallwechseldruck=Änderung des Normaldruckes

HörbarKeitsschwelle 2*10-5 Pa bei 1000Hz

Normallautstärke 0,1 Pa

Schmerzgrenze 100 Pa

16

0,00001

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

100

Hörb

arke

its-

schw

elle

Unte

rhalt

ung

Sehr

laut

Schm

erz-

Gren

zeSchalldruck

Logarithmische Skalierung

Verzehnfachung

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020406080

100120

Hörb

arke

its-

schw

elle

Unte

rhalt

ung

Sehr

laut

Schm

erz-

Gren

ze

Schalldruck

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Logarithmus ist die Umkehrfuntion des Potenzierens a=bx dann ist x =logba

b=2, dann Zweier-Logarithmus Logarithmus Dualis a=2x dann ist x = ld(a)

b=e (Eulersche Zahl) Natürlicher Logarithmus a=ex dann x=ln(a)

b=10 Zehnerlogarithmus a=10x dann x=lg(a)

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Rechenregeln:

log(xy)=log(x)+log(y) log(x/y) = log(x)-log(y) log(xy) = y log(x) log(1)=0 Log(1/x)=-log(x)

19

Alexander Graham Bell 1847-1922 Taubstummenlehrer Erfinder Telefon, Audiometer Grammophon, Flugzeuge, Boote

Telefon 1875

2

20 0

10lg 20lgpp pL dB dBp p

= = Pa 10*2 50

−=p

0 0 dB pp p L= ⇒ =Hörschwelle

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deziBel: dimensionslose Größe (Größenvergleich)

Pa 10*2 50

−=p

( )520 lg

2*1020 l

0

g 0,5 474

,1

dB

pL −=

= +

≈

( )520 lg

2*1020 lg 0,5 7134

100

dB

pL −=

= +

≈

Normallaut Schmerzgrenze

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( )lg 2 0,30102

1lg 0,301022

=

= −

dBppLp

0

lg20=

Pa 10*2 50

−=pVerdoppelung des Schalldrucks bedeutet Anhebung des Schalldruckpegels um 6dB

100 dB Schalldruck

? 5

5

5 5

100 20lg2*10

5 lg *102

10 *1022 Pa

−=

=

=

=

p

p

p

p

20

0

220lg

20lg 20lg 2

6

p

p

pLp

pp

L dB

=

= +

= +

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22

phon Maß der subjektiven Lautstärke bei 1000 Hz identisch mit Schalldruckpegel

Beispiel: Schalldruckpegel von 60 dB bei 3000 Hz wird 70 phon laut empfunden

Normalhörender 20-jähriger

60-Jährige: Hörvermögen über 10 kHz um 25 dB vermindert. Hörschwelle nahe an Lästigkeitsgrenze!

Handbuch der Tonstudiotechnik Akustik & musik. Aufführungspraxis

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Normalhörender 20-jähriger

Sone-Verdoppelung alle 10 Phon

Nichtlinear unterhalb 1 Sone

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Definition: Lautstärke von 40 Phon = 1 Sone Doppelt so laut: 2 Sone Halb so laut: ½ Sone. Subjektive Wahrnehmung.

Geschwindigkeit der schwingenden Luftteilchen

Schallgeschwindigkeit Ausbreitungs- geschwindigkeit der Schallwelle

Faustregel:

400kwertSchalldruc

km/h 0,9 m/s 25,0~max ==v

m/s 10*5,2~ 4−=normalv

m/s 10*5~ 8min

−=v

Schmerzgrenze

Normallautstärke

Hörschwelle

Nahbesprechungseffekt In der Nähe der Schallquelle haben Schnelle und Schalldruck unterschiedliche Phase

Frequenzen 16,5 Hz C2 Orgel 33 Hz C1 Kontrabaß 66 Hz C Violoncello 131 Hz c Bratsche 262 Hz c‘ Geige 524 Hz c‘‘ Tenor max 1047 Hz c‘‘‘ Sopran max 2093 Hz c4 Geige max 4185 Hz c5 Piccolo-Flöte

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( ) ( )sin sin 2f x x x π= = +

Periodische Funktion

( ) ( )2sin 2

x ftf t ft

ππ

=

= hat Periode 1/f, denn 21sin 2 sin 2f t ft

ffπ

π π

+ = + f

50 Hz Sinus ( ) ( )sin 2 *50*f t tπ=

0 π2Substitution

x

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Klangfarbe (Timbre) Wird durch das Spektrum, Einschwingverhalten, Formanten, Spieltechnik, bestimmt

Formanten: Maxima im Spektrum eines Klanges = klangformende Frequenzen F1, F2, F3, …

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Violinklang: a mit Vibrato Pizzicato (Ton h)

( ) ( ) ( ) ( )( )1 * sin 2 sin 2 *2 sin 2 *4 sin 2 *64 ft ft ft ftπ π π π+ + +

Wie klingt:

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männlich weiblich

Vokal-Formant-Zentren deutscher Vokal

IPA Formant f1

Formant f2

U u 320 Hz 800 Hz O o 500 Hz 1000 Hz å aː 700 Hz 1150 Hz A a 1000 Hz 1400 Hz ö ø 500 Hz 1500 Hz ü y 320 Hz 1650 Hz ä ɛ 700 Hz 1800 Hz E e 500 Hz 2300 Hz I i 320 Hz 3200 Hz

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Video Der Klang der menschlichen Stimme Stephan Mueller

i

u

a

Vokaldreieck Zungenlage

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Video Overtone Analyzer

Vorlesung „Medientechnik WS2012/13 Dr. Manfred Jackel Studiengang Computervisualistik Universität Koblenz-Landau Campus Koblenz Postfach 201602 56016 Koblenz

© Manfred Jackel E-Mail: jkl@uni-koblenz.de WWW: www.uni-koblenz.de/~jkl mtech.uni-koblenz.de

Literatur zu diesem Kapitel Stephan Frings: Zyklusvorlesung "Sinnesphysiologie - vom Ionenkanal zum Verhalten„,Universität Heidelberg http://www.sinnesphysiologie.de/hvsinne/hvsensin.htm

Hyperlinks zu diesem Kapitel http://www.dasp.uni-wuppertal.de/ars_auditus/index.html OHCs Ashmore Lab ABC der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde im Gehörratgeber

http://www.sinnesphysiologie.de/hvsinne/hvsensin.htm

Grafik-Quellen www.wikipedia.de http://www.dasp.uni-wuppertal.de/ars_auditus/Brockhaus

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