Dann einen wunderschönen guten Morgen.
Nach einer Woche Erkältungspause geht es dann heute weiter mit
Grundlagen der automatischen Spracherkennung.
Was wir für heute vorhaben ist, dass wir uns ein bisschen noch weiter
beschäftigen mit der Phonetik, wie wir Menschen bestimmte Laute
wahrnehmen, was für Laute wir wahrnehmen, wie wir diese Laute
unterscheiden.
Dann als besondere Eigenschaft schauen wir uns noch mal die
Grundfrequenz oder den Grundton an und überlegen uns auch, was hat das
für eine Bedeutung hinterher für das Signal, das wir bekommen werden.
Dann werden wir uns auch noch anschauen, wie der Mensch hört, wie das
Hörverstehen funktioniert.
Wir werden uns noch als grundlegendes kurzes Kapitel beschäftigen mit
Schriftsystemen, denn wenn wir später Wortsequenzen niederschreiben
wollen, Sprache erkennen wollen, dann sollten wir auch so ein bisschen
die unterschiedlichen Schriftsysteme im Auge haben, die es da gibt,
weil unterschiedliche Schriftsysteme unterschiedliche
Herausforderungen dabei haben.
Und dann, je nachdem wie die Zeit heute reicht, fangen wir noch das
Thema Mikrofone an.
Mikrofone als wichtiger Sensor, um hinterher die Sprache aufzuzeichnen
und im Rechner verarbeiten zu können.
Wir waren letztes Mal stehen geblieben bei der stimmhaften Sprache,
also Sprache, die dadurch produziert wird, dass wir Luft aus den
Lungen rauspressen, damit dann die Stimmlippen, die angespannt sind,
in Schwingung versetzt werden und auf diesen idealerweise als
Impulsstrom modellierten Luftstrom wird dann entsprechend durch den
Vokaltrakt ein Laut drauf modelliert.
Neben der stimmhaften Sprache gibt es halt auch die stimmlose Sprache,
bei der die Stimmlippen nicht schwingen und dann die Luft zwar auch
rausgepresst wird, aber nicht in diese Impulse durch die Stimmlippen
zerhackt wird, sondern da funktioniert dann die Modellierung auf
diesem nicht impulshaften, diesem eher einem Rauschen ähnlichen
Luftstrom, der da aus der Lunge herauskommt.
Wenn wir es mit stimmhafter Sprache zu tun haben, dann nennen wir die
Frequenz, mit der die Stimmlippen schwingen, die Grundfrequenz oder
den Grundton.
Und das ist das, was sagt, ob eine Stimme hoch oder niedrig klingt.
Das bestimmt die Stimmlage.
Und die Grundfrequenz hängt damit hauptsächlich ab von der Länge der
Stimmlippen, so wie eine Gitarrenseite oder eine Bassseite durch die
Länge auch maßgeblich beeinflusst wird, wie schnell die schwingt und
wie die klingt.
Und natürlich von der Spannung.
Durch die Spannung, die ich auf die Stimmlippen drauf lege, kann ich
die Frequenz, mit der sie schwingen, in einem bestimmten Rahmen
beeinflussen.
Was man sehr häufig hört, weil die Leute denken immer falsch,
menschlicher Vokaltrakt ist es wie eine Orgelpfeife oder eine Oboe, ob
eine Stimme hoch oder niedrig klingt, hängt nicht davon ab, wie lang
der Vokaltrakt ist.
Das ist also, wir sind keine Flöte, wir sind keine Orgelpfeife,
sondern es hängt wirklich nur ab von der Länge der Stimmlippen.
Das hört man aber sehr häufig falsch.
Da muss man immer aufpassen.
Damit man so ein Gefühl bekommt, was ist so die Größenordnung?
Im Schnitt, männliche Stimmen haben so Grundfrequenz um die 125 Hertz,
weibliche haben ca.
eine Grundfrequenz von 250 Hertz und so den Stimmumfang, in dem man
die Stimme modulieren kann, sind so ungefähr zwei Oktaven.
