Dann legen wir los.
Nachdem wir uns letztes Mal dann angeschaut hatten, wie die
menschliche Sprachproduktion funktioniert, sprich, welche Anatomie
dafür notwendig ist, um die Schallwelle zu produzieren, verfolgen wir
jetzt den Weg weiter.
Wir schauen uns jetzt erstmal selber die Schallwelle als solches an
und dann überlegen wir uns auch noch, was macht der Mensch, und wie
weit verstehen wir ungefähr das, was der Mensch macht, wenn er jetzt
diese Schallwelle wieder hört und daraus verstehen möchte, was
gesprochen wurde.
Dann als so einen kleinen Einschub, als letzten Teil dessen, was man
so aus den Geisteswissenschaften braucht, um mit Sprache umgehen zu
können.
Zumindest eine kurze Einigung darin, wie wir überhaupt gesprochene
Sprache wieder niederschreiben können oder Sprache allgemein als
Schrift festhalten können.
Und dann machen wir den ersten Schritt noch zum Computer hin und
werden uns auch ein bisschen anschauen, wie das mit den Mikrofonen
funktioniert, wie Mikrofone aufgebaut sind, welche Eigenschaften sie
haben, worauf man achten muss, wenn man dann mit Mikrofonen die
Schallwelle messen möchte und dann zur Verarbeitung in den Rechner
weiterleiten möchte.
Schall, so nur ein grober Überblick, Wiederholung dessen, was man so
aus der Physik der Schule schon mal gehört hat, aber unter Umständen
wieder vergessen hat.
Schall ist als solches eine Welle in Gasen und Flüssigkeiten und in
Klammern auch in Festkörpern und macht sich bemerkbar als eine
Longitudinalwelle.
Was soll das jetzt heißen, Longitudinalwelle?
Das ist eine Welle, die ist nicht wie bei einem Seil, wo jetzt das
Seil sich hoch und runter bewegt und dadurch entsteht eine Welle auf
dem Seil, sondern es ist eher so, dass die Welle sich in Richtung der
Schallausbreitung bewegt, in der Form, dass sich der Luftdruck in
Richtung der Schallausbreitung erhöht und wieder erniedrigt.
Und diese Erhöhung und Erniedrigung des Luftdrucks, letztendlich
Kompression, Dekompression der Luft an einer Stelle, das ist die
Longitudinalwelle, die als Schall dann durch den Raum reißt.
Und das kann man dadurch wiederum abtragen in so eine zweidimensionale
Wellenform, indem man einfach über die Zeit hinweg an einem Punkt
abträgt, wie der Schalldruck sich ändert um den Ruhedruck herum.
Also die Luft selber hat einen gewissen Ruhedruck, wenn kein Schall
vorhanden ist, und dieser Ruhedruck wird halt entweder erhöht oder der
Luftdruck fällt unter dem Ruhedruck.
Das kann man schön als Wellenform niederschreiben und das ist dann die
Schallwelle.
Den Luftdruck selber misst man halt in Kraft pro Fläche, also in
Newton pro Quadratmeter, und nennt das Ganze einen Paskal.
Und der ungefähre normale Luftdruck im langfristigen Mittel auf
Meereshöhe beträgt circa diese 1013 Hektopaskal oder früher hat man
Hektopaskal Millibar genannt, also 1013 Millibar ist so der ungefähre
mittlere Luftdruck.
Und der Schalldruck selber, damit bezeichnet man dann den Wechseldruck
hin zum existierenden statischen Druck.
Das ist sozusagen ein Deltadruck, also aktueller Luftdruck minus dem
normalen Luftdruck, wenn keine Schallwelle da ist, ergibt dieses
Delta, diesen Wechseldruck, und dieses Delta misst man dann ebenfalls
wieder in Paskal, Hektopaskal etc.
Das Interessante ist jetzt, wenn man sich ein bisschen die absoluten
Zahlen anschaut.
Also mittlerer Druck sind diese 1013 Hektopaskal oder 101.000 Paskal,
das ist eine relativ große absolute Größe.
Und wenn man sich jetzt den leisesten Schall anschaut, den ein Mensch
hören kann, also das kleinste Delta um diesen sehr hohen mittleren
Luftdruck herum, das der Mensch noch wahrnehmen kann, der ist sowas
wie 0,0000001 Paskal.
Das ist also um viele Größenordnungen kleiner als jetzt der statische
Luftdruck, auf den drauf modelliert wird.
Das heißt, wir als Menschen können sehr kleine Abweichungen vom
langfristigen, vom aktuell existierenden Luftdruck hören.
Und wenn man sich anschaut, wie laut kann ich jetzt diese leichte
Abweichung machen, bis es dem Menschen beim Hören wirklich weh tut,
bis er Schmerz empfindet beim Hören, dann kann ich sowas wie 63 Paskal
machen.
Das heißt also, der leiseste Normaldruck circa 10 Milliarden mal höher
als der leiseste hörbare Schall.
Und gleichzeitig ist die Spanne zwischen leisestem Hörbaren und bis zu
dem, was ich noch gerade so ohne Schmerzen wahrnehmen kann, auch viele
Millionen mal groß.
Das heißt, da gibt es einen riesigen großen dynamischen Umfang um
einen sehr, sehr großen statischen Luftdruck herum, den der Mensch als
Schall gut mit seinen Ohren wahrnehmen kann und letztendlich messen
kann.
Wenn man sich jetzt Schall anschaut und den mathematisch bearbeiten
möchte, dann kann man sich das Schall so mathematisch beschreiben,
dass er eine Überlagerung von sinusartigen Wellen ist.
Man kann also mit Sinuswellen, einfacher trigonometrischer Funktion,
den Schall und die Schallwelle gut beschreiben.
Um so eine Sinuswelle zu beschreiben, brauche ich so etwas wie eine
Frequenz f oder umgekehrt dann die Periode t, also die Zeit zwischen
zwei Punkten, wo sich der Sinus wiederholt.
Daraus ergibt sich halt, die Frequenz ist der Kehrwert der Periode und
diese Frequenz wird halt entsprechend in Herz gemessen.
Während der Zeit, die es braucht, bis das Signal sich wiederholt, die
Periode in Sekunden gemessen wird.
Und der Schall reist halt durch den Raum mit einer bestimmten
Geschwindigkeit c, die aber abhängig ist vom Medium.
Also ein Schall, der durch die Luft reist, hat eine bestimmte
Geschwindigkeit.
Ein Schall, der zum Beispiel durch einen Festkörper reist, einen sehr
dichten Festkörper, hat eine deutlich höhere Geschwindigkeit.
Aber was man zeigen kann, ist, dass dann die Wellenlänge, der Abstand
zwischen zwei sich wiederholenden Punkten, gemessen in Sekunden,
ergibt sich als die Differenz aus der Fortpflanzungsgeschwindigkeit,
geteilt durch die Frequenz.
Das nennt man dann die Wellenlänge in Metern gemessen.
Sprich, um wie viel Meter reist der Schall, wenn er sich wiederholt.
Das ist so eine Einheitslänge.
Wenn man jetzt Schall messen möchte und den Schalldruck messen möchte,
dann bedient man sich in der Regel keiner linearen Skala, weil wir
diesen sehr hohen dynamischen Umfang haben.
Stattdessen bedient man sich einer logarithmischen Skala zu dieser
Messung.
Und die Formel für diese logarithmische Skala steht hier.
Das ist im Prinzip das Quadrat des aktuellen Schalldruckes, geteilt
durch das Quadrat eines Referenzdruckes P0, davon der 10er-Logarithmus
mal 10, oder wenn man die Quadrate entsprechend dann rauszählt, 20 mal
der 10er-Logarithmus-Verhältnis des einfachen Schalldruckpegels,
geteilt durch einen Referenzdruck P0.
Und die Einheit, die man dann erhält, wenn man das mit dieser
logarithmischen Skala misst, ist dann das Dezibel.
Damit einem also so ein Dezibelwert etwas sagt, muss man wissen, was
P0 ist, braucht man diesen Referenzwert.
Und den hatte man damals bei akustischen dBs, manchmal auch dBA
abgekürzt, definiert als 2 mal 10 noch minus 5 Pascal.
Das ist der Schalldruckreferenzwert, zu dem man den aktuellen
Schalldruck ins Verhältnis setzt, um den Schalldruckpegel zu bekommen.
Und warum hat man 2 mal 10 noch minus 5 Pascal genommen?
Man hatte damals gedacht, dass wenn man einen Ton von einem Kiloherz
anlegt, dass dieses 2 mal 10 noch minus 5 gerade die menschliche
Hörschwelle bei diesem 1 Kiloherz ist.
Warum bei einem Kiloherz?
Warum muss man eine spezielle Frequenz angeben?
Man hat halt relativ früh herausgefunden, dass diese Hörschwelle, also
der Punkt, ab dem man einen Schall hört, abhängig ist von der
Frequenz.
Und zwar auch nicht linear abhängig, sondern der bildet so eine Wanne.
Und bei einem Kiloherz ist so ein relativ tiefer Punkt der Wanne, das
heißt, da ist das menschliche Gehör sehr mit am empfindlichsten über
den gesamten Frequenzbereich gedacht.
Jetzt hat man sich ja später korrigiert, man hatte sich vermessen,
dass eben 2 mal 10 noch minus 5 Pascal doch nicht gerade die Schwelle
wäre.
Wenn es die Schwelle wäre, dann wäre sozusagen 0 dB genau der Punkt,
ab dem man was hören würde.
Man hatte sich leider vertan, das heißt, 0 dB ist leider nicht der
Punkt, ab dem man was hört, sondern liegt ein bisschen davon entfernt.
Und diese logarithmische Skala, wie gesagt, ist halt besonders gut
geeignet dann, um diesen hohen Dynamikumfang, diesen hohen Bereich an
Schalldruck, den der Mensch wahrnehmen kann, gut in einer Skala messen
zu können.
Einfach mal, dass man so ein Gefühl dafür bekommt, was so
unterschiedliche Pegel sind, also 0 dB an dieser Referenzwertschwelle
ist leider nicht ganz genau die Hörschwelle.
Und wenn man dann sowas hat wie eine stille Nacht, dann ist das sowas
wie 20 dB.
