Also, wir waren letztes Mal dahin gekommen, dass wir uns nochmal
angeschaut haben, wie funktioniert der menschliche
Sprachproduktionsprozess, also welche physiologischen Prozesse, welche
Merkmale der Physiologie, welche anatomischen Bestandteile sind daran
beteiligt, wenn wir Sprache produzieren, und sind dann dazu
übergegangen, uns anzuschauen, was können wir denn mit dieser
Schallwelle, die wir hören, anstellen, um vielleicht die in Segmente
zu zerlegen.
Und sind darauf gekommen, dass Menschen scheinbar irgendwelche
Einheiten hören, irgendwelche Lauteinheiten.
Diese Lauteinheiten haben wir die Phone genannt und haben dann
angefangen, diese Phone weiter zu gruppieren.
Die erste Unterscheidung, die wir hatten, war die Unterscheidung
zwischen stimmhafter und stimmloser Sprache, also ob die Stimmbänder
schwingen oder nicht.
Die zweite Unterscheidung war die Unterscheidung in Vokale und
Konsonanten.
Vokale, Vokaltrakt offen, Luftstrom passiert mehr oder minder
ungehindert den Vokaltrakt.
Konsonanten, der Vokaltrakt ist geschlossen, der Luftstrom wird an
irgendeiner Stelle entscheidend eingeengt.
Und dann hatten wir uns angeschaut, dieses Schema der International
Phonetic Association, wie man Vokale oder Konsonanten beschreiben
kann.
Bei Vokalen immer stimmhaft, wichtig, Position der Zunge im Vertikalen
und im Horizontalen und die Form der Lippen.
Und das hatte zu diesem Trapez geführt, das wir das Vokalviereck
genannt hatten.
Und bei Konsonanten hatten wir gesehen, dass man zwischen Art und Ort
der Artikulation unterscheiden muss, also wo ist die Verengung und
welche Art ist die Verengung.
Und anders als Vokale können Konsonanten auch stimmlos sein.
Sie können stimmhaft sein, aber sie können auch stimmlos sein.
Und da haben wir dann so eine Tabelle aufgestellt, wo man Art und Ort
der Artikulation und dann die dritte Dimension, immer die Variable
stimmhaft, stimmlos als zwei Zeichen in einer Zelle aufgetragen hat.
Und auf die Art und Weise konnte man Phone klassifizieren.
Und wenn man jetzt noch die Sprache, die gesprochen wird, die Sprache,
nicht die gesprochene Sprache, sondern das abstrakte Konzept im Sinne
von es ist Englisch, Französisch, Spanisch etc.
Wenn man das jetzt noch mit hinein nimmt, waren wir ganz zum Schluss
zu dem Begriff des Vornehmens bekommen.
Und das Vornehmen ist dann nicht einfach die kleinste wahrnehmbare
Einheit, wo man meint, dass wir als Menschen Einheiten sehen, sondern
es ist die kleinste bedeutungsunterscheidende Einheit in gesprochener
Sprache.
Das heißt, um Vornehme definieren zu können, muss ich jetzt den Weg
weg von der Akustik hin zur Linguistik, zur Bedeutung gehen.
Und es gibt unterschiedliche Definitionen, wie man jetzt Vornehme
finden kann etc.
Im Prinzip die einfachste und eigentlich immer funktionierende
Funktion, ein Vornehmen zu identifizieren, ist die mittels eines
minimalen Paares.
Das heißt, ich suche zwei Wörter, die unterscheiden sich nur in einem
Fon, haben aber unterschiedliche Bedeutungen.
Und wenn ich so ein Wortpaar finde, Haus, Maus im Deutschen, dann weiß
ich, dass das Fon, in dem sie sich unterscheiden, in dieser Sprache
ein Vornehmen ist.
Wenn ich ein Fon verändere, zu einem anderen Fon wechsel, aber es
ändert sich nicht die Bedeutung des Wortes, dann sprechen wir von
Allophon.
Und das ist jetzt so eine Sache in der Linguistik, das klingt zwar
jetzt erstmal schön und gut und ja ganz klar definiert, aber wenn man
jetzt Linguisten, Phonetiker den Vornehmensatz einer Sprache
aufstellen lässt, dann hat das häufig das Problem, dass sich die
Linguisten, die Phonetiker nicht einig sind.
Dass man also drei Linguisten fragt und fünf Vornehmensätze bekommt.
Das hängt zum einen damit zusammen, dass es teilweise schwierig ist,
das zurunterliegende Fon zu finden und zu schauen, wie viel darf ich
das Fon noch verändern, um ein Allophon zu bleiben und ab wann ändert
sich sozusagen die Bedeutung des Wortes.
Wann komme ich in ein Fon rein, dass die Bedeutung des Wortes sich
geändert hat.
Das ist mit einer der Gründe, warum sich da Phonetiker nicht einig
sind.
Und das ist etwas, das macht es uns als Informatiker natürlich nicht
einfacher, weil wir werden hinterher eine harte Entscheidung treffen
müssen und da ist jetzt immer die Frage, worauf verlässt man sich und
da kommt häufig dann das ins Spiel, dass man halt guckt, okay, uns
interessiert nicht so sehr die Lehrbeinung der Phonetiker und wie die
jetzt miteinander streiten, sondern was uns interessiert ist das, was
hinterher für den Spracherkenner am besten funktioniert.
Das heißt, wir bauen uns unseren Phonemensatz so zusammen aus den
Informationen, die wir bekommen von den Linguistikern, so dass wir
hinterher einen Spracherkenner bekommen, der am besten funktioniert.
Ich hätte auch so ein bisschen was über so ein paar kuriose Sachen
gesagt.
Also es gibt nicht nur Konsonanten und Vokale, das ist so die grobe
Sicht und auch dieser Prozess, wo wir gesagt haben, Luft wird aus den
Lungen raus gepresst, durchläuft den Vokaltrakt und dann kommt vorne
Sprache raus.
Das ist in 95, 99 Prozent der Fälle richtig, aber es gibt immer mal
wieder Sachen, wo das nicht der Fall ist.
Dieses Verfahren, Luft wird rausgepresst, moduliert und dann gibt es
die Schallwelle, nennt sich pulmonische Sprache, kommt von den Lungen,
wird rausgepresst.
Es gibt aber durchaus auch Sprache, die nicht pulmonisch ist.
Da hatte ich diese Klicks, diese afrikanischen Klicks gesagt und ich
habe schon gesagt, es gibt zumindest zwei Unterscheidungen.
Man kann also die Luft entweder durch so einen Hohlraum der Zunge rein
saugen oder man kann einen Hohlraum mit Luft füllen mit der Zunge und
die Luft rausstoßen.
Das eine nennt man Injektiv, das andere Ejektiv.
Die können das aber dann noch, je nachdem wo man den Klick macht und
vielleicht wie lang, können die teilweise bis zu 80 unterschiedliche
Variationen machen, so wie wir Phoneme machen durch die Modellierung
des Luftstromes und das ist natürlich dann, wenn man die Sprache
lernen will oder auch erkennen will, extrem schwierig.
Dann gibt es etwas im Französischen zum Beispiel, das sehr
charakteristisch ist für das Französische, das sind die nasalen
Vokale.
Wir hatten gesagt, bei den Vokalen gibt es das Vokalviereck, für ein
Vokal bedeutend ist, wo die Position der Zunge ist und ob die Lippen
gerundet oder nicht gerundet sind.
Im Französischen kommt jetzt noch hinzu, ob der Vokal eventuell nasal
oder nicht nasal ist.
Das heißt, da hätte man sozusagen noch das Velum, das Gaumensegel als
zusätzliche Dimensionen, die uns da den Vokal verändern kann.
Und dann gibt es auch Sprachen, die sind tonaler Natur, das heißt, die
Grundfrequenz, die auf bestimmten Phonen liegt, wird variiert.
Und je nachdem, wie der Verlauf der Grundfrequenz auf den Vokalen, auf
den Silben aussieht, verändert sich die Bedeutung.
In den asiatischen Sprachen, zum Beispiel im Mandarin, ganz einfaches
Beispiel, ist auf jeder, auf jedem Vokal, den man hat, einer von fünf
Tonen.
Das kann der flache Ton sein, steigend, fallend, fallend und steigend,
steigend und fallen, oder auch eine neutrale, also ohne Betonung.
Und je nachdem, wie man jetzt, welchen der fünf Töne man wählt, wird
es eine andere Bedeutung.
Und dann kann man zum Beispiel im Chinesischen einfach mit der Silbe
Ma, dieses schöne Beispiel, formen, wo je nachdem, wie man
die Prosodie, den Verlauf der Grundfrequenz moduliert, kann man mit
der Silbe Ma einen ganzen Satz machen, wo die Silbe Ma jeweils vier,
fünf unterschiedliche Bedeutungen haben kann.
Das ist für Europäer natürlich extrem schwierig zu lernen, weil wir es
nicht gewohnt sind, bedeutungsunterscheidend nach dem Verlauf der
Grundfrequenz zu hören.
Das ist noch die einfache Variante.
Es gibt dann Sprachen, wenn man ins Kantonesische geht, ins
Vietnamesische geht man hoch sechs, acht verschiedene Töne.
Wenn man in die afrikanischen Sprachen geht, gibt es so fiese Sachen
wie, es gibt wieder steigender, fallender Ton, ändert die Bedeutung,
aber der ist nicht einfach auf das Wort bezogen, der ist auf ein
ganzes Segment, zum Beispiel auf einen ganzen Satz bezogen.
Da ist es dann so, dann kommt dann mal ein Tonwechsel, steigender Ton,
weil da eine Bedeutungsunterscheidung gemacht werden muss zwischen
zwei Wörtern.
Und dieser steigende Ton wird durchpropagiert durch den Rest des
Satzes.
Plötzlich sind auch alle anderen Töne, die kommen, steigen.
Und wenn dann mal wieder ein Ton kommt, wo man eine Unterscheidung
machen müsste und man bräuchte einen fallenden Ton, dann wird aus dem
steigenden Ton zum Beispiel nicht einfach direkt an der fallenden Ton,
sondern dann wird aus dem so ein abgeschwächter steigender Ton, nennt
man dann einen Downstep.
Und das ist natürlich extrem schwierig A zu hören und B erst mal
herauszufinden.
Also da sind Phonetiker und Linguisten sehr lange mit beschäftigt,
solche Sachen überhaupt herauszufinden, dass es diese Regeln gibt.
Da steht man halt völlig im Walde und hat jetzt nur aufgenommene
Sprache und kann sich vielleicht noch so Grundfrequenz und sowas im
Verlauf mal anschauen.
Aber jetzt muss man erstmal eine Regelmäßigkeit herausfinden und
solche Sachen sind natürlich dann extrem schwierig zu finden und
natürlich hinterher im Spracherkenner auch extrem schwierig zu
modellieren.
Warum das so ist, da kommen wir dann später drauf, wenn wir uns
anschauen, wie wir überhaupt jetzt diese Phonemfolge, aus der
menschliche Sprache aufgebaut ist, wie wir das ausnutzen können, um
damit hinterher Modelle im Spracherkenner zu bauen.
Bevor wir dahin kommen, haben wir jetzt immer noch den Weg
zurückzulegen.
Wir sind aus dem Mund, aus der Nase raus.
Wir produzieren eine Schallwelle und die müssen wir ja irgendwie in
den Rechner reinbekommen.
Das heißt, wir müssen diese Schallwelle messen.