Die Videos hatten wir uns schon angeschaut und was wir jetzt machen
ist, wir schauen uns jetzt zum jetzt mindestens kurz den Bereich der
Phonetik an.
Also alles, was sich damit beschäftigt, die Wissenschaft, die sich
damit beschäftigt, zu untersuchen.
Welche menschlichen Laute gibt es überhaupt und wie werden sie
produziert?
Was einem da als erstes auffällt, ist, dass, wenn der Mensch Sprache
hört, dann nimmt er Laute wahr.
Der Mensch nimmt wahr, psychologisch wahr, dass Sprache aus
unterschiedlichen Lauten zusammengesetzt ist, auch wenn sich das
häufig im Signal auch nicht unbedingt immer so wiederfinden lässt.
Also das, was wir hören, wo wir eine Grenze zu hören meinen, das ist
manchmal schwierig, das im Signal nachzuvollziehen, dass da wirklich
eine Grenze ist.
Und diese kleinsten Einheiten, die wir wahrnehmen, aus denen wir
meinen, dass die Sprache besteht, das nennen wir das Phon.
Dementsprechend definiert als ein minimales Segment, das kleinste
Segment, das noch irgendwie als selbstständig wahrgenommen wird.
Und wenn man sich jetzt menschliche Sprache anschaut und wie der
Mensch Sprache produziert, hat man früher, als man noch nicht wusste,
wie schädlich Röntgenstrahlen sind, immer interessante Filme machen
können.
Da konnte man halt mit Röntgenstrahlen so richtig schöne Röntgenfilme
machen und was man halt auch gemacht hat, ist Menschen von der Seite
einen Röntgenfilm und sich angeschaut, wie bewegt sich der Vokaltrakt,
wenn der Mensch spricht.
Und das erste, was einem da auffällt, ist, wenn der Mensch spricht,
dann sieht der Vokaltrakt ganz grob so aus.
Der geht immer zu und auf und zu und auf und zu und auf.
Das ist so in regelmäßigen Abständen, wieder mal enger und dann wieder
weiter und enger und wieder weiter.
Das heißt, menschliche Sprache ist also eine Abfolge von
Konfigurationen der Anatomie des Vokaltraktes von eher geschlossenen
und eher offenen Konfigurationen.
Und Sie alle kennen schon, was die offenen Konfigurationen sind, was
die geschlossenen Konfigurationen sind.
Das haben Sie inoffiziell oder informell in der Schule gelernt.
Das, was eine eher enge Konfiguration hat, wo also der menschliche
Vokaltrakt eher geschlossen ist, das nennen wir Konsonanten und das,
was eher offen ist, das nennen wir Vokale.
Kann sich noch einer daran erinnern, was Vokal und Konsonant auf
Deutsch heißt, wie wir das in der Grundschule genannt haben?
Was waren ein Vokal auf Deutsch und was war ein Konsonant?
Das Konsonant kann man sogar, wenn man Latein, hier waren Leute, die
können Latein.
Wer kann alles Latein?
Nein, nein, nein, letztes Mal waren ganz viele Leute da, die konnten
Latein.
Konsonant, Konsonare, was heißt das?
Ja, was heißt Kon?
Kon ist die Assimilation von Kum, heißt mit.
Und Sonare?
Ja, Konsonant ist ein Mitlaut.
Das haben wir in der Schule, haben wir Konsonant einen Mitlaut genannt
und ein Vokal hieß dann im Gegensatz dazu, das war der Eigenlaut.
Eigenlaut deshalb, weil der Vokal klingt von sich selber heraus,
während der Konsonant ist halt schwierig zu hören, wenn er nicht bei
irgendwas mit dabei steht.
Er ist eher unauffällig.
Der Vokal klingt selber, ist ein Eigenlaut, weil er immer stimmhaft
ist.
Also bei einem Vokal sind immer die Stimmlippen in Schwingung und die
Konfiguration ist eher offen.