Ein leise brummender Kühlschrank, das ist dann ein Verdoppelpunkt auf
40 dB.
Wenn wir uns normal unterhalten, und das ist ja eigentlich sowas, was
uns interessiert, dieser Bereich, dann ist man bei sowas wie bei 65
dB.
Und je nachdem geht es dann immer höher, höher und höher.
Und diese Schmerzgrenze liegt dann bei ungefähr 140 dB.
Und dann gibt es halt entsprechend auch Schallereignisse, die oberhalb
dieser Schmerzgrenze liegen.
Und sowas, jetzt hier ein Raketenstart, dann bei 180 dB, das ist auch
dann, das würde wirklich sehr, sehr, sehr wehtun.
Unglücklicherweise ist es so, dass die Schmerzgrenze nicht gleich der
Grenze ist, ab der das Gehör Schaden nimmt.
Wenn sie dauerhaft diesem Schalldruckpegel ausgesetzt ist.
Auch so ein Schalldruckpegel von 100 dB, 120 dB kann ausreichen, wenn
er über längere Zeit anliegt, dass er das menschliche Gehör nachhaltig
schädigt.
Für uns auch interessant ist jetzt nicht nur der Schalldruckpegel,
sondern auch die Energie des Schalls.
Da könnte man sich jetzt überlegen, warum ist das jetzt die Energie
des Schalls egal?
Wenn ich die Wellenformen messen will, dann messe ich ja Schalldruck
und nicht die Energie.
Das ist insofern interessant, weil es Mikrofone gibt, die
unterschiedliche Dinge messen.
Und es gibt eben Mikrofone, die den Schalldruck messen und es gibt
Mikrofone, die die Schallenergie messen.
Und dementsprechend ist es gut, wenn man sich ein bisschen die
Eigenschaften anschaut, Schallenergie versus Schalldruck.
Damit man jetzt Schallenergie modellieren kann, auch theoretisch
messen und mit Formeln arbeiten kann, macht man sich so ein kleines
Gedankenmodell.
Man tut so, als würden die Luftmoleküle, die dann in dieser
Longitudinalwelle zusammengepresst werden oder wieder auseinander
gehen, als würden die an einer Feder hängen.
Diese Feder ist an so einem Stab befestigt, der irgendwo fest steht.
Und wenn jetzt die Longitudinalwelle, die Schallwelle da durchgeht,
dann schwingt dieses Molekül an der Feder rund um diese Befestigung.
Und dementsprechend kann man, wenn man sich jetzt die Energie dieses
Luftteilchens da anschaut, die Energie zusammensetzen.
Einmal aus der potentiellen Energie, die diese nicht existente
virtuelle Feder hat, die das Luftteilchen wieder zurückholt.
Und der kinetischen Energie, die dadurch besteht, dass das
Luftteilchen auch in Bewegung ist.
Die kinetische Energie, so wie bei einem Pendel auch, ist dann an
diesem Stab, wo die Feder betroffen ist, wenn es da durchgeht, die
kinetische Energie am größten.
Und bei der maximalen Auslenkung der Feder entsprechend am geringsten,
mit Null.
Dafür ist dann die potenzielle Energie der Feder bei der Auslenkung am
größten und beim Durchgang durch die Aufhängestelle Null.
Und die Energie des Schalls setzt sich jetzt halt zusammen aus dieser
kinetischen Energie und der potenziellen Energie der Feder.
Und wenn man mit diesem Modell arbeitet, dann sieht man relativ
schnell, dass die Energie der Schallwelle, während sie sich jetzt von
einer Schallquelle ausbreitet in den Raum hinaus, umgekehrt
quadratisch proportional zum Abstand ist.
Oder anders ausgedrückt, je weiter ich von der Schallquelle weggehe,
fällt die Energie quadratisch mit dem Abstand von der Schallquelle ab.
Der Druck hingegen, interessanterweise, fällt linear ab mit dem
Abstand der Schallwelle von der Schallquelle.
Und jetzt kann man sich vorstellen, wenn man Mikrofone hat, die
Energie messen, dann sind die deutlich empfindlicher da gegenüber, wie
weit man sich von der Schallquelle bewegt im Vergleich zu anderen
näherliegenden Schallquellen, während ein Mikrofon, das den Druck
misst, weniger stark empfindlich ist zu der Distanz, zu der Entfernung
des Mikrofons von der eigentlichen Schallquelle.
Das Ganze kann man sich verdeutlichen, wenn man sich die sogenannte
Schallfläche anschaut.
Da haben wir hier im Ursprung dieses dreidimensionalen
Koordinatensystems die Schallquelle.
Und nach dem heurigen Prinzip breitet sich der Schall als Kugelwelle
von dieser Schallquelle aus.
Und die Schallenergie entspricht der Fläche dieser Kugel, in der sich
der Schall von der Schallquelle aus ausgebreitet hat.
Und dementsprechend, wenn man sich die Formel für die Oberfläche einer
Kugel anschaut, dann sieht man, dass wenn man den Radius der Kugel
verdoppelt, und der Radius entspricht dem Abstand der Schallfläche von
der Schallquelle, wenn man also den Radius verdoppelt, dann
vervierfacht sich die Oberfläche der Kugel.
Diese Schallquelle reißt jetzt durch den Raum, in der Regel unter
normalen Situationen durch die Luft, und trifft dann irgendwann auf
das menschliche Gehör.
Und das ist auch ein Bild, das jeder schon mal in der Schule gesehen
hat.
Das ist der ungefähre anatomische Aufbau des Gehörs.
Wir haben da ganz links außen die Hörmuschel, die Ohrmuschel.
Aufgabe der Ohrmuschel ist es unter anderem jetzt diese Schallwelle,
die da eintrifft, zu bündeln, und dann entsprechend in den Gehörgang
zu leiten.
Und diese Schallquelle reißt dann durch diesen Gehörgang, der so mehr
oder weniger einer Röhre entspricht oder einem Schlauch entspricht,
und trifft dort auf das Trommelfell.
Und was jetzt passiert ist, dass diese Schallquelle von dem
Trommelfell aufgenommen wird, das Trommelfell wie eine Membran
schwingt hin und zurück, abhängig von der Änderung des Luftdrucks in
der Schallwelle, und überträgt diese Schwingungen auf ein mechanisches
Hebelsystem.
Das ist dieses Steigbügel-Hammer-Sattel-Prinzip.
Das ist im Prinzip nichts anderes als eine Art mechanischer
Verstärker, der jetzt diese kinetische Energie, die durch die
Umwandlung der Schallquelle in diese kinetische Bewegung des
Trommelfells, nochmal mit Hilfe von Hebelkräften ein bisschen
verstärkt.
Und was dann passiert am Ende, ist ein kleiner Knöchelchen, der haut
auf das sogenannte ovale Fenster.
Das ovale Fenster ist wieder eine Membran, die eine Öffnung in der
Gehörschnecke abtrennt.
Und das muss deshalb abgetrennt sein, weil die Gehörschnecke innen
drin mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Also in der Gehörschnecke gibt es Flüssigkeit.
Das Gehäuse der Gehörschnecke ist fest.
Und an dem ovalen Fenster hat man jetzt eine Membran, auf die dann die
Gehörknöchelchen angeregt durch das Trommelfell draufklopfen.
Und an dieser Stelle wird aus dieser kinetischen Bewegung dieses
Verstärkungsapparates wieder eine Welle und auch wieder eine
Schallwelle, allerdings diesmal nicht in der Luft, sondern diesmal ist
die Schallwelle in der Flüssigkeit, die in der Gehörschnecke sind.
Und in dieser Gehörschnecke wird die Flüssigkeit in Schwingung
versetzt und ist jetzt eben aber anders als in der freien Luft, wenn
wir jetzt mal die Räume oder sowas weglassen.
Im Gegensatz zu der Schallwelle in der Luft haben wir jetzt hier eine
Welle, die an einer Flüssigkeit in einem abgeschlossenen Raum hin- und
herschwappt.
Zum Beispiel im Idealfall könnte man, wenn man die richtige Frequenz
trifft, in Abhängigkeit von der Länge der Schnecke und der
Eigenschaften der Flüssigkeit, zum Beispiel so etwas wie eine stehende
Welle in dieser Gehörschnecke erzeugen.
An dieser Gehörschnecke oben dran sind noch die Bogengänge.
Die Bogengänge sind Teil des Gleichgewichtsorgans.
Sie sind dafür zuständig, dass wir uns anhand von Bewegungen des
Kopfes oder auch Bewegungen des gesamten Körpers Beschleunigung
messen, um uns so unsere Lage im Raum errechnen zu können oder
zumindest die Veränderung unserer Lage im Raum.
Was uns aber interessiert, ist eher, dass die Gehörschnecke
gleichzeitig einen Mechanismus besitzt, um aus dieser Welle in der
Flüssigkeit elektrische Energie zu machen, Nervreizung zu erzeugen,
sodass dieser Nervreiz dann den Gehörnerv hochreißt in das Gehirn und
dann dort neurologisch verarbeitet wird.
Man sieht jetzt hier an dem Gehör, ich habe die Gehörohrmuschel, dann
den äußeren Gehörgang, wo die Schallwelle drauf trifft auf das
Trommelfell und das Trommelfell schließt den Gehörgang hin ab zur
Ohrmuschel.
Und jetzt ist es ja so, dass der allgemeine Luftdruck, den wir haben,
dass der sich sehr stark ändern kann.
Wenn ich jetzt also zum Beispiel keine Schallwelle habe, aber der
Luftdruck sich ändert, dadurch, dass der Gehörgang ja nach innen hin
durch dieses Trommelfell abgeschlossen ist und hinter dem Trommelfell
wieder nochmal ein Hohlraum sich befindet, würde jetzt der Luftdruck
sich ändern, dann würde sich auch die Lage des Trommelfells ändern.
Es würde entweder nach außen ausgestülpt oder es wird weiter nach
innen eingedrückt, ohne dass jetzt erstmal eine Schallwelle anliegt,
sondern die absolute Position des Trommelfells wird sich ändern.
Und damit man diese langfristigen Änderungen des mittleren Luftdrucks,
um den herum der Schall dann rummodelliert wird, dass man den
ausgleichen kann, besitzt der Hohlraum, der hinter dem Trommelfell
liegt, eine Verbindung zur Nasenhöhle, über eben diese sogenannte
eustachische Röhre.
