Ich habe kürzlich mit diesem Wolfram-Demonstrations-Applet gespielt , das Beats demonstriert.
Zuerst dachte ich, die App funktioniert nicht, weil ich keine Beats hören konnte. Dann wurde mir klar, dass das Applet nicht zwei Sinuswellen mit nahegelegenen Frequenzen analytisch addiert und das Ergebnis abspielt; es spielt unterschiedliche Sinuswellen auf dem linken und rechten Audiokanal ab. Da ich Kopfhörer aufhatte, hörte ich nur eine Frequenz pro Ohr und nahm bewusst nur einen einzigen Ton wahr. Als ich die Kopfhörer abnahm und die Ohrstöpsel eng zusammenhielt, konnte ich die Beats deutlich hören.
Ich habe ein bisschen mehr herumgespielt und festgestellt, dass ich die Beats sogar mit Kopfhörern hören kann, wenn ich die Frequenz auf etwa 600 Hz oder weniger absenke.
Was ist los? Nehmen meine Ohren aus irgendeinem Grund relative Phaseninformationen nur bei niedrigeren Frequenzen auf? Werden nur niedrigere Frequenzen effektiv durch meinen Schädel übertragen?
Ich würde vermuten, dass es ein Zufall ist, dass ich beginne, Beats zu hören, wenn die Wellenlänge des Schalls (in Luft) in der Größenordnung des Abstands zwischen meinen Ohren liegt, aber ist das richtig?
Die Beats sind bei niedrigeren Frequenzen hörbar, weil Ihre Ohren tatsächlich Phaseninformationen aufnehmen, aber nur bei diesen niedrigeren Frequenzen.
Wenn ein Geräusch in unser Ohr eindringt, verstärken wir es durch mechanische Oszillationen der Knochen und hydraulische Effekte, was letztendlich eine Vibration in einem dünnen Film in unserem Innenohr verursacht, der als Basilarmembran bezeichnet wird. Verschiedene Abschnitte der Basilarmembran vibrieren als Reaktion auf unterschiedliche Töne. Die Basilarmembran ist mit Tausenden von kleinen Haaren verbunden, die ihrerseits mit mechanisch empfindlichen Ionentoren verbunden sind. Schwingungen dieser Haare lösen dann die Ionentore aus. Die Ionentore senden elektrische Impulse über Neuronen an unser Gehirn.
Empirisch wird beobachtet, dass diese Nervenimpulse fast immer bei der Spitzenamplitude einer Schwingung der Basilarmembran beginnen. Wenn also unsere beiden Ohren Schall mit unterschiedlicher Phase empfangen, feuern sie zu unterschiedlichen Zeiten Nervenimpulse ab, und unser Gehirn hat Zugriff auf Phaseninformationen.
Eine interessante Demonstration davon wurde 1907 von Lord Raleigh gegeben. Er stellte die Theorie auf, dass die Erkennung von Phasenunterschieden zwischen den Ohren eine Schlüsselkomponente für unsere Fähigkeit ist, Schall zu lokalisieren. Als Raleigh zwei Stimmgabeln spielte, die leicht verstimmt waren, so dass die Phase oszillierte, stellte er fest, dass die menschliche Wahrnehmung des Ortes des Tons von links nach rechts vom Kopf des Zuhörers oszillierte.
Bei hohen Frequenzen verlieren wir Phaseninformationen. Dies liegt an Unsicherheiten in der genauen Ankunftszeit eines Nervenimpulses. Ein typischer Nervenimpuls dauert mehrere Millisekunden, sodass oberhalb von 1000 Hz die Unsicherheit der Ankunftszeit mit der Frequenz selbst vergleichbar wird, was bedeutet, dass wir Phaseninformationen verlieren. Es stellt sich heraus, dass wir meist die Fähigkeit verlieren, Geräusche im Bereich von 1000 - 3000 Hz zu lokalisieren. Oberhalb von 3000 Hz ermöglichen uns verschiedene physiologische Mechanismen im Zusammenhang mit dem "Schatten" Ihres Kopfes, Schall wieder zu lokalisieren.
Referenz:
http://en.wikipedia.org/wiki/Action_potential
Die Informationen über Rayleighs Experiment und das Feuern am Höhepunkt der Schwingungen stammen aus Kapitel 5 von „The Science of Sound“ von Rossing, Wheeler und Moore.
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Markus Eichenlaub
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