D – Wahrnehmen von Schall

Wenn Schall über die Luft im Ohr ankommt, müssen Rezeptoren im Ohr dies in Signale umwandeln und an das Gehirn weiterleiten, wo sie verarbeitet werden. Wie dies geschieht, welcher Schall vom menschlichem Ohr wahrgenommen werden kann und wie Hörschädigungen zustande kommen und sich auswirken, wird hier in einem schnellen Überblick in folgenden Unterpunkten betrachtet:

        1. Der Aufbau des menschlichen Ohres
        2. Der Hörbereich des menschlichen Ohres
        3. Die Funktionsweise des dreidimensionalen Hörens
        4. Mögliche Hörschädigungen

D.1 Der Aufbau des Ohres

Abbildung D1 zeigt den schematischen Aufbau des Ohres unterteilt in Außen-, Mittel- und Innenohr. Die Schallwelle gelangt über das Außenohr in den Hörkanal und regt das Trommelfell zum Schwingen an. Durch eine Kette kleinster Knöchelchen wird die Bewegung des Trommelfells an das sogenannte Ovale Fenster und von dort über eine Flüssigkeit in die Schnecke weitergeleitet. Die Schnecke verfügt über feine Härchen, die als Rezeptoren der verschiedenen Schallfrequenzen dienen und Signale über den Hörnerv an das Gehirn weiterleiten. So können, ähnlich wie bei den Farbrezeptoren im Auge, verschiedene Frequenzen sehr gut voneinander unterschieden werden. (Oberhalb der Schnecke befindet sich übrigens das Gleichgewichtsorgan am Ohr. Daher sind Gleichgewicht und Hören recht eng aneinander gekoppelt.)

Abb. D1: Schematische Abbildung des menschlichen Ohrs.

Dies kann im folgenden YouTube-Video vertieft werden:

Wie das Gehör funktioniert.

D.2 Hörbereich

Es können eine ganze Menge Frequenzen mit dem Gehör wahrgenommen werden. Dies bezieht sich auf den Bereich zwischen ca. 20 und 20.000 Hz (siehe Abbildung D2) .

Abb. D2: Wellenform in Abhängigkeit der Frequenz in Hz

Unterhalb dieses Bereichs ist ein Ton zu tief, um ihn mit den Ohren wahrzunehmen. (Es wird auch von Infraschall, Gebäudeschall oder Köperschall gesprochen. Dieser ist teils als Schwingungen im Körper wahrnehmbar.) Darüber ist der Ton zu hoch. (Es wird hier von Ultraschall gesprochen, den manche Tiere wahrnehmen können). Diese Angaben gelten mit zunehmendem Alter jedoch immer weniger. Das Hörvermögen der hohen Frequenzen nimmt im Laufe der Zeit stetig ab. Bereits bis zum Lesealter hat das Hören der höchsten Frequenzen ein wenig gelitten. Bis zum Alter von ca. 20 Jahren reicht das durchschnittliche Hörvermögen nur noch bis ca. 16.000 Hz. Der Verlust weiterer Frequenzbereiche kann zu unterschiedlichen Hörbeeinträchtigungen führen, von denen einige exemplarisch in Abschnitt D.4 beschrieben werden.

Im YouTubevideo (Link hier) können Sie ihr Gehör vor allem in den hohen Frequenzen selbst testen. Sie können auch den Tongenerator von Phyphox nutzen, um einen eigenen Test zu erstellen.

D.3 Dreidimensionales Hören

Es können mit dem Gehör nicht nur Frequenzen unterschieden, sondern auch erfasst werden, aus welcher Richtung der Schall kommt. Ähnlich wie beim dreidimensionalen Sehen ist auch beim dreidimensionalen Hören die Voraussetzung hierfür, dass der Mensch über jeweils zwei Organe verfügt, die aufgrund ihrer räumlichen Versetzung leicht unterschiedliche Daten empfangen. Beim Sehen lässt sich das leicht nachprüfen, wenn erst das eine, dann das andere Auge zugehalten wird. Bei weit entfernten Objekten macht das kaum einen Unterschied. Bei nahen hingegen – wie bei einem in ca. 20 cm vor dem Gesicht ausgestreckten Daumen – scheint das Objekt vor dem Hintergrund regelrecht hin und her zu hüpfen. Aus der Überlagerung dieser beiden Informationen der Augen kann das Gehirn also ein dreidimensionalen Bild für die nahe Umgebung (wenige Meter entfernt) analysieren. Die räumliche Einschätzung weiter entfernter Objekte hängt dagegen eher mit persönlichen Erfahrungen  zusammen.