Das heißt also, dieser Grundton wird relativ frei rausgepresst.
Und dann gibt es nur eine einzige oder zwei, anderthalb Artikulatoren,
die ansonsten damit beschäftigt sind, wie jetzt dieser Vokal klingt.
Also die Stimmlippen schwingen, der Ton kommt durch den offenen
Vokaltrakt raus und das Einzige, was jetzt festlegt, wie der Vokal
klingt, welcher Vokal das ist, ist einmal die Position des höchsten
Punktes der Zunge, wissenschaftlich das Dorsum Linguae, und das andere
die Form der Lippen.
Wenn man jetzt diesen höchsten Punkt der Zunge abträgt, dann trägt man
den in der Regel ab in so einem Trapez, weil das ungefähr dem
anatomisch Möglichen entspricht, wie man halt die Zungen, den höchsten
Punkt der Zunge formen kann.
Und typischerweise unterteilt man den halt in vier vertikale Ebenen
und drei horizontale Ebenen.
Und an diesen Punkten schreibt man dann entsprechend die Vokale hin.
Und dann unterscheidet man noch, ob die Lippen gerundet sind oder
ungerundet.
Und gerundet schreibt man rechts hin, ungerundet schreibt man links
hin.
Ich vergesse das immer, ich muss immer wieder nachgucken.
Genau, gerundete Lippen rechts vom Punkt, ungerundete Lippen links vom
Punkt.
Das heißt, wenn also hier zwei Symbole stehen, dann gehören die beide
zu dieser Position, unterscheiden sich nur einmal I und Ü, lediglich
darin, ob ich jetzt die Lippen rund mache oder ob ich sie flach lasse.
Dieses Konstrukt nennt man auch das Vokalviereck.
Und da müssen Sie aufpassen, dieses Vokalviereck oder Vokaltrapez ist
etwas anderes als das Vokaldreieck.
Das Vokaldreieck werden Sie später noch kennenlernen.
Das hat etwas mit dem Grundton zu tun und den Oberschwingungen.
Diese komischen Symbole, die Sie hier sehen, die lernen Sie gleich
auch noch kennen.
Das ist ein spezielles Alphabet, um halt die ganzen Phonen
niederschreiben zu können.
Das ist das sogenannte internationale phonetische Alphabet, IPA,
International Phonetic Alphabet, herausgegeben von der International
Phonetic Associations, sinnigerweise auch IPA abgekürzt.
Neben diesen reinen Vokalen, so A, E, I, O, U und was es alles gibt,
gibt es dann auch eine besondere Form von Vokalen, das nennt sich die
sogenannten Diphtonge.
Bei den Diphtongen ist es so, dass die Zungenposition nicht still
steht, wie beim A, sondern wandert.
Man fängt irgendwo an und hört irgendwo an, auf.
So was wie Ei, Eu, Ui.
Und das sieht man schön, wenn man jetzt sich, sagen wir mal Ei,
geschrieben im deutschen Alphabet hinschreibt.
Mit E, I wird das geschrieben.
Das hat auch einen Grund, weil das fängt halt beim E an und hört beim
I auf.
Und dann kommt halt ein Ei bei raus.
Und das ist trotzdem von der Wahrnehmung her nicht zwei Vokale oder
auch nicht ein kontinuierlicher Übergang, sondern wir nehmen diesen
Übergang halt als einen Laut, als ein minimales Schallsegment wahr.
Und die heißen halt Diphtonge, weil sie halt zwei haben, im Gegensatz,
zwei auch Zungenpositionen, im Gegensatz zu den normalen Vokalen, den
Monophtongen, bei denen sich das in der Regel nicht ändert.
Wenn man sich dieses Vokalviereck nochmal anschaut und sieht, also in
welchem Bereich sich da der höchste Punkt der Zunge ungefähr bewegen
wird.
Und wenn man sich hier anschaut, dieser Teil, hier sind die Zähne, der
Kiefer ist hier, da unten Lippen, Kiefer, Zähne und das hier, der
Bereich, das ist so ungefähr die Zunge.