Und die dient dazu, um diesen langfristigen Luftdruckausgleich machen
zu können.
Und diesen Mechanismus werden wir später dann auch nochmal bei den
Mikrofonen sehen.
Bei den Mikrofonen gibt es auch immer einen Mechanismus, dass man so
seine eigene eustachische Röhre hat.
Also, das ist schon nochmal die Erklärung dessen, was passiert.
Die Schallwelle kommt durchs Außenohr zum Mittelohr, Trommelfell wird
bewegt, mechanische Verstärkung über die Gehörknöchelchen am
Hammerambo -Steigbügel, die wiederum sind angeschlossen an diese
Membran der Gehörschnecke, dem ovalen Fenster.
Es ist jetzt nicht so, dass wie bei einer Trommel da mit den
Knöchelchen drauf getrommelt wird, sondern das Knöchelchen ist
sozusagen verbunden, anklebt an dieses ovale Fenster und durch die
Bewegung bewegt es dann das ovale Fenster hin und her.
Dann, im Idealfall, wird man eben eine stehende Welle in der
Gehörschnecke erzeugen, die mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Und dann kommt der Mechanismus, der aus dieser Schwingung der
Flüssigkeit Nervenreizung macht.
Und das funktioniert mit Hilfe der sogenannten Harzzellen und mit
Hilfe der Basilarmembran.
Die naive Vorstellung, die man manchmal hat, wenn man irgendwo in
frühen Schuljahren davon hört, ist, dass da so Härchen wie Seegras in
dieser Flüssigkeit stehen und wenn die Flüssigkeit sich bewegt, dann
werden diese Härchen, die Harzzellen, von der Flüssigkeit angeströmt
und dann erzeugen sie Nervenreizung.
Das funktioniert leider nicht ganz so.
Also die Härchen stehen nicht in der Flüssigkeit, sondern sind
abgetrennt von der Gehörschnecke mit der Flüssigkeit durch die
sogenannte Basilarmembran.
Und die Härchen sind oben angeklebt auf der Außenseite der
Basilarmembran.
Und die Basilarmembran ist so gelagert, dass sie sich gegenüber dem
Gewebe, auf dem die Härchen dann tatsächlich unten stehen mit ihren
Wurzeln, verschieben kann.
Und durch diese Flüssigkeit wird diese Basilarmembran dann hin und her
geschoben und damit werden dann die Härchen entsprechend angeregt.
Und diese Anregung bekommen wir dann als elektrisches Signal auf den
Hörnerv, der dann weiter nach oben ins Gehirn leitet.
Das hier ist jetzt nochmal die Gehörschnecke, die Cochlea im Schnitt.
Und dort sieht man so ein bisschen, wie diese Basilarmembran
funktioniert.
Die ist da unten eingezeichnet, dieses dünne Rote.
Ich habe dann entsprechend die Haarzellen, die hängen auf dieser
Tektorialmembran.
Und die Basilarmembran wird dann entsprechend gegenüber der
Tektorialmembran verschoben.
Das wäre jetzt auf dem Bild in die Tiefe des Bildes hinein.
Und das sorgt dann dafür, dass es zu Anregungen kommt.
Und jetzt muss man als erstes sich überlegen, wie funktioniert das mit
der Anregung der Nerven.
Das ist keine analoge Anregung mehr, sondern das ist eine digitale
Anregung.
Es ist also nicht so, je weiter ich diese Haarzellen auslenke, je
stärker die Basilarmembran sich verschiebt, desto stärker feuern die
Härchen.
Sondern wenn ein Härchen feuert, dann feuert es eine diskrete, eine
feste Menge Energie ab.
Und dann dauert es eine Weile, bis es wieder feuern kann.
Und in dieser Zwischenzeit lädt es sich wie so eine Art Transistor
oder auch einen Akkumulator auf, bis es eine bestimmte Ladung erreicht
hat.
Und wenn es dann das nächste Mal angeregt wird, gibt es wieder die
Ladung wie so einen Transistor, wie einen Capacitor, entsprechend ab
an den Hörnerv.
Dementsprechend im Prinzip können die Haarzellen nur detektieren,
bewegt sich die Basilarmembran ja oder nein.
Aber das sagt uns ja nicht relativ viel über das Signal aus.
Es sagt ja nur, ist das Signal da oder nicht.
Und jetzt kommt diese besondere Form der Gehörschnecke ins Spiel.
Dadurch, dass wir nämlich eine Schnecke haben, ist es so, dass wenn
man eine bestimmte Frequenz jetzt auf diese Flüssigkeit in der
Hörschnecke drauflegt, die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit
sich bewegt, nicht überall in der Hörschnecke gleich ist, sondern
abhängig von der Frequenz gibt es unterschiedliche Bereiche in der
Gehörschnecke, in denen sich die Flüssigkeit stärker oder weniger
stark bewegt.
Und das führt dazu, dass einfach bestimmte Bereiche der
Basilarmembran, je nachdem, wo sie sind in der Gehörschnecke,
unterschiedlich empfindlich sind für bestimmte Frequenzen.
Das heißt, anhand dessen, in welchem Bereich jetzt die Haarzellen
angeregt werden, kann ich zurückschließen darauf, aus welchen
Frequenzen jetzt diese Welle, die da durch den Schall auf die
Gehörschnecke übertragen wurde, zusammengesetzt ist.
Das heißt, ich habe da letztendlich so eine Art Filterbank,
Frequenzkamm, der mir detektiert, welche Frequenzen sind denn in
meiner Schallwelle, die ich da höre, aktiv.
Und auch mit welcher Energie sind sie da aktiv.
Die Energie kann ich daran feststellen, wie verrückt jetzt die
Haarzellen feuern.
Wie rapide die hintereinander feuern.
Nicht daran, wie stark die feuern, aber wie häufig die sozusagen
feuern.
Und da kommt wieder eine weitere Besonderzeit hinzu.
Diese Synapsen, an denen diese Härchen da hängen, die können nur mit
einer bestimmten Frequenz diskret feuern.
Die feuern, sind dann entladen, dann dauert es eine Weile, bis sie
geladen sind und können wieder feuern.
Und dieser Ladeprozess, währenddessen die Haarzellen nicht feuern
können, der gibt mir so eine Art Mindestfrequenz vor, mit dem eine
einzelne Haarzelle feuern kann.
Und diese Frequenz ist deutlich niedriger als viele der Frequenzen,
die in der Schallwelle vorhanden sind.
Das heißt, ich brauche dann sehr, sehr viele asynchron feuernde
Haarzellen, die mir dann in einem bestimmten Bereich durch ihre
Aktivität und durch das Muster ihrer Aktivität, mit der sie feuern,
erlauben, darauf zurückzuschließen, welche Energie diese Frequenz
jetzt in der Schallwelle hat, in dem Bereich, für den diese Haarzellen
in der Gehörschnecke jetzt zuständig sind.
Und das führt dazu, dass es interessante psychoakustische Effekte
gibt.
Die Tatsache, dass ich halt nicht fein aufgelöst direkt die Energie
einer Frequenz messen kann, sondern dass ich auf sie zurückfolgern
muss, durch diese Muster von vielen Haarzellen auf den
unterschiedlichen Bereichen der Gehörschnecke.
Zum einen führt das erstmal dazu, dass Menschen nicht den gesamten
Frequenzbereich gleich gut auflösen.
Es ist so, dass wir den hohen Frequenzbereich deutlich schlechter
auflösen als den niedrigen Frequenzbereich.
Was heißt das Auflösen?
Auflösen bedeutet, dass zwei Frequenzen einen bestimmten
Mindestabstand haben müssen, dass man sie als zwei verschiedene Töne
überhaupt wahrnimmt.
Das heißt, ich kann als Mensch nicht beliebig feine Änderungen in
einer Frequenz detektieren, sondern eine Frequenz muss sich um ein
bestimmtes Delta ändern, dass ich als Mensch wahrnehme, dass sich da
eine andere Frequenz jetzt befindet, dass sich die Frequenz geändert
hat.
Und dieses Delta, diese kritische Bandbreite, um der sich die Frequenz
ändern muss, die ist abhängig von dem Frequenzbereich, in dem ich mich
gerade befinde.
Und bei den hohen Tönen muss diese kritische Bandbreite deutlich höher
sein als bei den tiefen Tönen.
Tiefe Töne können wir deutlich feiner auflösen.
Dann, wenn ich etwas anlege, das Frequenz da, Frequenz weg, Frequenz
da, Frequenz weg, dann habe ich da auch ein Problem mit der zeitlichen
Auflösung.
Wenn sich also die Frequenz zeitlich ändert, im Sinne von jetzt
Frequenz da, dann Frequenz wieder weg.
Eine bestimmte Zeit lang höre ich, Frequenz wird eingeschaltet,
Frequenz wird ausgeschaltet, und wenn ich diese Frequenz, mit der ich
die eigentliche Frequenz, die ich höre, anlege und wieder wegnehme,
wenn ich das erhöhe, dann schlägt dieser Rhythmus, der dadurch
vorgegeben wird, entwand in einen Dauerton um.
Dann bin ich nicht mehr in der Lage festzustellen, dass jetzt
zwischenzeitlich die Frequenz mal nicht da ist, sondern dann empfinde
ich das so, als sei die Frequenz die ganze Zeit da.
Dann ist es so, dass wir Menschen ein Empfinden dafür haben, was
Tonhöhe angeht.
Und dieses Empfinden korreliert nicht direkt mit der Frequenzhöhe,
sondern sie entspricht nur ungefähr der Höhe der Frequenz, aber es
gibt eine nicht-lineare Beziehung dazu, welche Frequenzen jetzt um wie
viel höher dargestellt werden als andere Frequenzen.
Sprich, wenn ich eine Frequenz nehme und sie verdoppel, dann wird sie
nicht notwendigerweise der Ton als doppelt so hoch angesehen, sondern
es hängt davon ab, welche Frequenz ich nehme, in welchem
Frequenzbereich ich mich wieder befinde.
Dann gibt es das Problem, dass selbst wenn ich, sagen wir mal, zwei
Frequenzen habe, die eigentlich eine kritische Bandbreite voneinander
entfernt sind und ich sie eigentlich als separate Töne wahrnehmen
würde, wenn der eine deutlich lauter ist als der andere, dann kann der
lautere Ton den leiseren Ton verdecken.