Abb. D3: Schallwellen einer seitlichen Schallquelle.

Beim Gehör ergibt sich, je nachdem aus welcher Richtung der Schall kommt, ein wahrnehmbarer zeitlicher Unterschied zwischen den beiden von den Ohren eingefangenen Daten. Kommt der Schall von rechts, nimmt das rechte Ohr den Schall Bruchteile einer Millisekunde früher wahr als das linke (siehe Abbildung D3). Kommt der Schall nicht genau von einer Seite, sondern eher schräg, ist der zeitliche Unterschied noch geringer – aber immer noch ausreichend für das Gehirn um eine Richtungsbestimmung vorzunehmen. Weitere Aspekte spielen außerdem eine Rolle, die beispielsweise mit der genauen Form der Ohrmuschel zusammenhängen. So ist es möglich zu unterscheiden, ob der Schall nicht nur von „leicht rechts“, sondern von „vorne rechts“ oder „hinten rechts“ gekommen ist. Nur über die Zeitdifferenz wären diese beiden Richtungen nicht unterscheidbar.

Dies alles bedeutet allerdings auch, dass das Richtungshören extrem eingeschränkt ist, wenn das Hören auf einer Seite nachlässt oder sogar ganz wegfällt. Ein wichtiger Grund, sich einmal mit Hörbeeinträchtigungen und hörgefährdenden Faktoren zu beschäftigen.

D.4 Hörschädigungen und Sprachwahrnehmung

Das Hörvermögen nimmt mit zunehmendem Alter vor allem bei hohen Frequenzen (Tönen) ab. Das liegt daran, dass vor allem die feinen Härchen am Anfang der Ohrschnecke, die für die hohen Frequenzen zuständig sind, nach und nach (vor allem bei starker Lärmbelastung) angegriffen und zerstört werden. Laute Musik über Kopfhörer, bei Konzerten, Diskoteken oder auch als Lärm sind hierbei extrem schädigend und sollten stark eingeschränkt, bzw. vermieden werden.

Warum sind aber auch die hohen Frequenzen von Bedeutung, wenn sich Musik beispielsweise vor allem in Frequenzbereichen weit unter 10.000Hz abspielt? – Gewöhnliche Höreinschränkungen beispielsweise der Frequenzen über 15.000Hz sind für den Alltag so gut wie unbedeutend. Diese Einschränkungen werden meist gar nicht wahrgenommen – bis Kinder einen darauf hinweisen, dass sie ein schreckliches hohes Fiepen hören welches von dem eigenen Ohr nicht wahrgenommen wird.

Für die Wahrnehmung von Sprache allerdings sind auch Frequenzen bis ca. 5.000 Hz und für die Wahrnehmung von Musik bis 8.000Hz schon bedeutend für das Hörempfinden wie Abbildung D4 zu entnehmen ist.

Abb. D4: Akustische Wahrnehmbarkeiten in Abh. von Frequenz und Lautstärke.

Höreinschränkungen und Musik: Musik verändert ihren Klang dramatisch, wenn das Obertonspektrum weitgehend wegbricht. Ein sehr berühmtes Beispiel zu Höreinschränkungen in der Musik ist der Komponist Ludwig van Beethoven. Beethoven ertaubte im Laufe seines Lebens zunehmend, wenngleich ersuchte weiterhin Musik komponierte, sie aber nie äußerlich hören konnte. Das folgende Audio lässt anhand von Beethovens 5. Sinfonie (Eroica) erahnen, wie es sich für ihn zwischenzeitlich anhörte.