Und die ist irgendwie so halbkreisförmig, so ein bisschen gerundet,
gewölbt und dann ist irgendwo der höchste Punkt der Zunge vor, zurück,
hoch, runter.
Wenn man das jetzt mechanisch nachbauen will, kommt man schon relativ
weit, wenn man für die künstliche Zunge so eine Art Halbkreis nimmt
oder so ein bisschen oval angeschliffen und das einfach vor und zurück
rotiert und kann damit schon relativ viele Zungenpositionen anfangen
und sehr gut auch schon Vokale künstlich in der Maschine erzeugen.
Also das Gegenstück zu den Vokalen sind die Konsonanten, die Mitlaute.
Bei denen ist der Vokaltrakt geschlossen, der Luftstrom wird irgendwo
sehr stark eingeengt, so stark eingeengt, dass er halt etwas erzeugt,
was wir hören.
Er kann sogar komplett teilweise abgeschnitten und unterbrochen
werden.
Diese Einengung, Konstruktionen, die sorgen halt für irgendeine Art
von Verwirbelung, die je nachdem wie die Konstruktion ist, klingt
diese Verwirbelung im Luftstrom für uns anders.
Und wenn ich jetzt einen Konsonanten beschreiben will, muss ich drei
Dinge, drei Dimensionen beschreiben.
Ein Konsonant kann stimmhaft sein oder stimmlos.
Anders als beim Vokal, der immer stimmhaft ist, muss ich bei einem
Konsonanten angeben, ob es ein stimmhafter oder ein stimmloser
Konsonant ist.
Dann muss ich angeben, wo die Verengung im Vokaltrakt ist.
Also bei welchem anatomischen Konstrukt wird es eng. Das ist der Ort
der Artikulation.
Und dann gibt es die Art der Artikulation, die sagt, wie eingeschränkt
wird, wie wird verwirbelt.
Das können Plusive sein, bei Plusiven wird zum Beispiel komplett
einmal zugemacht und dann wieder geöffnet.
Oder das können Frikative sein, das ist dann so ein Zischlaut, wo man
wie so ein... aus der Düse heraus den Luftstrom rauszischen lässt.
So ein F zum Beispiel.
Wird wie so eine Düse die Luft rausgepresst, stark eingeschränkt, aber
eben nicht komplett abgeschnitten.
Dieses mit dem Komplett abschneiden, das kann man schön an einem
kleinen Beispiel darzeigen.
Das klingt dann so.
Dadurch, dass man jetzt einfach in diesem Bereich, wo dieser Frikativ
F ist, der vorne die ganze Zeit offen ist, aber schon sehr eng, wenn
man da einfach so tut, als sei da eine gewisse Zeit lang keine
Signalenergie, dann macht man nichts anderes, als dass man simuliert,
dass man da die Lippen einmal zu macht und dann, wenn man aufhört Null
zu machen, wieder aufmacht.
Dann sieht man hier an der Stelle, wurde dann einmal das Signal
komplett genullt und dann klingt das Ganze halt entsprechend so.
Letztendlich die gleiche Aufnahme und dadurch, dass man halt an der
Stelle einfach die Signalenergie für eine kurze Zeit innerhalb des Fs
auf Null gesetzt hat am Anfang, simuliert man halt dieses, wie man
halt dieses P-F, schreibt man es ja auch hin, Hopfen, simuliert.
Das ist zwar in der Schrift sind das zwei verschiedene Konsonanten,
die man schreibt, aber von der Phonetik her ist das sozusagen ein
eigener Laut, der so wahrgenommen wird und den schreibt man halt P-F,
weil er halt so ähnlich ist wie ein P, das ist auch ein Implosivlaut,
macht man einmal zu und wieder auf und dann folgt sozusagen der F,
dieser Frikativlauf.