Und damit wir diese Schallwelle vernünftig messen können, sollte man
sich natürlich erst mal überlegen, was macht Schall überhaupt, wie
breitet der sich aus und dann, was für Instrumente habe ich zur
Verfügung, um diesen Schall überhaupt zu messen.
Und wenn ich ihn dann gemessen habe, den in elektrisches Signal
gewandelt habe, dann kann ich mir Gedanken darüber machen, wie kann
ich dieses elektrische Signal in den Rechner bekommen und wie kann ich
es geeignet so bearbeiten, dass ich hinterher was bekomme, auf dem ich
vielleicht Spracherkennung betreiben kann.
Also Schall.
Vielleicht noch aus der Schule bekannt, deswegen nur so ein kurzer
Abriss.
Schall ist eine Welle, die sich in Gasen oder Flüssigkeiten
ausbreitet.
Das heißt, ich kann auch unter Wasserschall ausbreiten lassen, ich
kann ihn in der Luft ausbreiten lassen, in vielen unterschiedlichen
Medien.
Solange es ein Gas oder eine Luft oder eine Flüssigkeit ist, geht das
problemlos.
Schall kann sich aber auch durch Festkörper ausbreiten.
Ich kann auch durch einen Stahlblock Schall schicken.
Funktioniert jetzt in Gasen und Flüssigkeiten so, das ist keine Welle,
wie man das vom Seil kennt, die wird hier mal so schön als Sinus oder
was will, aufgetragen.
In Wirklichkeit ist es eine Welle, die in der Ausbreitungsrichtung
läuft, in dem Sinne, dass nicht irgendwie wie bei einer Wasserwelle
auf der Oberfläche die Wassermoleküle hoch und runter gedrückt werden,
sondern man kann sich das so vorstellen, dass die Luftmoleküle mal
mehr und weniger stark zusammengedrückt werden.
Sprich, über die Zeit hinweg an einer Stelle im Raum variiert der
Luftdruck.
Der Luftdruck an einer Stelle im Raum wird mal höher und mal geringer.
Und diese Änderungen des Luftdrucks über die Zeit hinweg machen halt
diese Longitudinalwelle aus, die sich so kugelförmig von einem
Ursprung im Raum ausbreitet.
Der Luftdruck wird gemessen, den man an einer Stelle hat, in Newton
pro Quadratmeter, also Kraft pro Fläche.
Newton pro Quadratmeter nennt man ein Paskal.
Wenn man sich das anschaut auf der Erde, so der durchschnittliche
Luftdruck auf normal 0 bei Standardtemperatur, ich glaube 18 oder 20
Grad Celsius, beträgt im Mittel so was wie 1013 Hektopaskal oder 101
.325 Paskal.
Früher nannte man das Hektopaskal auch Millibar, das ist die alte
Einheit.
Für Druck sieht man heute auch noch häufiger den Bar.
Also 1013 Millibar ist so im Ruhezustand im Schnitt der Luftdruck, die
man hat.
Und um diese 1013 Millibar an einer Stelle, um die wird dann herum
modelliert, der Luftdruck durch die Schallwelle, die ich aus dem Mund
rausdrücke.
Das heißt für uns interessant, um so eine Schallwelle aufzunehmen, ist
nicht so sehr der absolute Luftdruck, der jetzt am Mikrofon an unserem
Ohr herrscht, sondern uns geht es um dieses Delta, um das der
Grunddruck, in dem sich die Luft zurzeit befindet, aufgrund der allen
möglichen Einflüsse, hauptsächlich aufgrund der Schwerkraft, die die
Luft zur Erde so ranpresst.
Wie stark weicht also der Luftdruck an dieser Stelle von dem
eigentlichen Ruhedruck, wenn ich nichts höre, wenn kein Schall da
durchläuft, ab, wie groß ist dieses Delta.
Und dieses Delta misst man erst mal ebenfalls in Pascal.
Und jetzt kann man sich anschauen, wie groß ist dieses Delta.
Wenn man misst, wird man feststellen, dass der leiseste hörbare
Schall, den man hören kann, dieses Delta, das wir dann Schalldruck
nennen, also um wie viel weiche ich vom Ruhedruck ab, dass dieses
Delta bei circa 0,000001 Pascal liegt.
Das ist also, wenn ich bedenke, dass ich einen normalen Ruhedruck von
1013 Hektopascal habe, ist die Abweichung von diesem Ruhedruck, die
ich noch hören kann, minimal.
Und gleichzeitig ist es so, dass die Schmerzgrenze, also bis dahin, wo
ich noch Schall hören kann, ohne dass es mir wirklich weh tut, liegt
bei circa 63 Pascal.
Das heißt, diese Differenz von dem, was ich am leisesten noch hören
kann, und dem, was ich noch so gerade hören kann, ohne dass mir da das
Blut aus den Ohren läuft, ist circa 10 Milliarden mal höher als dieses
Leiseste, was ich hören kann.
Das heißt zwei Sachen.
Zum einen, die Abweichung um den Ruhedruck, den wir messen, kann sehr,
sehr gering sein, die wir messen müssen.
Und zum anderen ist, dass der Dynamikumfang, also der Umfang dessen,
der Werte, die ich werde messen müssen, zwischen noch gerade hörbar
bis viel lauter darf es jetzt nicht sein, der ist extrem groß, dieser
Dynamikumfang.
Wenn man sich Schall anguckt, kann man Schall darstellen als eine
Überlagerung von so Sinus-ähnlichen Wellen.
Das wird in der Mathematik recht ausführlich gemacht.
Das ist diese Fourier-Reihenzerlegung, die man da machen kann.
Das heißt, man kann mit einer Fourier-Reihenzerlegung ja jede
beliebige Funktion, auch diesen Wechsel in den Luftdruck, zerlegen in
eine Überlagerung von Sinus- und Kosinuswellen mit geeigneter
Phasenverschiebung und mit geeigneter Amplitude.
Und diese einzelnen trigonometrischen Funktionen, diese einzelnen
sinuiden Wellen, sind halt gekennzeichnet durch eine Frequenz f, also
wie häufig in der Sekunde macht die Sinuswelle den Nulldurchgang,
beziehungsweise eine Periode t, das heißt, wie lang ist die Zeitspanne
zwischen das erste Mal, dass ich von 0 nach oben gehe, bis dahin, dass
ich wieder das nächste Mal von 0 aus nach oben gehen werde.
Und gilt die Wechselbeziehung, Frequenz gleich im Kehrwert der
Periode.
Die Periode misst man in Sekunden, die Frequenz wird in Hertz
gemessen.
Ist insofern interessant für jeden Karlsruher Studenten, weil halt der
Herr Hertz, nachdem das Ganze benannt ist, wie wahrscheinlich bekannt
auch hier die elektromagnetischen Wellen damals an der Universität
Karlsruhe nachgewiesen hat.
Also insofern sollte jeder wissen, woher dieses Herz kommt.
Und wenn man mal in die Verlegenheit kommt, und das passiert
erstaunlicherweise sehr häufig, ob diese sogenannte
Bildungsinstitution denn jemals wirklich jemanden Berühmtes
hervorgebracht hat, dann sollte Heinrich Hertz da an erster Stelle
stehen.
Dieser Schall breitet sich jetzt mit einer bestimmten Geschwindigkeit
aus.
Diese Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit c, nennt man sie, und
die ist abhängig vom Medium.
Also in Wasser breitet sich Schall schneller aus als zum Beispiel in
Luft, und in Stahl breitet sich Schall auch noch mal länger aus,
schneller aus, als das im Wasser der Fall ist.
Die Wellenlänge, das heißt der physikalische Abstand zwischen zwei
Spitzen zum Beispiel in der Welle, in einem Medium, ergibt sich dann
logischerweise als Kombination aus dieser Geschwindigkeit und der
Frequenz, also wie häufig habe ich so eine Spitze durch die Frequenz,
also die Wellenlänge dementsprechend die Geschwindigkeit mit der sich
die Welle ausbreitet, geteilt durch die Frequenz.
l gleich c mal f, manchmal wird l auch lambda genannt, dann gilt zum
Beispiel auch dementsprechend c gleich f mal l, und aus irgendeinem
unerfindlichen Grund, wahrscheinlich weil wir einfach albern sind,
hatten wir in der Schule damals noch die Eselsbrücke Karl Fürth-Lamm
für c gleich f mal lambda.
Wie gesagt, wir waren damals albern.
Jetzt diesen Wechseldruck, wie kann man den messen?
Und den misst man, oder andersrum, diesen Schalldruckpegel, den ich
habe, diesen Druck, die Lautstärke, mit der etwas auf mich einhämmert,
ist ja irgendwie abhängig von dem Absolutdruck, den ich habe.
Und um das zu messen, nimmt man diesen Begriff des Schalldruckpegels.
Und der Schalldruckpegel ist abhängig vom Wechseldruck, also von der
relativen Veränderung.
Und es stellt sich heraus, dass bei so vielen Sachen eine
logarithmische Skala relativ günstig ist.
Und bei diesem Schalldruckpegel, um halt Lautstärke irgendwie gut
messen zu können, objektive Lautstärke gut messen zu können, hat man
gesagt, man setzt den Schalldruck ins Verhältnis zu irgendeinem
letztendlich willkürlich gewählten Referenzwert p0.
Und dann setzt man das Quadrat der beiden Werte zueinander ins
Verhältnis und nimmt daraus den Zehnerlogarithmus und multipliziert
das Ganze nochmal mit 10.
Oder alternativ kann man auch das Quadrat vorne rausziehen, dann nimmt
man den Zehnerlogarithmus und multipliziert das Ganze halt mit 20.
Das ist eine Definition des sogenannten Schalldruckpegels.
Es ist eine logarithmische Skala, um halt die Lautstärke nicht direkt
als Wechseldruck anzugeben, also als Delta, als absolutes Delta vom
Grundwert, sondern etwas, was dem natürlichen Hörverständnis
vielleicht eher kommt und was diesem extrem hohen Dynamikumfang halt
auch Rechnung trägt.
Dadurch, dass ich diesen extrem hohen Dynamikumfang habe, kann ich mit
einer logarithmischen Skala eher mit kleineren Werten rechnen.
Und dieses p0 hatte man ursprünglich definiert als einfach 2 mal 10
hoch minus 5 Pascal.
Warum hat man das so gedacht?
Man hat gedacht, dass 2 mal 10 hoch minus 5 Pascal der Wechseldruck
ist, bei dem bei einer Frequenz von einem Kilohertz, bei einer Welle
von einem Kilohertz Frequenz, dass da die Hörschwelle liegt.
Das heißt also, dass das der mindeste Wechseldruck sein muss, den eine
1 -Kilohertz-Welle hat, der Messer Mensch sie überhaupt hört.
Später hat man festgestellt, dass man das falsch gemessen hat und dass
es in Wirklichkeit irgendwo anders liegt.
Nichtsdestotrotz hat man p0 dargelassen.
Das Ganze wird gemessen in Dezibel.
Die Maßeinheit des Schalldruckpegels ist Dezibel.
Und jetzt muss man ein bisschen aufpassen, je nachdem wo man liest.
Und wenn man guckt, sieht man manchmal auch diese Bezeichnung DWA,
steht dann für Dezibel-Audio.
Und das bedeutet im Prinzip nichts anderes als wie diese Definition.
Man kann sich ja jederzeit eine andere Dezibel-Skala herbasteln, indem
man dieses p0 variiert.
Und zum Beispiel, was das, was jetzt für Schallwellen sinnvoll ist,
das muss ja nicht notwendigerweise sinnvoll sein, wenn ich
irgendwelche anderen elektromagnetischen Wellen nehme.