Mit Beethovens Ohr gehört

Beispiele:

Höreinschränkungen und Sprache: Es sind vor allem die höheren Frequenzen zwischen 5.000 und 10.000 Hz, die die einzelnen Laute einer Sprache durch markante Zischlaute hervortreten lassen. Ohne diese Zischlaute hört sich Sprache viel breiiger, dumpfer und in ihrem Klang verändert an. Dazu wird folgendes Beispiel betrachtet

Abb. D5: Unterschiedliche Phyphox-Aufnahmen des Wortes Maus.

Abbildung D5 zeigt vier Aufnahmen von Lauten analysiert mit Phyphox. Die vier Laute zusammengesetzt ergeben das Wort „MAUS“. Im folgendem werden die Laute einzeln betrachtet, startend mit dem zweiten Oszilloskopbild für den Laut „A“. Für diesen Laut zeigt sich eine Grundfrequenz von ca. 240 Hz, also einer Mittelteilen Sprechstimme. Da es sich um einen Vokal handelt, bei dem der Mund geöffnet und der Laut „vokalisiert“ wird, zeigt sich hier ein schönes Obertonspektrum aus Frequenzen, die alle ein Vielfaches der Grundfrequenz sind. Die wesentlichen Beiträge dieser Oberton-Frequenzen liegen dabei in den niedrigeren Frequenzbereichen. Ein solcher Laut kann demnach bei den meisten Hörbeeinträchtigungen noch gut gehört werden.

Auch der Laut „U“ im dritten Oszilloskopbild ist ein Vokal. Allerdings wird der Mund hier mehr geschlossen als beim „A“, so dass sich die Obertöne weniger stark ausprägen. Anhand dieser Obertonspektren wird ähnlich wie beim Klang von Instrumenten auch der Klang von Vokalen unterschieden. Die Tonlage, repräsentiert durch die Grundfrequenz, bleibt im Vergleich zum „A“ weitgehend erhalten.

Bei „M“ im ersten und „S“ im vierten Oszilloskopbild wird der Mund nun geschlossen. Das Obertonspektrum verschwindet weitgehend beim „M“ und vollständig beim “S“. Beim „M“ ist weiterhin die Grundfrequenz um 240 Hz gut zu erkennen. Hier liegt offensichtlich die natürliche Tonlage der sprechenden Person. Das „S“ scheint nur einen geringen Beitrag in den sehr tiefen Frequenzen zu haben, während in den höheren Frequenzen gar keine Anteile vorhanden zu sein scheinen. – Allerdings: Dieser Anschein trügt. Wird das Fenster auf maximal 20.000 Hz erweitert, dann stellen sich die vier Laute folgendermaßen dar (siehe Abbildung D6):

Abb. D6: Unterschiedliche Phyphox-Aufnahmen des Wortes Maus im weiteren Frequenzspektrum.

Der charakteristische Anteil an Frequenzen, die den Zischlaut „S“ formen, liegt also hier im Bereich zwischen 8.000 und 13.000 Hz. Wenn eine Höreinschränkung den Hörbereich der hohen Frequenzen nun schon so weit herunter reduziert hat, dass Bereiche von 10.000 Hz, vielleicht auch 8.000 Hz nicht mehr wahrgenommen werden, dann ändert sich dadurch folglich der Klang der Sprache, da gerade die Zisch- und Klicklaute Sprache differenzieren. Fällt der Zischlaut in diesem Wort weg, wird nur noch „Mau“ gehört. Ähnliches gilt für Explosivlaute wie „P“, „T“ und „K“ oder Laute wie „SCH“, „CH“, „Z“, „F“ usw.

So könnte sich der folgende Satz etwa so anhören: Am Mon-a än di -ule um a- ur an. (Am Montag fängt die Schule um acht Uhr an.) Ein schonender Umgang mit dem Gehör ist daher nicht zu unterschätzen! Einmal zerstört werden die Härchen in der Hörschnecke nicht wieder erneuert.

Für mehr Informationen zur Artikulation von Sprache siehe Abschnitt E1.