Und was man halt macht ist, dass man das als ein Segment nahe nimmt,
dass man also einmal den Luftstrom komplett zumacht und dann ein F
spricht und man explosionsartig den Mund aufmacht und das F spricht
und dann hat man dieses P-F in Hopfen.
Da kann man schon sehen, im Zeitbereichssignal, was das so für
Auswirkungen hat, ob man jetzt zumacht oder aufmacht, das sind alles
nur relativ kleine Unterschiede, auch in der Art und Weise wie wir
artikulieren, aber wir nehmen das halt als deutlich klar
unterscheidbare Laute wahr.
Wenn man jetzt den Ort der Artikulation sich anschaut, dann muss man
den auch zum Beispiel beschreiben können.
Und man beschreibt den Ort der Artikulation immer dadurch, dass man
angibt, an welchem anatomischen Konstrukt diese Artikulation
stattfindet, wo die Verengung ist.
Und dieses anatomische Konstrukt, diese anatomische Struktur nennt man
entsprechend den Artikulator.
Zum Beispiel hat man hier halt vorne die Zähne, dann den Zahndamm, das
heißt also alles, was hinter dem Zahn ist, dann die sogenannten
Alveolen, das sind die Zahntaschen, in die man zum Beispiel die Zunge
reinlegen kann und je nachdem, wo man die Zunge da hinfährt, werden
halt unterschiedliche Laute produziert.
Also zum Beispiel so ein typischer exolabialer Laut ist das schöne
englische th, das th, wo man halt die Zunge wirklich zwischen die
Zähne einklemmt und die Zunge kommt aus den Zähnen raus.
Wir Deutsche haben zum Beispiel dann so einen schönen Laut wie das d,
da lege ich das d so an diesen Zahndamm dran und spreche dann das d.
Und dann gibt es halt andere Sprachen, die haben halt eine Aussprache,
wo das die Zunge nicht zwischen den Zähnen klemmt und auch nicht an
dem Zahndamm dran klemmt, sondern näher an den Zähnen, so hinter die
Zähne, da reingesteckt wird, wo eigentlich die Zähne drin stecken.
Das sind die Zahntaschen, die Alveolen, d, d, d, kann man das zum
Beispiel reinmachen.
Und das ist so was, wenn wir Deutschen versuchen, den th zu sprechen
und das nicht richtig machen, dann kommt unter Umständen sowas raus.
Und so kann man halt den gesamten Bereich unterteilen, hat den Namen
gegeben, zum Beispiel hier oben gibt es den harten und den weichen
Gaumen, die unterschieden werden.
Hier hinten gibt es sowas wie das Gaumensegel, das eventuell auch
wichtig ist als Ort der Konstruktion und als Art der Konstruktion.
Man sieht schön dieses Gaumensegel zum Beispiel, das ist so eine Art
Ventilklappe.
Da kann man hier die gesamte Nasenhöhle entweder zumachen oder
aufmachen.
Das Gaumensegel kann man da ranlegen, dann ist der gesamte Nasenraum
abgeschlossen oder man kann das Gaumensegel aufmachen und dann ist der
Nasenraum geöffnet.
Und man sieht schon da oben, der Nasenraum, das ist ganz viel Luft,
das ist noch mal eine eigene, separate Resonatorkammer und das
Gaumensegel kann dazu dienen, diese Resonatorkammer mit hinzuzustalten
und gleichzeitig, weil man hier vorne, wir sind keine Pferde, wir
müssen dann nicht zumachen, gleichzeitig dann halt auch entsprechend
Luft aus der Nase abzeigen.
Und das kann runtergehen bis ganz hier unten, 11 zum Beispiel, bei der
Glottis, da kann ich auch einen Verschluss machen.
Ich kann also auch die Glottis zumachen und damit dann einen
Plosivlaut machen, der halt nicht vorne an den Zähnen gemacht wird,
sondern der hinten bei der Glottis gemacht wird, indem ich die
Stimmlippen einmal zumache und wieder aufmache.
Genau, das sind einfach so mal ein paar Beispiele an Artikulatoren und
dann ist die andere Frage, wie beschreibt man die Art der
Artikulation?