Aber für alle das, was uns interessiert, ist diese DWA.
In der Regel das, was wir brauchen, diese Definition des Dezibels.
Wenn man sich das halt jetzt anschaut, diese 0 Dezibel sind ungefähr
der Referenzwert p0.
Wie gesagt, eigentlich ein bisschen vermessen, weil man sieht da
schon, der leiseste hörbare 1 Kiloherzton, der ja eigentlich p0 sein
sollte, der ist in Wirklichkeit bei 6 Dezibel.
Dann gibt es stille Nacht, schon sowas wie 20 Dezibel.
Wenn ich leise flüstere, komme ich auf 25 Dezibel.
Und dann wird es immer lauter Kühlschrankbrummen, leises Sprechen,
normale Unterhaltung.
Und diese normale Unterhaltung, das ist ein interessanter Wert für
uns, 65 Dezibel.
Also bei einem Schalldruckpegel von 65 Dezibel, das ist was, was
normalerweise menschliche Sprache hat.
Jetzt könnte man sagen, das sollte uns ja eigentlich egal sein, ob wir
ein leises Flüstern oder ein Schreien erkennen oder ein lautes
Sprechen erkennen wollen.
Diese 65 Dezibel werden aber hinterher nochmal eine Bedeutung
bekommen, wenn ich mich an die Digitalisierung des Signales mache.
Da werden wir nochmal drauf zurückkommen.
Und dann wird es immer lauter, typischer Lärm, 80 Dezibel, dann
richtige laute Schreien, 100 Dezibel.
Und im Prinzip alles was lauter ist, dann verlassen wir schon
definitiv den Bereich der menschlichen Sprache.
Und dann haben wir halt Pressluft, haben wir Flugzeug startet bis hin
zum Raketenstart, wobei man schön sieht, dass der Raketenstart und der
Gewehrschuss liegt genauso an der Schmerzgrenze.
Das heißt, wenn man ein Gewehr abschießt, dann ist das verdammt,
verdammt, verdammt laut.
Deswegen ist das in den ganzen Actionfilmen auch immer so lächerlich,
wenn die da mit ihren Gewehren sitzen und wie die Weltmeister
rumballern und sich danach normal unterhalten.
Wenn man das nämlich in der Praxis macht und ein Gewehr abschießt und
trägt jetzt keinen Gehörschutz, dann hört man danach nicht mehr so
wirklich gut.
Dann dauert es eine Weile, bis man wieder was hört.
Deswegen tragen Soldaten oder sowas tragen in der Regel eigentlich
immer Gehörschutz, damit die nicht komplett taub werden.
Und wie gesagt, Raketenstart, dann blutet es einem praktisch aus den
Ohren, wenn man daneben stehen würde, wenn man sowieso nicht verkohlt
wird, mal abgesehen davon.
Wichtig ist dabei zu beachten, das Ganze ist eine logarithmische
Skala, also nur weil etwas doppelt so groß ist, heißt das nicht, dass
das dann doppelt so hohen Schalldruckpegel hat, sondern hat viel,
viel, viel, viel mehr größeren Schalldruckpegel.
Zusätzlich zum Schalldruckpegel kann man sich jetzt auch noch um die
Schallenergie kümmern.
Und um zu der Schallenergie zu kommen, macht man so eine Art
Modellannahme.
Man hat ja den Luftdruck.
Da werden irgendwo in einem Raum, kleinen Bereich, wird Luft zudammen
gedrückt und auseinandergepresst.
Das ist wechselnder Luftdruck.
Das heißt, Luftheilchen werden zusammengepresst und
auseinandergepresst.
Und wenn man das jetzt runter bricht auf ein einzelnes Luftheilchen,
kann man folgendes Gedankenexperiment machen.
Man tut einfach so, als wäre dieses Luftheilchen, das hätte einen Ort,
da ist so ein kleiner Stab, und das Luftheilchen ist mit einer Feder
an dem Stab angebracht.
Und durch diesen wechselnden Luftdruck wird das Luftheilchen halt
ausgelenkt mit so einer Feder und wieder zurückgezogen und dann lenkt
es in die andere Richtung aus.
Und dann schwingt das so hin und her um seinen Platz.
Und wenn man das hat, und man will jetzt nach Energie gucken, hat man
zwei Sachen, die man betrachten muss.
Das eine ist die Bewegungsenergie, die im Teilchen steckt, also das
hat eine bestimmte Geschwindigkeit.
Und das andere ist die potenzielle Energie, die in dieser fiktiven
Feder steckt, die da durch das Teilchen gespannt sitzt.
Das heißt, es hat diese kinetische Energie und es hat die potenzielle
Energie.
Und wenn man da jetzt ein bisschen rumrechnet, dann kommt man dazu,
dass die kinetische Energie, die diese Luftheilchen besitzen, dass
die, wenn man umgekehrt proportional ist zum Abstand, zum Quadrat des
Abstandes von der Schallquelle.
Das heißt, wenn ich von einer Schallquelle weggehe, die sendet eine
Schallwelle aus mit einer bestimmten Schalldruckpegel.
Je weiter ich weggehe, desto kleiner wird der Schalldruckpegel, den
ich messe.
Wenn man das auf das Energie dieser Teilchen bezieht, dann fällt diese
Energie der Teilchen mit dem Quadrat vom Abstand ab.
Das Interessante ist, dass der Druck, die Druckänderung, dieses
Druckdelta, nur linear mit dem Abstand abfällt.
Das heißt, wenn ich mich sozusagen darum kümmere, Druck zu messen, die
Veränderungen des Druckes zu messen mit meinem Gerät, mit dem ich
Schallwellen messen will, dann bin ich linear, bin ich empfindlicher,
wenn ich den Druck messe, in Abhängigkeit von der Entfernung, als wenn
ich das Ganze daran messe, dass ich gucke, wie hoch ist denn die
Schallenergie, die die Teilchen haben.
Dann fällt nämlich da der Wert quadratisch ab.
Das kann man sich halt nochmal anschauen, dann entsprechend auch an
der Schallfläche.
Die Schallfläche ist halt das, ich habe eine Quelle und dann breitet
sich diese Schallwelle aus und diese Schallwelle kann man sozusagen
gleiche Werte der Schallenergie oder auch des Schalldruckpegels sich
als Kugel anschauen.
Und die Oberfläche dieser Kugel, die wächst halt quadratisch.
Wenn ich also die Entfernung von der Schallquelle verdopple, dann wird
diese Schallfläche, Bereiche gleicher Schalldruckpegels, Bereiche
gleicher Schallenergie, wird die halt nicht verdoppelt, sondern
vervierfacht sich.
Und man kann diese Fläche, diese Schallfläche, gleiche Bereiche kann
man einsehen als gleiche Bereiche der Schallenergie.
Während beim Schalldruck, wenn man das daran festmacht, das Ganze eben
nur zweifach wachsen würde.
Diese Schallwelle trifft jetzt durch den Raum und wenn man sich jetzt
überlegt, was kann ich machen, um diese Schallwelle im Rechner zu
verarbeiten, ist das Erste, was man machen kann, wir schauen uns an,
wie der menschliche Körper das macht.
Und wir hatten in dieser einen Übersichtsfolie schon gesehen, sich
anzuschauen, wie Sprachproduktion funktioniert, scheint sehr sinnvoll
zu sein, weil dann wissen wir, wie das Signal aussieht, das wir im
Rechner verarbeiten müssen.
Sich anzuschauen, wie das der Mensch macht, kann sinnvoll sein, muss
aber nicht sinnvoll sein, weil durchaus der Rechner ist halt kein
Mensch und kein biologisches Wesen, ist vielleicht sinnvoll, dass der
das anders macht.
Plus wir wissen auch nicht so alles wirklich, was bei der
Spracherkennung passiert.
Nichtsdestotrotz ist es trotzdem sinnvoll, das was wir verstehen, dass
man sich das mal anguckt, um vielleicht davon auch so ein paar Ideen
abzuleiten, was man vielleicht machen könnte.
Und wenn man sich jetzt erstmal nur das rein mechanische anschaut, was
das menschliche Gehör macht, dann kommt man hier zum Gehör.
Da trifft die Schallwelle drauf und durch diesen Apparat wird daraus
hier ganz am Ende ein elektrisches Signal gemacht, das dann den
Hörnerv hochwandert.
Und was da mechanisch passiert ist, als erstes habe ich die
Ohrmuschel, die fängt diese Schallwelle ein und leitet diese
Schallwelle in den äußeren Gehörgang.
Also hier ein großer Teller fängt die Schallwelle ein, leitet die
dahin und ich treffe dann auf das Trommelfell.
Das Trommelfell ist eine Membran, die wird durch die Schallwelle in
Schwingung versetzt.
Diese in Schwingung versetzte Schallwelle wird im Mittelohr durch drei
Knöchelchen wie in einem Getriebe übersetzt.
Da werden also durch diese Membran, durch das Trommelfell, werden drei
Knöchelchen, die ineinander greifen, ebenfalls in Schwingung versetzt.
Das ist sowas wie ein mechanischer Verstärker, wenn man das so will.
Und dieses ist letztendlich eine Art Getriebe.
Und diese Knöchelchen, die schlagen dann hier auf das sogenannte ovale
Fenster.
Das zu dieser Struktur des Innenohrs, der Gehörschnecke und der
Bogengänge gehört.
Und was muss man sich das vorstellen?
Diese Gehörschnecke mit den Bogengängen, die ist mit einer Flüssigkeit
gefüllt.
Dementsprechend ist das ovale Fenster auch flüssigkeitsdicht, genauso
wie hier das runde Fenster.
Und an diesem ovalen Fenster sitzt wieder eine Membran, nicht im
Sinne, dass sie durchlässig ist, sondern halt eine Membran, die
beweglich ist, aber wasserdicht.
Und die Knöchelchen sind da dran gebunden und übertragen wieder diese
Bewegung, in die sie gesetzt werden, übertragen die auf dieses ovale
Fenster.
Und das setzt dann letztendlich die Flüssigkeit in der Gehörschnecke
in Gang.
Das heißt, wir haben hier schon mal einen Medienwechsel.
Schallwelle wird übertragen in mechanische Bewegungen.
Die mechanischen Bewegungen werden wieder übertragen in eine Welle in
Flüssigkeit.
Und dann durchläuft das Ganze hier die Gehörschnecke und wird über
einen geeigneten Mechanismus hier übertragen auf den Hörnerv.
Dieses Trommelfell ist mehr oder weniger luftdicht, so im Groben und
Ganzen.
Das heißt, hier kommt drauf, dieser äußere Schall ist letztendlich von
dem hier innen vom Druck her abgetrennt.
Genauso ist die Gehörschnecke im Groben und Ganzen mehr oder minder
dicht und eigentlich abgetrennt vom Schall und insbesondere vom
äußeren Luftdruck.
Jetzt hatten wir gesagt, wir haben einen mittleren Luftdruck von 1013
Millibar Hektopascal.
Jetzt ändert sich ja der Luftdruck.
Hier kommt ein hochdruckiger Gebiet, dann ist es hoher Luftdruck,
kommt ein Tiefdruckgebiet, ist niedriger Luftdruck.
Das heißt, dieser hohe Luftdruck ist nicht konstant.
Wenn ich auf den Berg klettere, wird er deutlich geringer.
Wenn ich runtergehe unter Wasser, wird er deutlich stärker.
Das heißt, zum Beispiel diese Membran, selbst wenn da keine
Schallwelle ist, sondern ein Ruhedruck, ist mal einem größeren oder
mal einem kleineren Druck, Ruhedruck ausgesetzt.