Dann kann es sein, dass ich nur den lauteren Ton höre, aber nicht den
leiseren Ton.
Das ist, wenn die beiden Töne gleichzeitig angehen.
Und das Fiese ist, das Ganze funktioniert auch in zeitlicher Folge.
Sprich, wenn ich einen sehr lauten Ton anlege, den ausschalte und dann
zeitlich danach einen leiseren Ton anlege, der eigentlich weit genug
weg ist für kritische Bandbreite, dass ich ihn als anderen Ton
wahrnehmen würde, dann kann es sein, dass ich diesen Ton einfach nicht
höre, weil der vorhergehendere lautere Ton noch nachhallt und alles
andere überdeckt.
Und das sind so Beispiele von psychoakustischen Effekten, die dann zum
Beispiel ausgenutzt werden bei einer Kompression mithilfe von MP3.
Man weiß halt, bestimmte Informationen im Signal kann der Mensch nicht
hören, also werfen wir sie weg, weil er kann sie eh nicht hören und
dadurch, dass wir dann Informationen wegwerfen, können wir das Signal
stärker komprimieren und mit weniger Bandbreite übertragen.
Was man hier sieht, ist die sogenannte Frequenzantwort der Membran.
Jede dieser Linien, die man da sieht, entspricht einem Punkt, einem
kleinen Bereich auf der Basilarmembran.
Und man sieht, es ist nicht so, dass ein Bereich nur für genau eine
Frequenz zuständig ist, sondern ein Bereich wird aktiv und angeregt
durch einen ganzen Bereich von Frequenzen.
Er wird aber innerhalb dieses Bereiches unterschiedlich stark
angeregt.
Wenn man sich also diese erste Linie, die wie so ein kleiner Berg
aussieht, anschaut, dann sieht man, die hat so ihren Höhepunkt bei
circa, was mögen das sein, ungefähr 150 Hertz.
Das heißt, das ist also ein Bereich, da reagiert die Basilarmembran am
stärksten bei 150 Hertz, aber auch noch bei Frequenzen mit sehr
niedriger Auflösung bis hin zu Frequenzen von fast 1000 Hertz, aber
halt weniger stark.
Das heißt, und da gibt es halt immer weitere solche Linien, und die
Form dieser Linien ist auch nicht konstant über das ganze Spektrum
hinweg, sondern je weiter ich ins hohe Spektrum gehe, sehe ich zum
Beispiel, dass diese Linien breiter werden, dass also das
Frequenzspektrum, auf das sie anschlagen, weiter werden, und dann
haben die diesen komischen ersten Huckel, dann einen kleinen
Tiefpunkt, und dann nochmal ganz stark ansteigen bis zu dem Punkt, an
dem sie am stärksten ansprechen, und nach rechts hin dann aber auch
ganz stark abfallen.
Und zum Beispiel die Tatsache, dass diese entsprechend unterschiedlich
breit sind, diese Bereiche, für die ein bestimmter, oder
Frequenzabschnitte, Spektrumsabschnitte, auf die ein bestimmter
Bereich in der Basilarmembran anspricht, sorgt dafür, dass wir
Frequenzen unterschiedlich gut auflösen können.
Und weil für die hohen Frequenzen diese Bereiche halt so fürchterlich
breit sind, können wir dann hinterher im Endeffekt auch die hohen
Frequenzen deutlich schlechter auflösen, als die niedrigen Frequenzen.
Eine interessante Frage, die man sich jetzt vielleicht stellen kann,
ist, wo kriege ich denn solche Linien her?
Da wird also draußen ein Ton angelegt, und dann wird gemessen, in
bestimmten Bereichen der Basilarmembran, wie stark spricht der denn
an?
Das kann man im Prinzip nur machen, indem man wirklich dann an die
Anatomie geht, und da sein Wolbemesser an bestimmte Bereiche der
Membran dranhängt, und guckt, wie gut oder schlecht die funktionieren.
Und deswegen, das hier ist halt auch kein Menschenohr, sondern das ist
zum Beispiel ein Katzenohr.
Sprich, da musste eine Katze sehr, sehr stark dafür leiden, dass wir
dieses Diagramm bekommen.
Wie schon gesagt, das menschliche Lautstärkeempfinden, wir hatten
schon gesagt, das Tonhöherempfinden entspricht ungefähr der Frequenz,
aber nicht hundertprozentig.
Genauso ist es auch bei der Lautstärke.
Die Lautstärke, das Lautstärkenempfinden, als wie laut oder leise wir
einen Ton wahrnehmen, ist korreliert mit dem Schalldruckpegel, aber
nicht hundertprozentig übereinstimmend, plus auch wieder abhängig von
der Frequenz der Töne.
Und was man halt gemacht hat, ist, man ist einfach empirisch
hergegangen und hat Menschen Töne vorgespielt, und die sollten halt
auf einer Skala angeben, als wie hoch empfindest du diesen Ton.
Und das hat man mit sehr vielen Tönen unterschiedlicher Frequenz und
unterschiedlicher Schalldruckpegel gemacht, und mit sehr vielen
unterschiedlichen Menschen.
Und die ganzen Werte, die man dann bei diesen subjektiven Messungen
herausbekommen hat, hat man dann hinterher zusammengerechnet und ist
zu dieser subjektiven Lautstärkenskala, die den menschlichen,
durchschnittlichen menschlichen Lautstärkenempfinden entspricht,
gekommen.
Das ist die sogenannte Phonenskala.
Was man hier jetzt sieht, ist lauter schwarze Linien, und jede
schwarze Linie entspricht einem subjektiven Eindruck der Lautstärke.
Also die erste unterste schwarze Linie entspricht dem
Lautstärkensempfinden des Wertes 3 Phon, die oberste Linie entspricht
dem Lautstärkensempfinden des Tons 100 Phon.
Und auf der senkrechten Achse abgebildet ist entsprechend der
Schalldruckpegel, und auf der waagerechten Achse ist abgebildet die
Frequenz der Töne.
Und da sieht man halt zum Beispiel, dass so ein Ton von ca.
3-4 kHz bei einem niedrigen, schon bei einem sehr niedrigen
Schalldruckpegel, der unter dem 0 dB liegt, als 3 Phon stark angesehen
wird.
Und was man jetzt an diesem Bild als erstes auch sieht, ist, dass man
sich bei der Berechnung des Referenzpegels für die Dezibelskala vertan
hat.
Man hatte ja gesagt, eigentlich bei 1 kHz und Schalldruckpegel 0 dB,
das sei so gerade die Hörschwelle.
Und man sieht jetzt nicht, man bräuchte jetzt hier eigentlich die
Hörschwellenlinie, dann würde man sehen, dass die eben nicht durch
diesen Kreuzungspunkt 0 und 1 kHz hindurch geht.
Und man sieht aber, dass wenn ich einen sehr niedrigen Ton habe, dann
muss ich da sehr viel Schalldruckpegel draufgeben, damit ich ihn
erstmal überhaupt höre, wahrnehme, und der kommt mir dann sehr, sehr
leise vor.
Im mittleren Frequenzband brauche ich für die Töne deutlich weniger
Schalldruckpegel, damit ich sie als subjektiv laut empfinde.
Und wenn ich nach ganz rechts rausgehe, wieder sehr hohe Frequenzen
habe, dann muss ich wieder sehr, sehr viel Schalldruckpegel
draufgeben, damit ich sie überhaupt höre und als laut dann auch
wahrnehme.
Und da gibt es halt so diese Wannenstruktur, die sich daraus abbildet.
Und dann irgendwann gibt es halt die Hörschwelle, sowohl nach unten
hin, wo ich keine Töne mehr höre, und rechts hin, wo ich keine Töne
mehr höre, da kann ich so viel Schalldruckpegel draufgeben, wie ich
will.
Ich werde diesen Ton nicht hören.
Das Einzige, was passieren kann, ist, dass ich mir physikalisch das
Ohr kaputt mache.
Die Experimente werden wir in Ruhe nächste Woche machen, wenn ich
wieder da bin.
Dann haben wir nicht die Probleme mit dem Anschluss an die
Audioanlage.
Dann werden wir die ganzen Videos nachholen und dann auch so ein paar
kleinere Experimente zum Lautstärken und Frequenzwahrnehmung und zu
diesen psychoakustischen Effekten, die sich ergeben aus der Art und
Weise, wie das menschliche Ohr eben Töne wahrnimmt.
Das machen wir, wie gesagt, nächste Woche.
Wenn man jetzt sich diese Linien herzieht aus Hörschwelle und
Schmerzgrenze und das Ganze in Abhängigkeit vom Schalldruckpegel und
der Frequenz, dann sieht man, die Schmerzgrenze ist abhängig von der
Frequenz, aber ab dem Zeitpunkt wird Schall als schmerzhaft
wahrgenommen und die Hörschwelle ist auch abhängig von der Frequenz,
ab welchem Schalldruckpegel man überhaupt einen Ton hören kann.
Und was man halt sieht, ist, die Hörschwelle läuft halt nicht genau
bei 1 kHz durch 0 dB, sondern liegt ein bisschen höher.
Das heißt, man hatte diesen P0-Schalldruck als Referenzwert ein
bisschen unterschätzt.
Den P0 hätte man eigentlich ein bisschen höher ansetzen müssen, damit
man bei 1 kHz die Hörschwelle trifft.
Hat man jetzt halt nicht, deswegen kann man nicht sagen, bei 1 kHz 0
dB, ab da hört man den.
Es muss ein paar dB mehr sein, damit man den Ton hört.
Dadurch aber, dass die Hörschwelle sowieso komplett abhängig ist von
der Frequenz, ist das Ganze auch gar nicht so wichtig.
Man könnte jetzt auch einfach nachgehen und gucken, ab welcher
Frequenz entspricht dem P0 jetzt der Hörschwelle.
Interessant ist, dass wenn man sich jetzt die Kombinationen aus
Schalldruckpegel und Frequenzen anschaut, die für die Art von Schall
interessant ist, den wir hier erkennen wollen, dann sieht man, dass
der Bereich von Schall, den wir subjektiv als Sprache wahrnehmen
würden, eine ganz kleine Fläche ist der Kombinationen aus Frequenz und
Schalldruckpegel, die wir überhaupt gut hören können.
