Duplex-Theorie
Die Duplex-Theorie der Lokalisation wurde 1907 von John William Strutt eingeführt, der auch Sir Rayleigh oder 3. Baron Rayleigh genannt wurde. Diese Theorie trägt wesentlich zum Verstehen des Vorgangs beim natürlichen Hören des Menschen bei.
Beschreibung
Strutt beobachtete, dass bei Schallwellen mit kleiner Wellenlänge im Vergleich zum Ohrabstand der Kopf eine Abschattung des Schalls bewirkt, so dass der Schalldruckpegel an dem der Schallquelle zugewandten (= ipsilateralen) Ohr höher ist, als am abgewandten (= kontralateralen) Ohr. Das bedeutet, dass eine interaurale Pegeldifferenz (interaural level difference ILD) entsteht. Außerdem bewirken der unterschiedliche Abstand zwischen Schallquelle und ipsi- bzw. kontralateralem Ohr eine interaurale Laufzeitdifferenz - (interaural time difference ITD). Er konnte demonstrieren, dass die ITDs besonders bei tiefen Frequenzen wirksam werden, wo die ILDs vernachlässigbar sind. Es ist die sehr einfache Erkenntnis, dass die interauralen Laufzeitdifferenzen ITD bei Frequenzen unterhalb 800 Hz bei der Richtungslokalisation als Ohrsignale bedeutsam sind, während dort allein die interauralen Pegeldifferenzen ILD bei Frequenzen oberhalb von 1600 Hz wirksam sind.
Wir benutzen also zwei Sondierungs-Phänomene gleichzeitig in verschiedenen Frequenzbereichen. Dieses muss jedoch nicht unbedingt beim Hören der künstlichen Lautsprecherstereofonie zutreffen.
Menschen können eine Schallquelle lokalisieren, selbst wenn eine einseitige Hörbehinderung besteht. Die Duplextheorie hilft nicht bei der Unterscheidung, ob sich eine Schallquelle direkt vor oder hinter einer Person befindet, was als sogenannte Vorne-Hinten-Vertauschung bekannt ist, da die Werte für ITD und ILD im idealen Fall null sind. Eine Schallquelle, die sich auf der Oberfläche eines Kegels auf der interauralen Mittelachse befindet, (bekannt als der Kegel der Verwirrung) hat identische ITD-Werte. Erst die Erkenntnisse von den speziellen Filtereffekten, die durch die Ohrmuscheln herbeigeführt werden, brachten den Durchbruch in der Erklärung der menschlichen Gehörlokalisation. Diese Filtereffekte haben sich in der Literatur langsam zu den kopfbezogenen Übertragungsfunktionen (HRTF oder Ohrsignale) entwickelt und beinhalten verschiedene Schalllokalisationmerkmale einschließlich von ITD, ILD, sowie den Änderungen in der spektralen Zusammensetzung (Spektraldifferenzen) des einen Zuhörer erreichenden Klangs.
Der Bereich zwischen 800 Hz und 1600 Hz – also zwischen den beiden Duplex-Bereichen – liegt genau im Blauertschen Hintenband, was bei Anheben der Frequenzen nahe um 1 kHz einen diffusen, entfernten und räumlichen Klang ergibt. (Das Gegenteil von einem „Badewannenfilter“).
In einer Studie konnten Wightman und Kistler 1992 nachweisen, dass die ITD für breitbandigen Schall die lokalisierte Richtung dominieren, wobei die Dominanz von der unteren Grenzfrequenz des Schalls abhängt. 2002 bestätigten Macpherson und Middlebrooks die Duplex-Theorie: Sie konnten zeigen, dass die ILD im Gegensatz zu den ITD auf tiefpassgefiltertes Rauschen kaum, jedoch auf hochpassgefiltertes deutlich dominant wirkten. In Lateralisationsexperimenten (das heißt mit Kopfhörern), bei denen das Hörereignis im Kopf wahrgenommen wird, rufen die ILD dagegen für alle Frequenzen Richtungsverschiebungen hervor. Dieses ist ein Hinweis darauf, dass sich mit dem Übergang von der Im-Kopf-Lokalisation zur Externalisation des Richtungsabbilds nicht nur der wahrgenommene Ort der Quelle, sondern auch der Lokalisationsprozess ändert.
Literatur
- Wightman, F.L. and Kistler, D.J. (1992). The Dominant Role of Low-Frequency Interaural Time Differences in Sound Localization. Journal of the Acoustical Society of America, 91(3), p. 1648-1661
- Macpherson, E.A. and Middlebrooks, J.C. (2002): Listener weighting of cues for lateral angle: The duplex theory of sound localization revisited. Journal of the Acoustical Society of America., 111(5), p. 2219-2236
Siehe auch
- Lokalisation (Akustik), Kunstkopf, Ohrabstand