Wenn das jetzt hier drinnen abgeschlossen wäre und ich hätte hier
draußen einen großen Luftdruck, hohen Luftdruck, dann würde diesem
Membran nach innen sozusagen durch reingedrückt.
Und wenn ich es übertreibe, wird sie irgendwann platzen, weil
irgendwann wird die Kraft so stark drauf sein, dass sie das halt nicht
mehr aushält.
Das wollen wir natürlich nicht.
Deswegen gibt es hier Druckausgleichmechanismen.
Hier dieses Innenohr ist nicht hermetisch von der Außenwelt
abgeriegelt, sondern hier über die eustachische Röhre, die sogenannte
Ohrtrompete, mit dem Rachenraum verbunden, sodass also hier ein grober
Luftdruckausgleich stattfinden kann, der aber nicht in Beziehung
stehen darf zu der Schallwelle, die da reinkommt.
Was würde denn passieren, wenn sozusagen dieser Luftdruckausgleich
genau in Beziehung zu der Schallwelle steht?
Dann wird das Ding nicht schlucken, weil dann wäre ja von der einen
Seite genauso viel Druck wie von der anderen Seite, wenn sich also
diese Schallwelle sofort ausbreiten würde.
Das heißt, eigentlich darf ich so einen Druckausgleich nicht permanent
haben, sondern der darf eigentlich nur dazu dienen, dass man langsam
und über lange Zeit hinweg diesen sich langsam verändernden
Ruhrdruckausgleich ausgleicht.
Und das geschieht eben darüber, dass man das dann über den Rachenraum
macht, mit Hilfe dieser eustachischen Röhre.
Das ist etwas, das Ding werden wir hinterher auch in einem Mikrofon
wiederfinden.
Es gibt Mikrofone, die sowas auch haben.
Und dann hier das ovale Fenster hat genau das gleiche Problem.
Wenn ich halt mal von außen starken Druck habe, dann ist es starker
Druck auf das ovale Fenster und wenn ich kleinen Druck habe, ist es
kleiner Druck.
Jetzt kann ich nicht einfach immer den Flüssigkeitsdruck so ohne
weiteres Problemlos ändern, aber ich kann über dieses ovale Fenster so
einen kleinen Ausgleich schaffen, dass mir also da oben nicht dann das
ovale Fenster eingedrückt wird, wenn ich von draußen einen ganz hohen
Ruhrdruck habe.
Also, das ist im Prinzip das Große und Ganze, was ich schon gesagt
habe.
Diese drei Knöchelchen heißen Hammer, Amboss und Steigbügel, einfach
weil die so ähnlich aussehen wie diese Geräte und sorgen halt dafür,
dass das übertragen wird.
Und dann habe ich in der Gehörschnecke, diese Flüssigkeit, die wird in
eine Schwingung versetzt.
Und die Frage ist ja jetzt, wie wird aus dieser Schwingung der
Flüssigkeit letztendlich mein elektrisches Signal?
Und ich habe hier Flüssigkeit, die in einem geschlossenen System ist.
Das ist im Prinzip wie so eine Röhre, die zur Schnecke aufgebunden
ist.
Die ist hinten dicht und vorne wird eine Welle reingegeben.
Und dann entsteht in dieser Flüssigkeit eine sogenannte stehende
Welle.
Abhängig davon, welche Frequenz, sind dann die stehenden Wellen an
unterschiedlichen Stellen.
Das heißt, ich habe da nicht mehr so eine Longitudinalwelle, wie in
der Luft, die dann immer hoch und runter läuft, sondern ich habe eine
Welle, die still zu stehen scheint, die sich in dieser Flüssigkeit
nicht mehr ausbreitet.
Das heißt, ich habe jetzt, wenn ich eine konstante Frequenz im Schall
anbringe, die reißt durch den Raum und plötzlich habe ich jetzt in der
Gehörschnecke ein Stück Flüssigkeit.
Da ist sozusagen ein statisches Foto dieser Schallwelle.
Die hat auch die Kämme und die Täler, die normale Schallwelle, aber
die breiten sich im Raum nicht mehr aus, sondern die scheinen in
dieser Flüssigkeit still zu stehen.
Das heißt, ich könnte jetzt sozusagen an unterschiedlichen Stellen die
abfotografieren in der Art und Weise.
Was aber passiert ist, dass also diese stehende Welle bedeutet, dass
es in unterschiedlichen Teilen dieser Flüssigkeit, die Flüssigkeit
unterschiedlich stark vibriert, unterschiedlich stark hin und her
schwingt.
Und je nachdem, was ich draußen für eine Frequenz anlege, ist an einer
anderen Stelle in der Gehörschnecke die Flüssigkeit in Schwingung, in
starker Schwingung.
Und jetzt misst die Gehörschnecke sozusagen, an welcher Stelle ist
denn jetzt diese starke Schwingung, in die ich da versetzt wurde.
Und das machen die Haarzellen.
Und das funktioniert so, das ist ein bisschen schwierig zu sehen, ich
werde nochmal versuchen, ein bisschen noch zu machen.
Das hier ist innen.
Was man jetzt gemacht hat, die Gehörschnecke hat man so einmal
durchgeschnitten und wir gucken uns jetzt so einen Durchschnitt der
Gehörschnecke an.
Da oben und da unten, das ist mehr oder weniger Wasser und da sind
solche Haarzellen.
Und jetzt, wenn man das in der Schule gelernt hat, denkt man immer
noch, ja, da stehen halt in der Gehörschnecke an der Wand stehen da so
Haarzellen und wenn das Wasser schwingt, dann schwingen die
Haarzellen, weil die stehen da ja im Wasser, werden hin und her
bewegt.
So ganz ist es nicht, sondern was passiert ist, dass durch die
Schwingung des Wassers nochmal eine Membran in Schwingung versetzt
wird und diese Membran ist an den Spitzen der Haarzellen mit den
Haarzellen verbunden und die Haarzellen selber stecken unter jeweils
in ihren Neuronen drin.
Und dann wird diese Membran so ein bisschen hin und her verschoben und
weil da die Härchen halt oben dran kleben, werden die Härchen mit hin
und her gezogen und dann feuert unten die Haarzelle.
Und wie gesagt, durch diese Umwandlung in eine stehende Welle sind
unterschiedliche Bereiche in der Hörschnecke halt bei
unterschiedlichen Frequenzen, die vorne angelegt werden, aktiv.
Und jetzt ist es halt auch nicht so, das muss man auch bedenken,
früher, wenn man, was weiß ich, nach der Schule, dachte ich noch,
naja, die Härchen, die schwingen entweder schnell oder langsam und
wenn sie schnell schwingen, dann weiß ich, ist eine hohe Frequenz und
wenn sie langsam schwingen, ist eine niedrige Frequenz.
Das ist nicht so, sondern es kommt darauf an, welche Härchen an
welcher Stelle schwingen, ob es eine hohe und eine niedrige Frequenz
ist.
Und ob die stark ausgelenkt werden oder ob die weniger stark
ausgelenkt werden, hängt damit zusammen, wie viel Energie jetzt diese
Frequenz hat, sprich wie laut das in der Art und Weise ist.
Und jetzt kann man ja die Vorstellung haben, ist ja super, so ein
Härchen kann wahrscheinlich merken, ob es stark oder weniger stark
ausgelenkt wird und dann feuert es halt stärker oder weniger stark.
Unglücklicherweise ist das nicht so, sondern in der Praxis sieht das
so aus.
Wenn man sich so eine einzelne Haarzelle anschaut, wenn es um das
Feuern geht, ist die im Prinzip binär.
So eine Haarzelle hat eine gewisse Ladung, hat sich aufgeladen und
jetzt wird das Ding angestoßen und dann feuert es seine Ladung ab.
Und es ist völlig egal, ob ich die Haarzelle stark anstoße oder
weniger schwach anstoße, sie feuert letztendlich immer die gleiche
Ladung aus.
Das ist eine binäre Sache.
Die Haarzelle sagt nur, ich wurde gestupst.
Feuer.
Und nachdem sie gefeuert hat, muss die Haarzelle sich wieder aufladen.
Die Frage ist jetzt, was passiert, wenn während dieses
Aufladeprozesses das Hähnchen wieder angestupst wird?
Passiert dann das hier?
Nein, das passiert unglücklicherweise nicht, sondern damit so eine
Haarzelle feuern kann, braucht sie ein Minimalniveau.
Und erst, wenn es dieses Minimalniveau wieder erreicht, wenn es dann
angestupst wird, dann geht es wieder runter.
Kann sie wieder laden, geht wieder runter, wird angestoßen, wird
angestoßen, passiert nichts, passiert nichts, passiert nichts, wird
angestoßen und wird wieder gefeuert.
Und das fiese ist, diese Ladezeit ist deutlich länger als so die hohen
Frequenzen, die wir hören.
Das heißt, so eine Haarzelle wird sozusagen deutlich häufiger,
schneller angeregt, als sie nachladen kann.
Deswegen ist das, was da in der Cochlea passiert, viel komplizierter,
als wir uns das so im menschlichen Modell, in der Naivität vorstellen.
Deswegen reicht es sozusagen, können wir auch nicht niedrig, beliebig
genau Frequenzen auflösen.
Man könnte ja sagen, ja, die Haarzellen, die sind ja ganz, ganz fein
über diese verteilt, dann müssten wir ja ganz genau, fein in der Lage
sein, zu sagen, welche Frequenz im Augenblick aktiv ist.
Und gerade bei den hohen Frequenzen ist natürlich das Problem, wenn so
ein Ding mal gefeuert hat, dann dauert es eine Weile.
Und dann wird man als Mensch ja glauben, ah, Frequenz da, ne, Frequenz
nicht da.
Und in Wirklichkeit ist die Frequenz da und die Haarzelle ist erstmal
dabei zu laden.
Sondern was man sich dann anschaut, was das Gehirn verarbeitet, sind
so größere Areale in der Cochlea, wo so ein Teppich von feuernden
Haarzellen ist, die irgendwie wild, unsynchron feuern, je nachdem
wann, wie sie angerichtet wurden.
Und das gibt irgendwie so komplizierte, komplexe Muster, die dann den
Hörnerv hoch gemeldet werden und die dann weiter oben, entsprechend
durch den Hörnerv und durch den Auditory Pathway, den Pfad in das
Gehirn hoch verarbeitet werden.
Und diese Anatomie und diese Umsetzung des Schalls in elektrische
Signale führt zu gewissen Effekten.
Und da kommen wir dann in den Bereich der Psychoakustik.
Zum einen können wir nachweisen, dass Menschen nicht alle
Frequenzbereiche gleich gut auflösen.
In niedrigeren Frequenzen können wir eine leichtere, bessere Auflösung
von Frequenzen machen als in hohen Frequenzen.
Das bedeutet insbesondere, dass wenn ich zwei Frequenzen habe, müssen
die einen gewissen Mindestabstand haben, dass ich sie als zwei
unterschiedliche Frequenzen wahrnehmen kann.
Man nennt das die kritische Bandbreite.
Und im tiefen Bereich ist diese kritische Bandbreite geringer als im
hohen Bereich.
Und das hängt unter anderem mit diesem Effekt zusammen, dass man da
oben halt nicht so schnell nachladen kann, wie man eigentlich
bräuchte.