Und im Prinzip brauchen wir uns also beim Schall nur auf diesem
Bereich, in dem sich Sprache bewegt, konzentrieren.
Und alle anderen Kombinationen aus Frequenz und Schalldruckpegel sind
für uns eigentlich uninteressant.
Sondern wir brauchen dann hinterher eine Vorverarbeitung, die
besonders gut für diese dunkelschwarze Fläche da funktioniert.
Gut, als letztes jetzt noch als Nachtrag, um die Brücke zu schließen
zwischen den Phonemen und Lauten, die wir produzieren und wie wir sie
letzte Woche kennengelernt haben und dem, was wir hinterher
niederschreiben wollen, noch ein ganz schneller Blick auf die
Schriftsysteme.
Es ist so, das Ergebnis der Spracherkennung soll gemäß unserer
Definition ja sein, dass wir eine maschinenverarbeitbare,
niedergeschriebene Form der Sprache bekommen.
Und damit man Sprache also in maschinenverarbeitbar
niedergeschriebener Form als Wortfolge hinschreiben kann, brauchen wir
irgendwie Systeme, mit denen man das niederschreiben kann.
Wir in Westeuropa sind halt gewohnt an alphabetische Schriften.
Mit denen wir dann schon von frühester Kindheit in der Schule an
lernen, Sprache niederzuschreiben und damit über die Zeit hinweg zu
transportieren.
Schrift auf abstrakter Ebene ist im Prinzip ein Kodierungssystem.
Das es erlaubt, Sprache über die Zeit hinweg zu konservieren und über
die Zeit hinweg zu transportieren.
Unterschiedliche Linguisten haben unterschiedliche
Klassifikationsschema und Einteilungen der Schriftsysteme, die es auf
der Welt gibt.
Da gibt es einen bekannten Linguisten, der heißt David Crystal.
Der hat da eine Einteilung, die man häufig findet.
Ich persönlich mag diese Einteilung nicht so sehr, weil sie meiner
Meinung nach an einer Stelle oder auch an zwei Stellen gewisse
logische Brüche hat.
Das hier ist jetzt eine Einteilung nach einem Linguisten, der heißt
Daniels, der das mal niedergeschrieben hat und dessen Erklärung, warum
er die Schriften so eingeteilt hat, wie sie hier eingeteilt sind,
finde ich persönlich sehr nachvollziehbar und recht logisch.
Der hat auf der ersten Ebene der Schriften die sogenannten
logosyllabischen Schriften.
Und das sind Schriften, die häufig woanders als logografisch
bezeichnet werden.
Kann man sich jetzt leicht herleiten, was das bedeutet.
Logos ist das Wort auf Griechisch und der Graf hat das Zeichen, das
Logografische, also ich habe Zeichen, die Wörter entsprechen.
Und wenn man sich jetzt logografische Schriften anschaut oder
Schriften anschaut, die zum Beispiel David Crystal als logografisch
bezeichnet, dann stellt man fest, die schreiben auch ein Wort, ein
Zeichen, aber auch mehr.
Und der Grund dafür ist, dass man halt bestimmte abstrakte Konzepte,
die man in der Sprache braucht, schlecht als Logograf darstellen kann.
Plus es gibt immer wieder Wörter, zum Beispiel Eigennamen oder auch
fremde Eigennamen, die man vorher noch nie gesehen hat.
Für die man also zum Beispiel kein Zeichen hat, die würde man trotzdem
gerne niederschreiben können.
Und was diese Schriften dann ausnahmslos alle machen, ist, die greifen
dann zurück auf ein Art silbenbasiertes Verfahren, sodass sie für ein
Wort, für das sie kein eigenständiges Zeichen haben, darauf
zurückgreifen können, dass sie seinen Klang mit Silbenzeichen
nachbauen können.
Und dementsprechend bei diesen logografischen Schriften ist dann ein
Zeichen entweder ein Wort oder eine Silbe.
Standardbeispiel für logosyllabische Schriften ist halt die
chinesische Schrift, das Hanze, wo ein Wort häufig in der Regel aus
zwei Zeichen, zwei Silbenzeichen dann zusammengesetzt wird.
Dann gibt es silbenbasierte Schriften, auf Englisch syllabaries.
Da entspricht ein Zeichen entsprechend immer einer Silbe und man setzt
den Klang der Wörter durch diese Silbenzeichen zusammen.
Dann gibt es Schriften, bei denen entsprechen Zeichen Konsonanten.
Das heißt, die bauen den Klang der Wörter nach, indem sie die
Konsonanten zusammensetzen.
Vokale werden nicht mitgeschrieben.
Der Name Abjad selber, der kommt von den ersten Zeichen des arabischen
Alphabetes, weil das arabische Alphabet so ein Standardbeispiel für
einen Abjad ist.
Und da hat man halt die Schwierigkeit, wenn man sowas lesen möchte,
dann muss man sich die Vokale mitdenken.
Man kann sich leicht vorstellen, dass dann auch die Niederschrift
eines Wortes, wenn ich einfach die Vokale weglasse, auch nicht
eindeutig ist, sondern dass es dann so ist, dass ich ohne diese
Vokalinformationen niedergeschrieben raten muss, welches Wort jetzt
diese Konsonanten entsprechen.
Das muss ich mir dann aus dem Kontext entsprechend herleiten.
Dann gibt es sowas wie die Alphabete.
Das ist zum Beispiel ein deutsches Schriftsystem.
Englische Schriftsysteme sind alphabetbasierte Schriften.
Dort entsprechen Zeichen, entsprechend Vokalen und Konsonanten, sodass
ich den Klang der Wörter mithilfe dieser Alphabete nachbilden kann.
Dann gibt es dann Abwandlungen davon, zum Beispiel sowas wie ein
Abugida.
Da entspricht jedes Zeichen einem Konsonanten und einem ihm
zugehörigen Vokal.
Das ist mehr als ein Vokal und ein Konsonant, aber weniger als eine
Silbe.
Und wenn ich jetzt eine Kombination aus Konsonant und Vokal darstellen
möchte, für die ich kein Zeichen in der Abugida habe, dann habe ich
noch meistens so Diakritiken, Modifikatoren, mit der ich das Zeichen
abändern kann, sodass ich klarmachen kann, dass jetzt ein anderer
Vokal gemeint ist als der, für den das normalerweise steht, dieses
Konsonant -Vokal-Zeichen.
Der Name Abugida selber leitet sich dann aus dem Äthiopischen ab und
das sind dann die ersten vier Konsonanten und Vokale des äthiopischen
Abugidas.
Der Name Alphabet selber leitet sich interessanterweise eigentlich aus
dem Hebräischen ab.
Das ist das Alephbet, Aleph, erster Buchstabe des hebräischen
Alphabetes, Bet.
Der zweite Buchstabe des hebräischen Alphabetes ist insofern
interessant, weil das hebräische Schriftsystem, genauso wie das
arabische, eigentlich ein Abjad ist, Vokale eigentlich in der Regel
nicht mitschreibt.
Trotzdem ist es Namensstifter für ein anderes Schriftsystem, für das
alphabetische.
Und dann gibt es noch die letzte Kategorie, dieses Featurevals.
Das ist ein System, das unglücklicherweise notwendig ist, weil es
meines Wissens im Augenblick nur ein Schriftsystem gibt, das
unterscheidet sich von all diesen anderen schönen systematischen
Schriftsystemen, das ist das koreanische.
Und deswegen hat man da diese relativ generische Definition.
Die Form eines Zeichens steht in einer Beziehung zu den Merkmalen des
Sprachsegments, für das es stehen soll.
Und beim koreanischen, da gibt es halt ein Alphabet oder ein
Schriftsystem, das in keines der anderen fünf Kategorien halt
entsprechend reinfällt.
Deswegen hat man dafür dann halt noch diese Klasse Feature angegeben.
Das Erste, was man jetzt wissen muss, ist, bei weitem nicht jede
Sprache wird geschrieben.
Es gibt auf der Welt so etwas wie 4.000 bis 6.000, teilweise schätzen
Linguisten 7.000 verschiedene Sprachen, und nur ein paar Hundert von
denen werden überhaupt geschrieben.
Das heißt, ein Großteil der Sprachen, die es da draußen gibt, werden
überhaupt erstmal nicht geschrieben.
Und dann für die Sprachen, die geschrieben werden, sieht diese
Verteilung der Schriftsysteme ungefähr so aus.
Diese Karte ist jetzt von Wikipedia entnommen, hat deswegen eine
leicht etwas andere Einteilung, wenn es um die Schriftsysteme geht,
als das, was der Daniels gemacht hat, aber ist im Großen und Ganzen
direkt angelegt.
Und was man da sieht, man hat jetzt hier Zentraleuropa, da ist das
lateinische Alphabet, als einer der bekanntesten Vertreter des
Alphabets, sehr weit verbreitet.
Im Bereich Russland, ehemalige Sowjetrepubliken, ist das kyrillische
Alphabet sehr stark verbreitet.
Dann entsprechend in Nordamerika, Südamerika, der gesamte
kolonialisierte Raum, der jetzt im Prinzip geprägt ist durch die
Kultur und durch die Schriftsysteme und Sprachen, die durch die
Kolonisatoren mitgekommen ist, wird auch im Großen und Ganzen geprägt
durch das lateinische Alphabet.
Aber dann gibt es noch Schriftsysteme für Sprachen, die eigentlichen
ursprünglichen Einwohner, der Ureinwohner dort, im Englischen der
schöne Begriff indigenous people, die sich davon unterscheiden.
Da gibt es dann sowas wie Shiroki oder Kwi, das sind eingeborene
Sprachen, die dann Syllabaries verwenden.
Oder auch Abugidas, wenn man weiter Richtung Norden geht, dazu den
Inuit hin und der Schrift, die die verwenden.
Dann das arabische Abschad ist halt gerade in diesem arabischen Raum
logischerweise stark verbreitet.
Da hat man also diesen Gürtel, der durch Nordafrika geht und nach
Asien einreicht, der mit Abschads angefüllt ist.
Australien wieder als regionalisierte Gegend entsprechend mit
Alphabet, lateinischem Alphabet besiedelt.