Dann, wenn ich Frequenzen habe, die ganz wild an- und abgeschaltet
werden und auch sich bestimmt überlagern, dann kann das passieren,
dass ich ab einer bestimmten Periode und ab einem bestimmten Rhythmus
von Frequenz da, von Frequenz ist nicht da, Frequenz da, ist Frequenz
nicht da, ich nicht mehr einen Rhythmus wahrnehme, so wie eine
Trommel, die geschlagen wird, also Ton da, Ton nicht da, sondern
irgendwann wird dieses Anschalten-Frequenz-Ausschalten von der
Frequenz, wenn ich das nur schnell genug mache, dahin gehen, dass ich
nur noch einen Dauerton höre werde, der aber nicht unbedingt dieser
Frequenzton ist, den ich höre, die Frequenz dieses Tones ist, die ich
da schnell an- und abschalte.
Dann passiert es auch, dass unser Lautstärken-Empfinden, das Ton-Höhen
-Empfinden, das wir haben, hängt nur ungefähr mit der Frequenz
zusammen.
Also nur, weil ich eine Frequenz verdopple, heißt das nicht, dass ich
als Mensch höre oder denke, dass das jetzt eine Frequenz ist, die
doppelt so hoch ist, dass der Ton doppelt so hoch ist.
Deswegen ist menschliches Ton-Höhen-Empfinden nicht direkt korreliert
mit der Frequenz.
Er ist zwar in einer gewissen Art und Weise korreliert, aber die
Korrelation ist sehr, sehr komplex.
Es ist also nur so ein ungefähres Empfinden der Frequenz.
Dann kann es mir passieren, sogenannte Maskierung, dass leise Töne,
die nahe in der Frequenz an einem lauten Ton liegen, ausgeblendet
werden.
Wenn die Töne beide gleich laut wären, hätten sie noch eine kritische
Bandbreite, könnte ich sie als separate Töne hören.
Aber wenn ich jetzt den einen Ton ganz laut mache, dann höre ich den
anderen Ton plötzlich nicht mehr, weil halt durch die mechanische
Verstärkung und das Feuern da Sachen überdeckt werden.
Und das Ganze kann ich machen, während zwei Töne gleichzeitig sind und
der eine ist laut und der andere ist leise und sie liegen zu nah
beieinander.
Das kann ich aber auch in der zeitlichen Weise machen.
Ich kann also erst mal einen sehr lauten Ton einer bestimmten Frequenz
geben, den abschalten und darauf lasse ich einen leisen Ton in der
Nähe dieser Frequenz folgen und ich werde diesen Ton eine gewisse Zeit
lang nicht hören können.
Das dauert eine gewisse Zeit, bevor ich diesen Ton dann auch überhaupt
hören werde.
Aber eine Oktave ist eine Verdopplung.
Jetzt können wir mal die Frequenz 1,1-fach höher machen.
Und das kann man als Mensch dann nicht mehr hören.
Und auch eine Oktave gibt es wenige, die ein absolutes Gehör haben,
dass sie das wirklich genau hören können.
Und wie gesagt, eine Oktave ist eine Frequenzverdopplung, also schon
ein ziemlich hoher Abstand.
Und das funktioniert auch nicht in allen Frequenzbereichen.
Also man kann ein A, wenn ich das verdopple, und dann zum
eingestrichenen Akkorde, das kann ich hören.
Wenn ich das mit einem sehr, sehr tiefen Ton mache, der jetzt also für
die Musik oder so sehr uninteressant ist, geht das besser, als wenn
ich das zum Beispiel für einen sehr, sehr hohen Ton mache, der jetzt
mit den normalen Grundtönen nichts zu tun hat.
Deswegen es ist so ungefähr, aber nicht richtig.
Und wie das ist, was man sich zum Beispiel anschauen kann, ist die
Frequenzantwort jetzt nur der Cochlea, dieser Hörschnecke, der
Basilarmembran.
Und das ist hier mal gemessen worden an einer Katze.
Da kann man sowas machen, beim Menschen darf man es nicht.
Was man da gemacht hat, ist, man hat bestimmte Bereiche in der Cochlea
gemessen, wie stark sprechen die an, wenn ich jetzt einen Ton einer
bestimmten Frequenz reingebe.
Und jede schwarze, solide Linie entspricht einem Bereich in der
Membran, einer Stelle in der Membran.
Und dann ist man halt immer weiter hochgegangen an den Stellen und hat
geguckt, wie stark sprechen die auf welche Frequenzen an.
Und dann hat man ganz viele Frequenzen reingegeben von 100 Hertz bis
10 Kilohertz und hat mal geguckt, wie stark spricht jetzt der Bereich
an.
Und dann sieht man, dieser eine Bereich spricht halt nicht nur bei 120
Hertz an, sondern der spricht im ganzen Bereich zwischen 100 Hertz und
800 Hertz, oder was sind das, 600 Hertz ungefähr an.
Der ist also in dem ganzen Bereich aktiv.
Er ist mal stärker und mal weniger aktiv, je nachdem, welche Frequenz
jetzt anliegt.
Und dann sieht man, geht das immer weiter.
Und was man so sieht, wenn man sich die Linien anguckt, die weiter
hinten liegen, die werden immer breiter.
Das heißt, die Linien, die besonders stark bei hohen Frequenzen
ansprechen, die werden im Laufe der Zeit immer breiter.
Das heißt, die sprechen auf ein viel größeres Frequenzspektrum an, als
die Bereiche, die für die niedrigen Töne zuständig sind.
Und das Ganze ist auch nur so ungefähr eine Glocke.
Gerade wenn man sich so diese hohen anschaut, die gehen hoch, dann
gehen sie mal wieder runter und dann gehen sie ganz hoch bis zu der
Stelle, wo sie am meisten ansprechen und wieder runter.
Und jetzt ist es natürlich schwierig, für diesen Bereich zu
unterscheiden, war das jetzt ein mittelmäßig lauter Ton, genau in
dieser Frequenz, wo ich am meisten anspreche, oder war es vielleicht
ein leiser Ton in der Frequenz.
Oder war es halt ein lauter Ton in der Frequenz, wo ich nicht so stark
anspreche.
Das kann man hinterher an der einzelnen Haarzelle nicht mehr
rauslesen, sondern nur aus der Kombination aller Muster, die sich da
auf der Hörschnecke abbilden, kann man dann versuchen, davon wieder
abzuleiten, welche ursprüngliche reine Frequenz war es denn, die da
reingekommen ist.
Anhand dieser Art Filterbänke, die dann hinterher ein komplexes,
hochdimensionales Signal ausmachen, kann man schon erahnen, so richtig
gut kann das Ohr gar nicht als absoluter Frequenzmesser dienen.
Da kommen wir da in Schwierigkeiten rein.
Und das Gleiche gilt auch für das Lautstärkeempfinden.
Wir haben den Schalldruckpiegel als objektives Maß der Höhe des
Wechseldrucks und wir haben etwas, was wir als Lautstärkeempfinden
ansehen.
Und was man da mal gemacht hat, ist, man hat ganz vielen Menschen Töne
vorgespielt, unterschiedlicher Frequenz und von unterschiedlichen
Schalldruckpiegeln.
Und die Menschen sollten einordnen, auf einer Skala sozusagen von 1
bis 100, wie laut war denn jetzt dieser Ton.
Und dann diese schwarzen Linien sind dementsprechend alles Töne
gleicher Lautstärke, in Abhängigkeit von ihrer Frequenz und von ihrer
Schalldruckpiegel.
Und dann sieht man schon, dass man bei einem niedrigen Ton deutlich
mehr Schalldruck braucht, um auf dieses Empfinden von drei Phonen zu
kommen, als zum Beispiel für einen Ton, der bei 1 Kilohertz liegt oder
hier bei 2,5 oder so Kilohertz.
Das heißt, dieses menschliche Lautstärkeempfinden ist so im Großen und
Ganzen sieht das aus wie so eine Wanne.
Niedrige Töne brauchen besonders viel Schalldruck, damit sie als laut
empfunden werden.
Sehr hohe Töne brauchen besonders viel Schalldruck, um als laut
empfunden zu werden.
Und dazwischen haben wir dann so eine Wannenform, wo man irgendwann
einen Bereich hat, wo man den geringsten Schalldruck braucht, um den
Ton selber als laut zu empfinden.
Und wie gesagt, das kann man halt mit ganz vielen Menschen ausmessen
und dann kommt man zu so einer Skala und kann dann umrechnen die
Schalldruckpegelskala auf die menschliche Phonenskala, das menschliche
Hörempfinden.
Nur damit man es umrechnen kann, muss man halt auch immer die Frequenz
des Tones wissen, von dem man jetzt den Schalldruck hat, um ihn dann
hinterher auf die Phonenskala umrechnen zu können.
Das Ganze, was man da hat, sieht man schon, wenn man jetzt rein
physikalisches Messen mit dem, was wir hören und empfinden und
wahrnehmen korrelieren will, wird es halt schon recht schwierig und
recht kompliziert.
Und das sind alles so Effekte, die macht man sich zum Beispiel halt
bei mp3 zu nutzen.
Das hat jeder schon mal gehört, dass es da Frequenzen gibt, die der
Mensch nicht hört oder Töne, die der Mensch nicht wahrnimmt, dass man
die dann aus dem Signal rausnehmen kann, um das Signal dann zu
komprimieren.
Und ich habe hier einfach mal von der Uni Wuppertal mir ein paar
Beispiele genommen, wo man so ein bisschen versuchen kann, dass so die
Grundeigenschaften, die es da gibt, sich wahrzunehmen.
Jetzt können wir mal folgendes machen.
Im ersten Experiment wollen wir mal schauen, dass wir versuchen
wahrzunehmen, was ist ein hoher Ton, was ist ein niedriger Ton, wie
viel höher, wie viel niedriger ist der Ton.
Also erster Ton, ein hoher Ton.
Einmal laut, ein lauter Ton und einmal ein leiser Ton.
Wenn man sich das jetzt so anhört, dann hat man eigentlich so
subjektiv den Eindruck, dass der zweite Ton halt eine kleinere,
niedrigere Frequenz hat als der erste Ton.
Was aber nicht der Fall ist, es ist ein Höhereindruck, den wir einfach
empfinden.
Bei zwei Kilohertz ist dieser Eindruck nicht ganz so stark.
Und dann hier bei 200 Hertz ist
der Eindruck vielleicht wieder etwas stärker.
Das hängt halt auch mit dieser Wandelstruktur zusammen, die man hat.
Dann kann man sich folgendes mal anhören.
Das muss ich lauter machen.
Was da passiert ist auch eine spezielle Art des Maskings.
Das funktioniert hier nur mit den Lautsprechern relativ schlecht.
Das muss man so richtig aufdrehen, was ich kann und das reicht
meistens nicht.
Man muss jetzt mal sich dieses Rauschen anhören und dann versuchen zu
hören, ob man was nach dem Rauschen hört.
Wie gesagt, mit den Lautsprechern hier funktioniert das meistens nicht
so gut.
Wir probieren es trotzdem mal.
Wie gesagt, mit den Lautsprechern funktioniert das nicht so gut.
Wenn man es mit Kopfhörern hätte, wäre es deutlicher.
Die Idee dahinter, was man da macht, ist, dass man im Prinzip überall
Rauschen hat.
Rauschen ist im Prinzip nichts anderes als Frequenzen mit Energie,
einfach zufällig immer eine Frequenz mit Energie belegen und das über
das gesamte Frequenzspektrum.
Wenn das hier unsere Zeit sei und das hier unsere Frequenz, dann hat
man hier überall zufällig in schneller Reihenfolge immer hin und her
wechselnd Energie.
Das ist Rauschen.
Und was man da dann macht ist, dass man einen Bereich frei lässt, zum
Beispiel den Ein-Kiloherz-Bereich.
So ein kleines Band um ein Kiloherz herum.
Überall sonst legt man Energie drauf und in diesem Ein-Kiloherz, das
lässt man in Ruhe.
Und was dann passiert ist, dass sobald man das abschaltet, meint der
Mensch, hier in den Ein-Kiloherz-Ton zu hören.
Was einfach damit liegt, dass da alles so wild in Bewegung gesetzt
wurde, dass man aus diesem Muster meint, da muss dann hinterher, wenn
alles andere weg ist, dass dann bei Ein-Kiloherz noch irgendwie was
sein muss.
Und dann kann man sich noch anschauen, was passiert, wenn man Töne
zusammenbringt, die mit der Frequenz relativ nah beieinander liegen.
Was man da hört, ist als erstes hat man einen 400-Herzt-Ton und einen
403 -Herzt-Ton.
Man hört, da ist ein Wechsel in der Frequenz.
Das ist ein 400- und dann ein 403-Herzt-Ton.
Man hört noch, die Töne sind unterschiedlich.
Wenn man die Töne dann aber gleichzeitig abspielt, hört man plötzlich
diese periodische Struktur, dieses periodische Muster, das man da hat.
Also erster Ton, zweiter Ton, beide zusammen.
Obwohl man eigentlich nur zwei konstante Töne hören sollte, hört man
dieses Pulsierende, dieses An- und Abschwellende eines Tones.
Das Ganze nennt man eine Schwebung.
Dann kann man die Töne ein bisschen weiter voneinander weglegen.
Und dann klingt es plötzlich so.
Das ist wieder so eine Struktur, die man meint zu hören.
Irgendwie was Periodisches, aber es klingt wieder ein bisschen mehr
wie so ein Reibeisen.
Es ist wie irgendwie so ein Ton, den man so ein bisschen
rumgeschliffen hat.
Das nennt man dann eine Rauigkeit.
Was man da hat, ist, dass man dann statt einem 400- und einen 403
-Herzt -Ton einen 400- und einen 440-Herzt-Ton zusammengelegt hat.
Und wenn ich jetzt die beiden Töne noch weiter auseinander mache,
einen 400- und einen 500-Herzt-Ton, dann kann ich die beiden komplett
separat wahrnehmen.
Dann höre ich einfach zwei kontinuierliche Töne.
Und so geht man langsam durch dieses kritische Band durch.
Von dieser Schwebung, dieser komischen Modulation, die eigentlich
keinen Sinn ergibt, hin zu dieser Rauigkeit, zu dem etwas unangenehmen
modifizierten Ton, bis dann ich irgendwann wieder in der Lage bin,
zwei komplett miteinander separat liegende Frequenzen wahrzunehmen.
So, und wenn ich jetzt noch den Frequenzbereich hernehme, mir gucke,
wo liegt die Hörschwelle in Abhängigkeit von welchem Frequenzbereich,
wo liegt die Schmerzgrenze in Abhängigkeit von welchem
Frequenzbereich, dann ist das hier, der Schalldruckpegel hier die
Frequenz, dann ist das, was zwischen den zwei soliden schwarzen Linien
liegt, das, was ich sinnvollerweise hören kann, sodass ich es
wahrnehme und mir, wie gesagt, nicht das Blut aus den Ohren schießt.
Dieser hellgraue Bereich, das ist ungefähr in dem Bereich, in dem wir
Musik hören, in dem also Musik sich abspielt, in Abhängigkeit von
Frequenz und Lautstärke.
Und da wiederum ein Unterbereich, dieser schwarzen Bereich, das ist
der Bereich, in dem wir normalerweise Sprache wahrnehmen und in dem
Sprache produziert wird und in dem wir Sprache, normale gesprochene
Sprache hören.
Gut, das ist so im Großen und Ganzen das, was wir sicher darüber sagen
können, wie wir als Menschen eine Schalldruckwelle messen und sie
umwandeln und verarbeiten, um dann hinterher da Sprache erkennen zu
können.
Dann hat es in letzter Zeit Fortschritte gegeben, dass man ein
bisschen weiter gekommen ist daran, was passiert denn, wenn ich jetzt
diesen Hörnerf hochwandere.
Aber das Ganze ist in der Wissenschaft, bei der Spracherkennung noch
nicht richtig angekommen und auch die, die sich die Ergebnisse
anschauen, können daraus noch nicht so richtig Sinn machen.
Man hat festgestellt, wenn man jetzt den Hörnerf hoher geht, dann
kommt man so an bestimmten Verarbeitungszentren vorbei, das sind dann
so neuronale Nuklei, die irgendwelche Verarbeitungen machen und dann
hat man Sachen gemessen und versucht herauszufinden, was der Sache
ist.
Und eine der Sachen, die wohl passiert, ist, dass wir da eine so eine
Art verschachtelte Verarbeitung haben.
Dass wir insbesondere eine Verarbeitung haben, die mit
unterschiedlichen Clocks, mit unterschiedlichen Oszillatoren arbeitet.
An irgendeiner Stelle werden Sachen verarbeitet, die so ungefähr einem
Zyklus von einer menschlichen Silbe entsprechen.
Das ist ein relativ niederfrequenter Zyklus.
Innerhalb dieses Zykluses gibt es dann einen schnelleren Zyklus.
Und jetzt würde man meinen, der müsste ja was mit Phonemen zu tun
haben.
Aber dieser schnellere Zyklus scheint es Messergebnisse zu geben, das
muss alles noch verifiziert werden, das ist alles noch nicht sicher,
dass innerhalb so eines langen Zykluses wohl vier kurze Zyklen
passieren.
Und das völlig unabhängig davon, wie lang die Silbe ist, wie viele
Phoneme in der Silbe sind.
Deswegen gibt es jetzt schon einen Sprachforscher, der sich jetzt aufs
Alter da sich nur noch damit beschäftigt, wie funktioniert das im
Auditory Pathway und wie hat das mit dem zu tun, was wir bei der
Spracherkennung machen.
Der sagt, wenn man jetzt auf diese Ergebnisse schaut, dass innerhalb
so eines großen Silbenzykluses immer vier feinere Takte kommen, die
aber nichts mit der Anzahl der Phoneme zu tun haben, dann müsste man
daraus ja eigentlich Schlussfolgern, dass es so etwas wie Phoneme
eigentlich gar nicht gibt.
Das ist halt die Frage, stimmt das oder stimmt das nicht?
Wir wissen es halt nicht.
Wie gesagt, sowas wie ein Phon oder ein Phonem kann man sowieso schwer
im Rechner nachmessen, dass man da sagen kann, ach guck mal, genau an
der Stelle ist ein Phoneme-Übergang, sehe ich sofort am Signal.
Sondern man ist meistens darauf angewiesen, was man als Mensch hört,
um wirklich die genaue Phoneme-Grenze darstellen zu können.
Und wenn man sich halt anschaut, was man alles so mit dem menschlichen
Gehör machen kann und dass das menschliche Gehör eben kein guter
Messapparat ist, ist natürlich fraglich, ob es dann tatsächlich sowas
wie Phone, geschweige denn Phoneme, dann gibt.
Aber das sind alles Sachen, die sind noch im Fluss.
Da gibt es noch nichts, was ich sicher sagen kann, zumindest nichts
von dem, was ich gehört habe.
Deswegen lassen wir das auch außen vor.
Das, was wir da jetzt gehört und gelesen und gesehen haben über das
menschliche Hören, reicht auch schon vollständig aus, dass wir
hinterher so eine Art Vorverarbeitung uns zusammenbauen, mit der wir
Spracherkennung bauen können.
Bevor wir dann jetzt in die Mathematik einsteigen, kommt noch ein
kleiner Ausflug, nämlich der, dass wir ja das, was gesprochen wurde,
auch hinschreiben wollen.
Das heißt, wir wollen das, was gesprochen wurde, seiner Wortsequenz
zuordnen.
Das scheint ja schon mal erstmal zu postulieren, dass es auch immer
Worte geben muss.
Das ist etwas, was in der Schriftsprache nicht nur so zu 90 Prozent
richtig ist.
Deswegen macht es durchaus Sinn, dass wir uns auch mal anschauen, was
gibt es überhaupt für Schriftsysteme.
Wie kann ich überhaupt das, was gesprochen wurde, niederschreiben,
damit ich weiß, was hinter der Spracherkennung überhaupt wird, alles
niederschreiben müssen.
Spracherkennungsforschung, halt viel beeinflusst durch
angersächsischen Raum, was halt so in den USA gemacht wurde, auch zum
Teil, was in Europa gemacht wurde.
Das ist halt eine Art und Weise zu schreiben, aber das ist bei Weitem
nicht die globale Art und Weise, wie man Text niederschreibt.
Und wenn man sich so die Schriftsysteme anschaut, die es auf der Welt
gibt, dann kann man wieder verschiedene Linguisten lesen und wird
unterschiedliche Einteilungen der Schriftsysteme in unterschiedliche
Kategorien bekommen.
Und der eine Linguist sagt so, der andere Linguist sagt so.
Ich habe mir den Linguisten rausgesucht, der mir am besten gefällt und
dessen Einteilung in Schriftsysteme meiner Meinung nach am logischsten
ist.
Und der macht eine Unterteilung in diese sechs verschiedenen Dinge.
An der ersten Stelle sind da die sogenannten Logosylabischen
Schriften.
Andere Linguisten nennen die häufig logografische Schriften, was aber
nach Ansicht von Daniels, der dieses System aufgestellt hat, falsch
ist.
In diesen Logosylabischen Schriften steht ein Zeichen, das
niedergeschrieben wird, ein sogenanntes Graphem, entweder für ein Wort
oder eine Silbe.
Deswegen ist seiner Meinung nach der Begriff logografisch falsch, weil
wäre es logografisch ein Zeichen, ein Wort.
Aber die Sprachen, die das verwenden, sagen entweder ein Zeichen oder
eine Silbe.
Hat er den Vorteil, dass ich also auch Wörter niederschreiben kann, an
die ich nicht gedacht habe, als ich das Inventar meiner Zeichen
gemacht habe.
Das heißt, ich muss nicht ständig neue Zeichen erfinden, wenn es
irgendwie ein neues Wort gibt, einen neuen Eigennamen, den ich
niederschreiben will, sondern ich gehe dann zurück auf die Silbenebene
und baue dieses neue Wort auf Silbenebene nach.
Dann gibt es Schriften, die sind Syllabaries, die arbeiten auf
Silbenebenen.
Das heißt, ein Zeichen, das die niederschreiben, entspricht einer
Silbe.
Dann gibt es sogenannte Abjads.
Da entsprechen die Zeichen, die ich niederschreibe, den Konsonanten.
Und was mit den Vokalen?
Die schreibe ich nicht.
Ich schreibe nur die Konsonanten nieder.
Der Name Abjad selber leitet sich dann von den ersten Zeichen des
arabischen Alphabets ab.
Das heißt, man kann schon ahnen, dass das arabische Alphabet wohl auch
an sich mehr oder weniger ein Abjad-Zeichen wird.
Dann gibt es das Alphabet.
In einem Alphabet entspricht ein Zeichen entweder einem Konsonanten
oder einem Vokalen.
Das ist das, was wir jetzt zum Beispiel mit dem lateinischen Alphabet
hier in Deutschland schreiben oder auch in der anglo-sächsischen Welt
in vielen europäischen Ländern.
Dann gibt es noch ein bisschen so Mischformen oder ein bisschen
kompliziertere Formen.
Einmal die Abugidas.