Und dann findet man im asiatischen Raum zum einen natürlich das
Logosyll, viele logografische Schriften oder logosyllabischen
Schriften, halt die archäologische Schrift, das Hanse, aber auch viele
syllabische Schriften und Abugidas.
Gerade so im indischen Subkontinent viele Abugidas, im
südostasiatischen Raum viele vereinzelte Syllabaries und auch
ansonsten andere Abugidas und da, wo halt das Hanse nicht geschrieben
wird.
Und dann Japan guckt so ein bisschen raus am rechten Rand.
Das gelbe mit der roten Umrandung ist entsprechend Japan, weil die
nicht ein Schriftsystem haben, sondern die haben insgesamt drei
Schriftsysteme.
Die haben zwei logosyllabische und ein syllabisches Schriftsystem und
je nachdem, welche Art von Wörtern es handelt, fremde Eigennamen,
Fremdwörter, häufig geschriebene Wörter oder nicht so häufig
geschriebene Wörter, wird entweder eins von den zwei logografischen
Schriften genommen oder halt die syllabische Schrift.
Jetzt ist das Interessante, man sieht schon, das lateinische Alphabet
hat sich sehr stark verbreitet in den kolonialisierten Gebieten.
Und der Grund dafür ist halt, dass viele der Sprachen auch unter
Umständen nicht geschrieben wurden und dann erst durch Missionare oder
Kolonialkräfte eine Schrift dafür kreiert wurde.
Und die haben halt das genommen, was sie kannten und haben dann halt
viel mit einem Alphabet gearbeitet und diesen Sprachen dann
Alphabetschriften übergestülpt.
Und wenn man jetzt nochmal in den asiatischen Raum reinschaut und sich
dann Vietnam anschaut, dann sieht man, dass in diesem Gemisch aus
logografischen und Abugiderschriften Vietnam mit einer Alphabetschrift
raussticht.
Und der Grund dafür ist, dass Vietnam eigentlich lange Zeit eine Hanse
-basierte Schrift hatte, bis es kolonialisiert wurde und auch dann
entsprechend die Missionare mitkamen und die hatten keine Lust auf
dieses bestehende Schriftsystem, sondern haben das einfach per ordre
de mufti, per Anordnung von oben, ersetzt durch so eine
Alphabetschrift, sodass man da jetzt in Vietnam heutzutage eine
Alphabetschrift verwendet.
Kommen wir zum letzten Teil der heutigen Vorlesung, zu den Mikrofonen.
Mikrofone kann man sich analog anschauen zum menschlichen Gehör.
Sie unterscheiden sich aber teilweise auch von dem menschlichen Gehör.
Prinzipiell, was ein Mikrofon macht, genauso wie das menschliche
Gehör, wandelt es die Schallwelle in ein elektrisches Signal um.
Beim Menschen schwingt das Trommelfell, im Mikrofon schwingt eine
Membran.
Und beim Menschen gibt es dann diese Kombination aus mechanischen
Hebeln, der Übertragung in die Flüssigkeit und dann der Umwandlung
durch die Basilarmembran in der Cochlea in elektrische Energie.
Und bei dem Mikrofon gibt es einen direkten Mechanismus, der die
Schwingung der Membran im Mikrofon umwandelt in elektrische Signale.
Und jetzt kann man ein Mikrofon so bauen, dass die Bewegung der
Membran entweder dem Schalldruck folgt oder dem Schalldruckgefälle.
Und der Schalldruckgefälle ist wiederum proportional zur
Schallschnelligkeit und das ist wiederum proportional zur
Schallenergie, weil die Schallenergie sich ja aus der
Schallschnelligkeit dieser kinetischen Energie und der potentiellen
Energie der virtuellen Feder zusammensetzt.
Und je nachdem, wie das Mikrofon gebaut ist, ob jetzt man Schalldruck
misst oder Schnelligkeit, und je nachdem, wie das System aussieht, das
dann aus dieser Auslenkung der Membran ein elektrisches Signal macht,
kann man das Ganze unterteilen in unterschiedliche Mikrofontypen.
Und im Prinzip kann man dieses Diagramm idealerweise von unten nach
oben lesen.
Man hat unten diese Zweiteilung in Druckmikrofon,
Druckgradientenmikrofon und dann hinten drangehängt unterschiedliche
Arten der Wandlung des elektrischen Feldes und natürlich können halt
auch Druckgradient und Druckmikrofon sich teilweise dieselben
Wandlungsprinzipien, Wandlungsmechanismen teilen.
Wenn man jetzt ein Mikrofon beschreiben möchte, für unsere Zwecke
reicht es dann in der Regel vollständig aus, wenn wir ein Mikrofon in
der Hand haben und zwei Dinge wissen.
Erstens, was ist die Bauform des Mikrofons?
Sagt uns was darüber auf Druckgradient oder Druckmikrofon.
Zweitens, was ist das Wandlerprinzip?
Beim Wandlerprinzip unterscheidet man in der Regel zwischen zwei
großen Typen.
Das sind die dynamischen Mikrofone und das sind die
Kondensatormikrofone.
Die dynamischen Mikrofone arbeiten mithilfe elektromagnetischer
Induktion.
Da ist es dann in der Regel so, dass an diesem Membran, die
ausschlägt, eine Spule dran befestigt ist und diese Spule wird über
einen Stabmagneten drüber gestülpt.
Und wenn jetzt die Membran anfängt sich zu bewegen, dann bewegt sich
die Spule über den Magneten hinweg und induziert dann entsprechend
Strom.
Und wie viel Strom jetzt induziert wird, hängt nicht davon ab, wie
stark die Membran ausgelenkt wird, sondern das hängt davon ab, wie
schnell die Membran sich hin und her bewegt.
Standardbeispiel für so ein dynamisches Mikrofon ist dieses
Tauchspulmikrofon mit dieser Spule, die dann über den Stabmagneten
drüber gestülpt wird.
Dem gegenüber steht das Kondensatormikrofon.
Bei dem Kondensatormikrofon ist die Membran im Mikrofon, die
ausgelenkt wird, gleichzeitig die Platte eines Plattenkondensators.
Die andere Platte, die zweite Platte des Plattenkondensators, die ist
da, die steht fest.
Und jetzt wird die Membran, diese eine Platte des Plattenkondensators,
von der anderen Platte weg bewegt oder zu der anderen Platte hin
bewegt.
Und diese Bewegung der Membran, die Änderung des Abstandes zwischen
den beiden Platten des Kondensators, ändert halt entsprechend das
Potenzial des Kondensators.
Und dementsprechend misst jetzt dieses Kondensatormikrofon nicht, wie
schnell bewegt sich die Membran, sondern wirklich, wie weit wird die
Membran absolut ausgelenkt.
In der Regel brauchen solche Kondensatormikrofone Stromversorgung.
Ich wollte einmal eben gerade über was hinüberspringen.
Nein, das wollte ich auch nicht.
Habe ich hier anscheinend gar nicht drauf stehen.
Jetzt kann man sich aber schon überlegen, wenn man sich diese beiden
Wanderprinzipien anschaut.
Ich hatte ja schon gesagt, wir müssen uns einmal über die Natur des
Drucks der Schallwelle klar werden und einmal über die Energie der
Schallwelle.
Und dass die Energie der Schallwelle quadratisch mit dem Abstand zur
Schallquelle abnimmt und dass der Druck direkt proportional zum
Abstand von der Schallquelle abnimmt.
Und wenn man sich jetzt überlegt, was das bedeutet bei den
Wanderprinzipien, das dynamische Mikrofon misst, wie schnell sich die
Membran bewegt.
Sprich, das misst die Energie der Schallwelle.
Während das Kondensatormikrofon misst, wie stark die Membran
ausgelenkt wird und das bedeutet, das Kondensatormikrofon misst den
Druck, den Schalldruck der Schallquelle.
Das bedeutet dann im Umkehrschluss, dadurch dass die Energie
quadratisch mit der Distanz abnimmt, salopp gesprochen, das dynamische
Mikrofon hört nicht so weit in den Raum hinein wie das
Kondensatormikrofon.
Wenn ich also eine Aufnahmesituation habe, in der ich eine
Schallquelle habe, einen Menschen, der spricht, den will ich aufnehmen
und ich kann es mir leisten, ein Mikrofon nah an den Mund des
Sprechers zu befestigen, zum Beispiel so ein Bügelmikrofon, und ich
alle anderen Schallquellen im Raum möglichst nicht hören möchte, dann
nehme ich ein dynamisches Mikrofon, weil das nimmt dann die sehr nah
liegende Schallquelle entsprechend auf, kann ich die Verstärkung so
einstellen, dass es die am nahesten gelegene Schallquelle gut aufnimmt
und alle anderen Schallquellen, die viel weiter weg sind, werden halt
deutlich schlechter aufgenommen, weil die Energie dieser Schallquellen
eben quadratisch mit dem Abstand zu ihnen abfällt.
Kondensatormikrofon hört linear in den Raum rein.
Da ist also diese Differenz in der Empfindlichkeit des Mikrofones zu
Schallquellen, die unterschiedlich voneinander weit entfernt sind, vom
Mikrofon deutlich geringer.
Andersrum bedeutet das natürlich auch, wenn ich es mir nicht leisten
kann, unbedingt ein Mikrofon möglichst nah an den Sprecher dran zu
bauen, dann bin ich vielleicht mit einem Kondensatormikrofon besser
bedient.
Trotzdem findet man dynamische Mikrofone eher selten, und wenn man so
als Endverbraucher sich ein Mikrofon kauft, hat man in der Regel ein
Kondensatormikrofon in der Hand.
Auch bei diesen Headsets, die man jetzt zur Telefonie oder zum Gaming
oder sowas verwendet, hat man bei den günstigen Headsets in der Regel
ein Kondensatormikrofon.
Und das hat einfach damit zu tun, dass man ein Kondensatormikrofon
deutlich günstiger bauen kann als ein dynamisches Mikrofon.
Und der Grund, warum man ein Kondensatormikrofon besonders günstig
bauen kann, ist diese Idee oder das Prinzip dieser Elektret
-Kondensatormikrofone.
Bei den Elektret-Kondensatormikrofonen ist es so, dass die Membran aus
einer sogenannten Elektretfolie besteht.
Und eine Elektretfolie ist eine Folie, die permanent mit einem
elektrischen Feld aufgeladen ist.
Und dann kann ich das Ding direkt statt einer festen
Kondensatorplatte, die jetzt zum Beispiel an die Membran angeschlossen
sein muss, kann ich direkt die Membran als Elektretfolie nehmen und
die Membran agiert direkt als Kondensatorplatte, die ausgelenkt wird.
Ich muss da auch jetzt keine Stromquelle mehr anschließen an diese
Elektretfolie, weil die Elektretfolie im Prinzip permanent mit einem
elektrischen Feld aufgeladen ist und kann auf die Art und Weise sehr
kleine und extrem günstige Mikrofone bauen, wenn ich dieses
Wandlerprinzip nehme.
Und deswegen kann man sagen, circa 90 Prozent aller Mikrofone, die da
draußen in Verwendung sind, sind Elektret-Kondensatormikrofone.
Wenn ich in den semiprofessionellen oder professionellen Bereich gehe,
zum Beispiel Gesang auf der Bühne, habe ich es in der Regel mit
dynamischen Mikrofonen zu tun.
Die sind deutlich größer, also die Handheld-Mikrofone, die man da auf
der Bühne sieht, sind halt deutlich größer.
Die sind deutlich teurer, aber haben halt den Vorteil, dass wenn der
Sänger die Mikrofone nah an den Mund hält, dann wird der Sänger
aufgenommen.
Aber zum Beispiel die ganze Band drumherum wird nicht mehr durch
dieses Mikrofon aufgenommen.
Das heißt, ich kann also die Schallquellen der einzelnen Instrumente
und des Gesangs schön voneinander trennen und dann zusammenmischen.
Ich habe keine großen Probleme mit einer Rückkopplung durch die
Lautsprecher, die da sind, weil auch dann die Lautsprecher nicht mehr
gut von dem Mikrofon aufgenommen werden, weil sie weit genug weg sind.
Deswegen wird auf der Bühne sehr häufig so ein dynamisches Mikrofon
genommen.
Man kann es sich halt auch leisten und die Größe spielt in der Regel
auch keine große Rolle.
Dann sei noch erwähnt ein Kohlemikrofon.
Je länger ich die Vorlesung halte, desto weniger Leute werden jemals
so ein Ding in der Hand gehabt haben.
Wenn man früher nochmal bei Oma war und wirklich so ein richtig
schönes, altes Telefon in der Hand hatte, nicht mit so einem modernen
Telefonhörer, der ein Elektro-Kondensatormikrofon drin hatte, sondern
eines von diesen richtigen schweren Dingern.
Unten mit diesen großen, runden Sprechmuskeln.
Die hatten ganz, ganz früher sogenannte Kohlemikrofon.
Die waren einfach relativ preisgünstig zu bauen.
Was man da hat, ist im Prinzip einen Sack Kohlegrieß, an dem wird eine
Spannung angelegt.
Und wenn ich jetzt diesen Kohlegrieß zusammenpresse, dann sinkt der
Widerstand des Kohlegrießes, eine größere Spannung kommt durch.
Wenn ich das Säckchen loslasse, dann geht der Kohlegrieß wieder ein
bisschen auseinander.
Der Widerstand ist hoch, die Spannung, die ich dann messe, wird
weniger.
Und auf die Art und Weise konnte man ein sehr günstiges Mikrofon und
ein sehr robustes Mikrofon zusammenbauen, hatte aber den großen
Nachteil, dass wenn ich damit lange gesprochen habe, dass das Mikrofon
einschläft.
Einfach durch den Schall wird der Kohlegrieß immer stärker und stärker
zusammengepresst.
Und damit ich dann wieder gleichmäßig starke Änderungen in der
elektrischen Leitung messen kann, musste ich immer lauter und lauter
sprechen.
Das heißt, wenn einer mal so eine Dreiviertelstunde, Stunde an so
einem Kohlemikrofon gesprochen hat, musste der immer lauter und lauter
sprechen, damit das immer noch gut aufgenommen wird.
Die andere Alternative war, dass man den Telefonhörer halt einmal auf
den Tisch geklopft hat, dass der Kohlegrieß wieder so ein bisschen
aufgelockert wurde, dann ging das besser.
Und dann gibt es noch eine Funktion, das ist diese Piezo-Mikrofone.
Die sind von der Theorie her sehr schön, klingen aber nicht so toll.
Da macht man das so, dass man die Membran auf ein Piezo-Element
drücken lässt.
Ein Piezo-Element ist eine feste Substanz, zum Beispiel in der Regel
ein Kristall.
Wenn ich da drauf drücke, wird Spannung induziert.
Und damit kann man auch sehr kompakte und günstige Mikrofone
realisieren.
Die aber leider nicht besonders gut klingen.
Die haben einen sogenannten hohen Clear-Faktor.
Und der Clear-Faktor, was der bedeutet, ist, wenn ich da eine
Schallquelle draufgebe, angenommen eine feste Frequenz, dann wird
leider durch das Draufdrücken in dem Piezo-Kristall und auch
eigentlich bei allen anderen, aber halt nicht so stark bei allen
anderen Wanderprinzipien, nicht nur diese Frequenz induziert auf das
elektrische Signal, sondern auch Oberschwingungen, harmonische.
Und wenn ich einen hohen Clear-Faktor habe, bedeutet das, dass die
Energie dieser Oberschwingungen gegenüber der eigentlichen
Hauptfrequenz, die anliegt, sehr hoch sind, sodass ich sie deutlich
wahrnehme.
Und der Effekt, den man dann hört, erinnert so ein bisschen an ein
klirrendes Glas.
Deswegen nennt man das Clear-Faktor.
Und man möchte natürlich, im Idealfall will man gar nicht solche
Oberschwingungen in dem Signal drin haben bei der Aufnahme.
Das ist bei den Kondensatormikrofonen und den dynamischen Mikrofonen
auch im Großen und Ganzen der Fall.
Das ist sehr gering ausgeprägt, dieser Effekt.
Und bei den Piezo-Mikrofonen ist er leider unglücklicherweise relativ
groß ausgeprägt.
Also, das Wanderprinzip bestimmt mir, wie empfindlich, wie gut bin
ich, wenn ich weit in den Raum reinhören will.
Die andere Charakteristik, die uns interessiert, ist, in welche
Richtungen höre ich denn?
So wie nach dem heugischen Prinzip eine Schallquelle sich kugelförmig
ausbreitet, kann ich das Mikrofon so bauen, dass es auch entweder
kugelförmig in den Raum reinhört, oder dass es nach einer bestimmten
Charakteristik in den Raum reinhört.
Und die Charakteristik, mit der es in den Raum reinhört, wird bestimmt
durch die Bauform des Mikrofons.
Und es gibt im Großen und Ganzen halt diese zwei Bauformen, den
Druckempfänger und den Grunddruckgradientenempfänger.
Und wenn man sich einfach nur in einem Datenblatt mal die
Charakteristik anschauen möchte eines Mikrofons, gibt es die
sogenannten Poldiagramme.
Das ist ein Schnitt durch den dreidimensionalen Raum in einer Ebene.
In der Mitte befindet sich das Mikrofon.
Dann um das Mikrofon herum in einer Ebene, zum Beispiel einer
horizontalen Ebene, trägt man die Winkel ab, in welche Richtung man
hören kann.
Und dann trägt man eine Linie ein, wie empfindlich das Mikrofon in die
jeweilige Richtung ist.
Ganz links hat man eine Kugelcharakteristik, die dicke schwarze Linie.
Je weiter nach außen die ist, desto empfindlicher ist die.
Die ist überall ganz weit außen.
Die kann also sehr gut in den Raum reinhören.
Dann bei dieser Acht sieht man, dass ich in Richtung 0° und in
Richtung 180° am besten höre und in Richtung 90° und in Richtung 270°
gar nicht gut höre.
Und dazwischen nimmt die Empfindlichkeit zu, je näher ich an die 0°
bzw.
an die 180° rankomme.
Und wenn ich irgendwas geschickt mache, kann ich auch so
Richtmikrofone bekommen, die sehr gut in Richtung 0° hören.
Und im Idealfall würden die nur gut in Richtung 0° hören.
Aber durch physikalische Seitenbedingungen und durch
konstruktionsbedingte Bedingungen habe ich auch immer noch so
Nebenkeulen, die dann leider auch in die entgegengesetzte Richtung
immer noch ein bisschen hören, nach 180° oder auch nach links und
rechts.
Welche beiden akustischen Bauformen gibt es und wie resultieren daraus
diese beiden Charakteristiken?
Man unterscheidet, wie gesagt, die Druckmikrofone und die
Druckgradientenmikrofone.
Druckmikrofon ist im Prinzip so aufgebaut wie das menschliche Ohr.
Es gibt eine geschlossene Kapsel, da hängt eine Membran, die diese
Kapsel von der Außenwelt abtrennt.
Und jetzt kommt der Schall von außen drauf und drückt diese Membran
rein.
Und dieser geschlossene Raum, der hat noch ein ganz kleines Loch.
Also unten rechts in der Ecke von diesem Kasten.
Das entspricht der eustachischen Röhre beim Menschen.
Der dient einfach dafür, damit große Luftdruckschwankungen im
mittleren Luftdruck ausgeglichen werden.
Damit nicht, weil jetzt plötzlich ein Hochdruckgebiet durchzieht, die
Membran konstant nach innen eingebeult ist.
Oder wenn ein Tiefdruckgebiet durchzieht, dass die Membran nach außen
gebeult ist.
Sondern dass die bei keiner Veränderung des aktuellen Luftdruckes, die
Membran immer schön in einer neutralen Position ist.
Und Schall, bei Anwendung des Heugenschutzprinzips, der reißt schön um
solche Hindernisse herum.
Der reißt insbesondere auch um so eine Kapsel drumherum.
Das heißt, wenn jetzt eine Schallwelle von hinten kommt, von der
Seite, die der Membran abgelegen ist, dann reißt da die Schallwelle um
diese Druckkapsel herum und drückt mit gleicher Intensität auf die
Membran, als käme der Schall aus der Richtung, in der die Membran
liegt.
Sprich, so ein Druckmikrofon kreiert einem eine schöne
Kugelcharakteristik.