Da ist es so, dass jedes Zeichen, das ich habe, entspricht einem
Konsonanten und einem dazugehörigen Vokalen.
Das ist keine Silbe, weil Silben sind mehr als nur Konsonant und
Vokal.
Silben können auch andere Strukturen haben, zum Beispiel Vokal,
Konsonant, Vokal oder Konsonant, Vokal, Konsonant.
Das kann eine Silbe sein.
Das hier, Konsonant und Vokal zusammen, ist weniger als eine Silbe.
Das ist einfach nur so ein Paar, dass ein Konsonant kommt und auf dem
Konsonant folgt ein Vokal und das wird halt niedergeschrieben.
Wenn man jetzt niederschreiben will, eine Kombination aus Konsonant
und Vokal und dafür habe ich kein Zeichen, dann gibt es so einen
Modifizierer, mit dem man den Vokal in so einer Konsonant-Vokal
-Kombination modifizieren kann, so dass man zu einem anderen Vokal
hinkommt.
Und das Wort Abugida leitet sich dementsprechend aus den ersten vier
Konsonanten und Vokalpaaren des Äthiopischen an.
Dementsprechend ist das Äthiopische etwas, was mit einem Abugida
ausschreibt.
Und dann die letzte Form, die letzte Kategorie ist eigentlich keine
wirklich schöne, reine Kategorie.
Das ist das, um was es halt sonst noch so gibt, Kategorie.
Das, was man alles nicht so schön in dieser strukturierten Art und
Weise beschreiben kann, wie es bei den anderen ist.
Das sind diese Features.
Da steht einfach, die Form des Zeichens steht in Beziehung zu den
Merkmalen des Sprachsegmentes, für das sie stehen.
Sollte ja irgendwie immer der Fall sein.
Das Standardbeispiel für eine Schrift, die man nicht in die anderen
vier reinstecken kann und die man deshalb als Feature bezeichnet, ist
zum Beispiel das Koreanische.
Das ist etwas, das nicht in die anderen fünf Kategorien gut reinpasst.
Was sind also jetzt so Beispiele?
Wir hatten schon gesagt, das Logosyllabische, das Mandarin ist so ein
typisches Beispiel dafür.
Zeichen entsprechen entweder einem Wort oder zwei Zeichen entsprechen
einem Wort oder halt einer Silbe.
Es gibt noch Linguisten, die sagen, es gibt ja auch nicht die
logografischen, sondern die piktografischen Schriftsysteme.
Und da sagt Daniels, ein piktografisches System ist kein
Schriftsystem, weil ich mit Piktogrammen keine abstrakten Konzepte
ausdrücken kann.
In einem Piktogramm ist sozusagen ein selbsterklärendes Zeichen.
Das, was ich niedergemalt habe, steht für das, wofür das Wort steht.
Wenn ich ein Haus meine, male ich halt ein Haus und ein stilisiertes
Haus.
Und wenn ich ein Fahrrad male, ein stilisiertes Fahrrad.
Aber es wird dann schwierig, wenn ich sowas wie sagen oder fühlen oder
sowas niederzeichnen will.
Dann wird es halt schwierig.
Dann müsste man halt auf Krücken zugreifen.
Und wenn ich dann ein Herzchen male, weiß ich nicht, ob es jetzt für
Liebe stehen soll oder irgendein abstraktes Konzept oder ob das Herz
gemeint ist.
Deswegen seien also so piktografische Schriften halt keine wahre
Schrift.
Was häufig gesagt wird, fälschlicherweise gedacht wird, ist, dass
Hieroglyphen Piktogramme sind.
Und das sind sie nicht.
Hieroglyphen sind eine logosyllabische Schrift.
Das heißt, die Bilder, die da gemalt werden, stehen halt entweder für
Wörter oder Silben.
Also es gibt teilweise sehr viele Silben in den Hieroglyphen.
Dann syllabische Sprachen sind viel im asiatischen Raum vertreten.
Zum Beispiel Thailändisch ist so eine typische Sprache, die in einem
syllabischen Verfahren geschrieben wird.
Dann Abjad, Zeichen entsprechen Konsonanten, der Rest wird nicht
geschrieben.
Wie schon gesagt, Arabisch oder auch das hebräische Alphabet sind
dafür Beispiele mit einem ganz großen Aber.
Auch im Arabischen werden bestimmte Vokale geschrieben.
Es werden nur nicht alle Vokale unbedingt geschrieben.
Im Hebräischen werden prinzipiell keine Vokale geschrieben, aber es
gibt sowohl im Arabischen als auch im Hebräischen Möglichkeiten, durch
so kleine Hilfszeichen, so kleine Striche und Punkte, die man einfügt,
Vokale anzuzeigen, wo Vokale sind.
Das ist aber etwas, das wird in der Regel nur verwendet, wenn man zum
Beispiel Schüler hat, die die Sprache lernen.
Wenn man hinterher Zeitung liest, findet man das Ganze halt nicht mehr
und ist dann hauptsächlich abhängig von den Konsonanten.
Macht es natürlich schwierig für uns, die Alphabete gewohnt sind,
solche Alphabete zu lernen, weil um ein Wort lesen zu können, muss ich
es schon kennen.
Ich kann nicht anhand der Schrift die Aussprache eines Wortes
eindeutig ableiten und insbesondere, wenn sich halt Worte in Vokalen
unterscheiden, muss ich halt aus dem Kontext erschließen, welches der
vielen möglichen Wörter, die es jetzt sein könnten, denn jetzt es
tatsächlich ist.
Dann Alphabet, Standardbeispiel, Quirillische Alphabet, Lateinische
Alphabet, relativ weit verbreitet.
Dann, wie gesagt, Abugidas, zum Beispiel das Äthiopische und das Fijö,
das einzige Beispiel, das mir immer so einfällt und das ich kenne,
halt das Koreanische.
Wenn man das Ganze sich anschaut auf der Weltkarte und die Verbreitung
sich anschaut, dann sieht man schon dieses Blaue und Hell-Lila, das
sind alles Alphabete, die haben eine sehr, sehr große Verbreitung
erreicht.
Dann die Abjads sind so in so einem Gürtel durch den arabischen Raum
bis hin in den asiatischen, zentralasiatischen Raum vertreten.
Dann die Logographenschriften, natürlich das Mandarin und da in dem
Bereich hat es sich relativ stark ausgebreitet.
Große Ausnahme ist dieser blaue Zipfel hier.
Das heißt, hier ist alles entweder featural oder syllabary oder
logographisch und dann habe ich hier plötzlich so einen kleinen
Streifen, der ist ein Alphabet.
Das ist in Vietnam der Fall.
Kann sich einer vorstellen, was da passiert ist?
Irgendwelche Ideen?
Es war so, in Vietnam haben die halt lange Zeit halt auch mit einer an
den Mandarinen, an der Sanze angelegten logosylabischen Schrift
geschrieben und dann wurden sie missioniert und kolonialisiert.
Und dann kamen halt die Missionare und haben sich das angeschaut und
haben gesagt, das ist doch Käse.
Und haben einfach per ordre de mufti, per Dekret, wurde die Schrift
reformiert und ersetzt durch eine ans lateinische Alphabet angelegte
Alphabetschrift, wo man im Prinzip das lateinische Alphabet
hergenommen hat und dann noch so ein paar Diakritiken, also so was man
so wie im französischen Akzente hat, also Punkte, Dächer und sowas,
die halt mit zu den Zeichen dazugesetzt wurden und hat damit einfach
am Zeichentisch neues Alphabet für das Vietnamesische hergezimmert.
Und ja, man sieht schon also gerade so hier sowas wie diese Abugidas
haben keine, haben eine relativ geringe Verbreitung und dann dieses
einzige Feature, wo haben wir es da, das Hangul, das hier, das ist
hier auf, im Kurier findet man sonst halt nirgendswo.
Jetzt kann man sich überlegen, welche Sachen sind wohl vermutlich im
Rechner einfach zu handhaben und welche sind wohl nicht so einfach zu
handhaben, naja, ein Alphabet scheint relativ einfach zu handhaben zu
sein, weil ich habe einen relativ beschränkten Zeichenvorrat und wenn
ich etwas sehe, ein Zeichen niedergeschrieben, dann weiß ich wohl so
ungefähr wie es ausgesprochen wird.
Wenn ich eine logografische Schrift habe, dann habe ich sehr viele
Zeichen, 60.000 plus 65.000, 68.000 Zeichen im Hansin, aber kann
natürlich und wenn ich mir das Zeichen angucke, kann ich nicht
irgendwie über Regeln die Aussprache ableiten, sondern ich muss es
wissen.
Ich brauche irgendwo eine Tabelle, wo drin steht, das Zeichen wird so
ausgesprochen und wenn ich Pech habe, ist die Aussprache des Zeichens
auch noch abhängig davon, in welchem Kontext es steht.
Das ist natürlich schwieriger das Ganze zu machen.
Deswegen ist es eigentlich ganz schön, wenn man sieht, dass Alphabete
doch eine relativ große Verbreitung haben.
Das macht es uns für diejenigen, die Spracherkennungssysteme bauen
wollen, natürlich einfacher.
Gut, aber auch für die anderen Systeme haben wir Möglichkeiten, wie
man damit umgehen kann.
Es gibt auch sehr gute chinesische Spracherkennungssysteme, da muss
man dann halt mehr Aufwand und mehr Energie reinstecken, um halt da zu
einem vernünftigen Spracherkennungssystem zu kommen.
Dementsprechend gibt es sozusagen auch in den kleinsten Feinheiten,
wenn es um Sprachen geht, niemals so ein Vorgehen funktioniert für
alle Sprachen, sondern für jede neue Sprache, die man anfasst, wird
man irgendwas finden, was irgendwie besonders ist und was man vorher
so noch nicht gesehen hat und wo man wahrscheinlich irgendwie was
Besonderes machen werden muss, um diese Sprache behandeln zu können.
Gut, dann zum letzten Thema.
Wir müssen in den Rechner rein.
Wir haben die Schallwelle und wir wollen die Schallwelle messen.
Und diese Schallwelle, die misst man mit einem Mikrofon.
Die Aufgabe eines Mikrofons ist es, Schall in ein elektrisches Signal
umzuwandeln.
Und das macht das auch so ein bisschen ähnlich wie das Ohr.
Da gibt es eine Membran drin, die wird durch den Schall in Schwingung
versetzt, so wie bei uns das Trommelfell durch den Schall in
Schwingung versetzt wird.
Und diese Schwingung muss dann irgendwie geeignet in elektrische
Signale umgesetzt werden.
Und jetzt, wie stark diese Membran ausgelenkt wird, die da drin
steckt, das hängt ab von dem Schalldruck.
Oder besser gesagt, dem Schalldruckpegel, der wiederum proportional
ist zur Schallschnelligkeit.
Und jetzt gibt es viele unterschiedliche Arten von Mikrofonen.
Wenn man auf Wikipedia guckt, dann sieht man so ein schönes Bild hier,
dass einem alle möglichen verschiedenen Mikrofone, die es so gibt,
versucht einzuteilen in ein überschaubares Schema.
Und wenn man sich das anschaut, sind im Prinzip zwei, am Ende zwei
Sachen wichtig.
Dafür, um welche Art von Mikrofon es sich handelt.
Das eine ist die Bauform.
Unten gibt es eine Unterscheidung zwischen zwei Bauformen, der Bauform
Druckgradient versus der Bauform Druckmikrofon.
Und oben auf der anderen Seite gibt es die Unterscheidung in zwei
verschiedene Wandlerprinzipien, den passiven Wandler und den aktiven
Wandler.