Der Grund dafür liegt daran, warum die Schallwelle da so schön drum
herumreißen kann, liegt daran, dass diese Größe der Druckkapsel im
Vergleich zur Wellenlänge der Schallwelle vernachlässigbar ist.
Das ist für die Schallwelle, die da ankommt, die hat so eine große
Wellenlänge, ob diese Kapsel da jetzt da ist oder nicht, das macht für
die keinen Unterschied.
Da wird auch nicht groß dran reflektiert an diesem Ding oder so, weil
es einfach im Vergleich zur Wellenlänge vernachlässigbar gleich ist.
Beim Druckgradientenmikrofon messen wir die Differenz des Schalldrucks
vor der Membran und hinter der Membran.
Und das macht man so, indem man die Membran im Prinzip frei im Raum
aufhängt.
Jetzt kann ich natürlich eine Membran nicht frei im Raum aufhängen.
Was ich halt mache, ist, ich nehme einen Drahtring und in diesen
Drahtring hänge ich die Membran rein und dann mache ich oben und unten
irgendwie so einen Stab, der die Membran aufhängt.
Aber diese Kapsel, die ich beim Druckmikrofon habe, die gibt es eben
nicht mehr.
Der Raum vor und hinter der Membran in alle Richtungen ist frei.
Und jetzt passiert halt Folgendes, die Schallwelle trifft wieder von
einer Seite drauf, reist um diese Membran drumherum und dieses
Drumherumreisen um die Membran kostet ein klein bisschen Zeit.
Und dementsprechend wird der Druck zu einem bestimmten Zeitpunkt vor
der Membran, sich von dem Druck hinter der Membran so lange
unterscheiden, bis der Schall drumherum gereist ist.
Und diese Differenz in Druck messe ich halt.
Wenn ich jetzt von der Seite, von seitlich auf die Membran drauf
treffe, dann ist diese Differenz, die der Schall braucht, um sowohl
vorne als auch auf der Rückseite der Membran zu sein, gleich null.
Weil der kommt nämlich genau auf der Seite.
Das ist so, als wenn ich von der Seite auf ein Blatt Papier
draufgucke.
Das heißt, wenn man anreist, kommt der zur gleichen Zeit vor der und
hinter der Membran an.
Das heißt, obwohl ich da eine beliebig laute Schallwelle habe, die da
anreist, besteht keine Druckdifferenz zwischen vorne und hinten und
die Membran wird eben nicht ausgelenkt.
Während wenn ich von der Seite der Membran komme, muss ich halt um die
Membran erst drumherum reisen und dann ist dieses Delta relativ groß,
das seitliche Delta, und damit messe ich dann auch entsprechend die
Druckdifferenzen im Schall besonders gut.
Und das gibt mir eben gerade diese seltsame Achtcharakteristik.
Dann gibt es noch so ein paar besondere Mikrofontypen.
Das eine hatte ich Ihnen schon gezeigt, das hängt nämlich da im
Hörsaal, das sind die Grenzflächenmikrofone.
Das sind diese Mikrofone, die unter der Decke hängen, die diese
Plastikscheibe brauchen.
Und da ist es so, dass der Mikrofonkörper Teil der Bauform ist, in der
Form, dass diese Druckkapsel auf einer Platte liegt und von dieser
Platte abgegrenzt wird, von dem Rest der Welt.
Und dadurch bekomme ich eine halbkugelförmige Charakteristik, weil
eine Schallwelle, die von hinten auftritt, die wird dann von der
Grenzfläche abgetrennt.
Die Grenzfläche ist dann so groß, dass sie nicht mehr vernachlässigbar
ist im Verhältnis zur Wellenlänge des Schalls und der Schall wird von
dieser Grenzfläche komplett wegreflektiert.
Damit bekomme ich erstmal so eine Halbkugelcharakteristik, plus ich
bekomme solche Effekte, dass ich zum Beispiel indirekten Schall vom
Mikrofon, von der Druckkapsel wegreflektieren kann, dass ich möglichst
nur den direkten Schall messe und weniger die Reverberation, plus dass
ich auch noch besonders gut dann die Schallquelle höre, weil unter
Umständen auch der Schall an so einer Fläche entlang reisen kann, der
direkte Schall, im Gegensatz zum nicht direkten Schall.
Und dann gibt es noch sowas wie ein Richtrohrmikrofon, das ist ein
Druckgradientenmikrofon, vor das man dann ein sogenanntes
Interferenzrohr vorgeschaltet hat.
Das ist ein physikalischer Teil, der versucht mit Interferenzen,
Schall, der von der Seite kommt, durch negative Interferenzen
wegzufiltern und nur noch Schall, der von vorne kommt.
Und das ist dann das typische Richtmikrofon, der hört genau in eine
Richtung, aber in keine andere Richtung.
Und jetzt muss man aufpassen, dieses klassische Richtmikrofon
verstärkt nicht den Schall.
Das ist nicht diese Salatschüssel, die Sie kennen, wo man eine
Parabolschüssel hat und in der Mitte der Parabolschüssel ist ein
Mikrofon und man verstärkt jetzt den Schall, indem man möglichst viel
Schall einsammelt und auf das Mikrofon leitet, sondern dieses
Druckgradientenmikrofon hört halt nur besonders stark in eine
Richtung, aber ohne den Schall zu verstärken und ohne die Intensität
des Schalls zu verstärken und hört schlecht in die andere Richtung.
Und deswegen ist es besonders gut geeignet, um entfernten Schall
wahrzunehmen, weil man halt diese Störgeräusche, die von der Seite
kommt, nicht aufnimmt und dann halt in diese eine Richtung besonders
stark verstärken kann.
Letztes Bauteil, das von Bedeutung ist und das für Sie wichtig ist,
ist der sogenannte Pop- und Windschutz.
Der dient dazu, um zum Beispiel mechanische Einflüsse wegzufiltern wie
Wind oder auch Atemgeräusche.
Wind kann man sich vorstellen oder modellieren als Schall mit einer
sehr niedrigen Frequenz.
Und bei Atemgeräuschen ist das genauso.
Wenn wir sprechen, atmen wir auch aus und induzieren auch
Atemgeräusche, die Schall einer sehr niedrigen Frequenz entsprechen.
Und insbesondere, wenn ich ein Druckgradienten-Mikrofon habe, dann
reagiert das aufgrund der Eigenschaften von Schall und der
Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Geschwindigkeit im Medium und
so weiter, die ist ja auch abhängig wieder von der Frequenz, also
Schall unterschiedlicher Frequenz, reist unterschiedlich schnell etc.,
sind Druckgradienten-Mikrofone insbesondere sehr empfindlich bei
niedrigen Frequenzen.
Die werden übermäßig stark betont im Signal.
Und niedrige Frequenzen habe ich bei Wind, bei Atemgeräuschen und dann
logischerweise bei solchen Sachen wie Plosivlauten oder bei Frikativen
und Affrikativen, die ja dem Atemgeräusch auch sehr ähnlich sind.
Und die Verwendung von einem mechanischen Filter in Form eines kleinen
Schaumstoffs, der halt so ein sehr filigranes Netzgewebe hat, den kann
ich verwenden, um diese niedrigen Frequenzen aufgrund ihrer
Wellenlänge, aufgrund ihrer sehr kleinen Wellenlänge rauszufiltern.
Das gibt es zum Beispiel dann in Form von so kleinen
Schaumstoffkügelchen, die aufgesteckt werden auf das Mikrofon.
Oder das gibt es auch als so eine Netzbespannung, das sieht man
manchmal im Studio.
Wenn man irgendwo einen Sänger im Studio sieht, dann hat der da ein
Mikrofon, das hängt da irgendwo und vor dem Mikrofon ist nochmal so
eine Nylonscheibe aufgehängt.
Und diese Nylonscheibe ist dann eben nichts anderes als dieser
Popschutz, der diese übermäßig starken niedrigen Frequenzen
herausfiltern soll.
Manchmal dient er auch noch dazu, wenn man da Sänger oder Sprecher hat
mit einer feuchten Aussprache, dann filtert der auch noch den Speichel
raus, der da so rausspritzt.
Aber eigentlich originär ist er dafür gedacht, um die niedrigen
Frequenzen runterzumachen.
Und bei ganz starkem Wind, was man da machen kann, ist, da kann man
mit Fell entsprechend arbeiten.
Dann wird das Mikrofon in einen mit Nylon gespannten Käfig gesteckt
und auf diesen Käfig kommt dann halt Fell drauf.
Und dieses Fell nimmt mechanisch die Energie des Windes auf und sorgt
dafür, dass es halt nicht mehr weitergeleitet wird an das Mikrofon.
Das kennt jeder, wenn irgendwo mal wieder über einen Hurrikan
berichtet wird, dann steht da der Meteorologe mit seinem Mikrofon und
der hat dann so einen riesengroßen Puschel da vor der Nase hängen.
Der wird dann in Fachkreisen auch immer als tote Katze bezeichnet.
Gut, das ist das, was ich Ihnen heute zum Thema Schall und Mikrofone
etc.
sagen wollte.
Nächste Woche bin ich dann wieder persönlich da, dann holen wir so ein
paar von den Audiodateien nach.
Und ich erkläre auch noch so ein paar andere kleinere Feinheiten zum
Hörverstehen.
Aber Sie wissen jetzt schon mal, wie Sie ein Mikrofon geeignet wählen
können, abhängig von der Aufgabe, für die Sie Spracherkennung bauen
wollen etc.
Und das kann man im Hinterkopf behalten, wenn Sie später mal
Spracherkennung betreiben wollen.
Es gibt kein besseres Verfahren, als dafür zu sorgen, dass
Spracherkennung kolossal schief geht, als dass man die Aufnahmetechnik
verhunzt und die menschliche Sprache falsch aufnimmt.
Da kann man noch so viel den tollsten Spracherkenner bauen und da viel
Zeit reinstecken, wenn man schon bei der Aufnahme blöde Fehler macht,
kommt am Ende immer nur noch Mist raus, egal wie gut man sonst ist.
Gut, damit sind wir heute ein bisschen früher fertig.
Ich hoffe, es hat trotzdem gefallen und wir sehen uns dann ab nächster
Woche wieder in Person.
Ihnen noch eine schöne Restwoche.