Schauen wir uns als erstes die Wandlerprinzipien an.
Für das, was man hier für die Vorlesung wissen muss, reicht jetzt
diese grobe Unterteilung in zwei verschiedene Wandlerprinzipien aus.
Wir haben auf der einen Seite das dynamische Mikrofon und auf der
anderen Seite meistens häufig das Kondensatormikrofon.
Das dynamische Mikrofon arbeitet mittels elektromagnetischer
Induktion.
Das heißt, ich habe irgendwo eine Spule und in diese Spule taucht ein
Magnet, meistens ein Stabmagnet, rein und wird dann entsprechend,
dadurch dass der eintaucht in eine Spule, die ein elektromagnetisches
Feld aufbaut, taucht diese Spule ein und es gibt eine Spule, darunter
ein Draht und dann wird ein Magnet in diese Spule eingetaucht und
dadurch wird ein Strom in die Spule induziert durch das Magnetfeld des
Magneten, der da reingesteckt wird.
Und wie stark dieser Strom ist, der induziert wird, der hängt davon
ab, wie schnell ich diesen Magneten durch diese Spule bewege.
Also schnell reingesteckt, starker Strom, langsam reingesteckt,
weniger starker Strom.
Und von diesem dynamischen Mikrofon, halt das Tauchspulen-Mikrofon,
ist so das typische Beispiel, wie man das macht.
Da hängt dieser, und das kann man jetzt bauen wie man will, manchmal
ist es der Magnet, der an der Membran hängt, aber man kann das auch
schön, die Spule an die Membran hängen und die Spule dann über den
Magneten bewegen, anstatt dass man den Magneten in die Spule rein
macht.
Das heißt also, wie schnell jetzt diese Membran runtergestoßen wird
und dieses dann die Spule macht, desto stärker ist der Strom.
Und das scheint ja jetzt nicht abhängig zu sein davon, wie viel Druck
drauf ist.
Denn wie viel Druck drauf ist, das hängt davon ab, wie weit die
Membran ausgelenkt wird.
Aber nicht unbedingt davon, wie schnell das Ganze geschieht.
Und wie schnell das Ganze geschieht, hängt von der Schallschnelligkeit
ab und die Schallschnelligkeit wiederum hängt von der Schallenergie
ab.
Je höher die Energie, desto höher die, am Maximum der Auslenkung,
desto höher die kinetische Energie des Luftmoleküls.
Das heißt also, je höher die Schallenergie ist, desto höher die
Schallschnelligkeit, desto mehr Strom kommt dabei raus.
Und auf der anderen Seite habe ich das Kondensatormikrofon.
Das kann man sich ganz einfach so vorstellen.
Ich habe zwei Kondensatorplatten.
Ich habe einen Plattenkondensator.
Die eine Platte steht still, die andere Platte ist oben irgendwie
wieder an die Membran angebracht und die Platte wird runter gedrückt
oder halt hochgezogen.
Je nachdem, wie die Membran ausschlägt.
Wer weiß noch beim Plattenkondensator, was passiert, wenn ich einen
Plattenkondensator zusammenpresse?
Höhere Kapazität.
Hochziehen, geringere Kapazität.
Das ist eine Möglichkeit sozusagen, mechanische Arbeit auch in
elektrische Energie umzusetzen.
Wenn ich zum Beispiel die Platten eines geladenen Plattenkondensators
zusammenschiebe, wird sich die Spannung halt entsprechend an dem
Kondensator erhöhen.
Ich werde mechanische Energie umsetzen, elektrische Energie.
Und das ist das Prinzip dabei.
Und je näher ich die Platten zusammenbringe, desto höher mehr
elektrische Energie, desto höher der Spannungsausschlag hinterher.
Das heißt, hier hängt es aber nicht davon ab, wie schnell ich die
beiden Platten zusammenbringe, sondern hier hängt es davon ab, wie
weit ich wirklich die Platte bewege.
Das heißt, das ist etwas, das direkt von der Stärke der Auslenkung der
Membran abhängt.
Also davon, wie viel Druck da oben drauf liegt und wie stark die
Membran ausgelenkt wird.
Und so ein Kondensator, damit er geladen ist, braucht er halt eine
Stromversorgung.
Deswegen also auch in diesem Bild aktiver, passiver Wandler.
Bei einem dynamischen Mikrofon brauche ich keine Stromversorgung.
Der Strom wird induziert durch die Bewegung.
Beim Plattenkondensator, der muss irgendwie schon geladen sein, damit
ich, wenn ich ihn zusammenpresse, auch wirklich Strom sozusagen
erzeuge, plattgesprochen.
Dieses Kondensatormikrofon gibt es noch in einer besonderen Ausführung
in dem sogenannten Elektret-Kondensatormikrofon.
Das Elektret-Kondensatormikrofon löst das Problem mit der
Stromversorgung auf eine relativ elegante Art und Weise.
Statt einer festen Kondensatorplatte, die ich runterschiebe, habe ich
eine sogenannte Elektrikfolie.
Und auf dieser Elektretfolie ist ein quasi permanentes elektrisches
Feld.
Das heißt, es ist sich selber seine eigene Stromversorgung.
Das hat ein mehr oder minder fast permanentes elektrisches Feld, kann
nicht permanent sein, sonst hätten wir die Probleme der
Energieversorgung gelöst.
Aber das baut sich halt so langsam ab, dass es für die Lebenszeit des
Mikrofons im Prinzip ausreicht.
Und statt dieser Platte habe ich jetzt diese Elektretfolie, die kann
ich gleich direkt schön auf die Membran auftragen und die Auslenkung,
wie stark die dann drangepresst wird an dieser Basiskondensatorplatte,
sorgt halt dafür, wie viel Spannung ich da hinten raus bekomme.
Und das ist eine Möglichkeit, sehr billig und sehr einfach ein
Mikrofon zu bauen.
Deswegen die meisten Mikrofone, die heutzutage verbaut sind, in
Handys, in billigen Headsets, die man so verwendet, die Gaming
-Headsets, die ich anschließe an den Computer.
Egal, kleine Dinge, wo ich irgendwo ein Mikrofon drin habe,
Telefonhörer, das sind alles in der Regel
Elektretkondensatormikrofone.
Früher gab es beim Telefon eine andere Form des Mikrofons, das
sogenannte Kohlemikrofon.
Und das war so gebaut, das waren diese guten alten Omas Telefon mit
dem großen Hörer und unten dieser großen Sprechmuschel und dieser
großen Hörmuschel.
Da habe ich ein Säckchen, da ist Kohlengrieß, also fein gemahlener
Kohle drin.
Und Kohle selber ist ja leidend.
Jetzt ist das kein Blockkohle, sondern es ist so ein Grieß von Kohle,
Kohlengrieß, so ein Haufen Kohlenbröcke, die sind auch leidend.
Allerdings, wenn ich sie stark zusammenpresse, leiden sie besser, als
wenn ich sie weniger stark zusammenpresse.
Mehr Luftzwischen, mehr Widerstand, kommt halt nicht so viel Strom
durch.
Und da legt man halt eine Spannung an und je nachdem, wie stark das
jetzt zusammengepresst wird, kommt halt mehr Strom durch oder weniger
Strom drauf.
Und so etwas war früher häufig in Telefonhörern verbaut.
Die haben die interessante Eigenschaft, dass sie dazu tendieren,
einzuschlafen.
Das heißt, wenn ich sehr lange in so ein Ding reinspreche, dann wird
das irgendwie träge und die Änderungen dieser, in der Durchlässigkeit
der Elektrizität, die sind nicht mehr so groß.
Einfaches Mittel, was man früher genommen hat, Telefonhörer einmal auf
den Tisch schlagen, dann wird da so ein bisschen durchgemischt, die
Telefongrieß, dann hat es wieder gut funktioniert.
Und dann gibt es noch eine andere Form des Mikrofons, das Piezo
-Mikrofon, das aber nicht so gut funktioniert, weil es blöd klingt.
Man hat halt einen Piezo-Kristall und wenn man auf den Druck aufübt,
auf so einem Piezo-Kristall, dann wird auch Strom induziert.
Und dann nimmt man halt so ein Piezo-Kristall und lässt die Membran
draufdrücken und dann kommt halt Strom raus oder nicht.
Und der klingt blöd.
Deswegen ist das Ding auch kaum im Einsatz.
Es hat einen sogenannten hohen Clear-Factor.
Was ein Clear-Factor ist, da kommen wir später noch zu.
Clear-Factor heißt das Ganze, weil es so ein bisschen klingt wie
klirrendes Glas oder eine Glasschepere.
Es ist einfach keine schöne Tonqualität, die rauskommt.
Das sind die Wandler-Prinzipien.
Jetzt kann man sich ja schon überlegen.
Wir hatten vorhin beim Schall gesagt, der Schallwechseldruck fällt ab
quadratisch im Abstand von der Schallquelle.
Die Schallenergie fällt ab linear im Abstand von der Schallquelle.
Jetzt ist das eine Wandler-Prinzip heucht halt auf Schallenergie und
das andere heucht halt auf Schalldruckpegel, auf Wechsel-3
-Schalldruck.
Dementsprechend so ein Kondensatormikrofon, grob gesagt, hört das
weiter in den Raum rein.
Das hört auf die Schallenergie, die nur linear abfällt mit der
Entfernung von der Schallquelle, kann also weiter weg hören als jetzt
so ein dynamisches Mikrofon, wo halt der Schalldruck...
Entschuldigung, andersrum.
Das dynamische Mikrofon misst die Schallenergie, hört also linear von
der Entfernung, hört also sehr weiter in den Raum als so ein
Kondensatormikrofon, das die Auslenkung misst, die wiederum dann
quadratisch abfällt mit der Entfernung von der Schallquelle.
Und je nachdem, welches Wandler-Prinzip ich jetzt einsetze, bekomme
ich ein Mikrofon mit unterschiedlichen Eigenschaften.
So ein Mikrofon, wenn ich das hier in den Raum halte, hört das nichts
mehr, weil es halt ein dynamisches Mikrofon ist und halt dann mit der
abfällt, mit dem Quadrat des Abstandes von der Schallquelle.
Wenn man ein Handy auf Freisprechen legt und hier irgendwie in den
Raum reinlegt, dann hört man zwar nicht toll was, aber man hört noch
so ein bisschen was.
Das liegt daran, dass da eben ein Kondensatormikrofon drin ist, das
halt nur linear abfällt mit der Entfernung von der Schallquelle.
Deswegen sind solche Mikrofone halt zum Beispiel gut für Bühneneinsatz
oder Gesang gedacht, wo halt sichergestellt werden kann, dass das
Mikrofon nah an der Schallquelle, sprich am Mund ist und man Sachen,
die ein bisschen weiter weg sind, also der Drummer, der neben dran
steht, der der Trompete spricht, das Publikum oder so, die
Lautsprecher, die da neben dran stehen, dass die halt keinen so großen
Einfluss mehr haben auf das Signal, das durch dieses Mikrofon erzeugt
wird.
Aber aufgrund seiner Bauweise brauchen die halt eher mehr Platz und
sind halt teurer und aufwendiger zu bauen und deswegen im billigen
Bereich halt mit Kondensatormikrofonen, die halt billig herzustellen
sind, aber halt auch weit höher, was ja durchaus manchmal auch
gewünscht sein kann, wenn man halt Umgebungston mit aufnehmen möchte.
Zu der zweiten Dimension, der Bauform, kommen wir dann entsprechend am
Mittwoch.
Damit Schluss für heute und schöne Mittagspause.