Und für die Art der Artikulation hat man halt in der Regel so eine
Liste von unterschiedlichen Dingen.
Da gibt es halt einmal die Plosiven, die wir jetzt schon hatten, dann
die Nasalen, das ist dann, wenn ich das Velum halt aufmache und den
Nasenraum mit hinzuschalte.
Es gibt Vibranten, da vibrieren die Artikulatoren, die flattern so
passiv hin und her.
Das ist was, was ich zum Beispiel nicht kann, das ist das schöne
bayerische R.
Gibt es irgendjemanden aus dem pfälzischen bayerischen Raum hier?
Schade.
Irgendjemand, der Russisch spricht?
Okay, genau.
Das ist das schöne gerollte R und das funktioniert so, indem man, wenn
man es richtig gut kann, die Zungenspitze, die vibriert richtig, die
zittert so mit.
Das macht man nicht, da sind keine Muskeln drin, dass man die so
anspannt und dann hin und her wackeln lässt.
Die flattert sozusagen im Windstrom mit.
Das sind solche Sachen.
Dann Taps und Flaps, da geht man halt mit dem Artikulator kurz dran.
Das ist etwas, das können wir eigentlich nur mit der Zunge, das wir
halt so machen können, dass wir also so irgendwo mit der Zunge kurz
dagegen tappen.
Dann Frikative, wie gesagt, die Luft wird verwirbelt, ist wie so eine
Düse.
Dann Affrikativ, dieses Pf, das heißt also erst Plosiv, der dann
direkt in Frikativ übergeht.
Dann kann es sein, dass man halt nicht so richtig daran geht, sondern
man hat so ein Aproximant, das heißt der Luftstrom ist eingeschränkt,
aber ist relativ gleichförmig.
Dann man kann so Laterale haben, das heißt die Verengungen befinden
sich jetzt irgendwo an der Seite, links und rechts von der Zunge.
So ein L ist so ein typischer Laterallaut häufig.
Dann Klicks, wo man so mit der Zunge schnallt.
Dann schöne Inklusive.
Wir hatten ja gesagt, 90 Prozent der Stimme oder mehr sind durch Luft
aus der Lunge und dann hatten wir gesagt, es gibt so Klicks,
Klicklaute im Afrikanischen, wo man das machen kann.
Wir Deutschen haben auch einen Laut, wo wir das machen können und das
funktioniert so, dass wir den Kehlkopf kurz absenken.
Jetzt versucht jeder das, kriegt jemand hin.
Das ist genau das, was wir machen.
Kehlkopf ein kleines Stück runter und damit können wir dann auch
entsprechend die Luft projizieren oder halt Ejektiv, da geht der
Kehlkopf eben ein bisschen hoch und schiebt die Luft so raus.
Dann gibt es noch so jede Menge kleine Marker, mit denen man weitere
Qualitäten beschreiben kann.
Der wichtigste ist zum Beispiel oder einer der wichtigsten, gerade im
Deutschen, ist die Aspiration, das Anhauchen von Konsonanten.
Das ist so, wir Deutschen hauchen eigentlich alle Konsonanten an.
Wenn man da reinschaut, da wird vorher ein leichter Luftstrom
vorgeschoben und dann kommt der eigentliche Konsonant.
Im Russischen wird das überhaupt nicht gemacht.
Wir hören das auch nur sehr schwer, dass man diese Aspiration, dass
man die mitbekommt.
Sind sie zweisprachig oder einsprachig?
Ja, also Deutsch ist eine Fremdsprache für sie.
Das heißt also, bei ihnen, wenn man jemanden geschulten Hörer hat,
selbst wenn sie lange daran feilen, wird man bei ihnen häufig noch
raushören, dass sie kein deutscher Muttersprache sind, weil dieses
Anhauchen der Konsonanten ist extrem schwierig reinzubekommen.
Also wenn man das trainieren will, da gibt es so spezielle Techniken.
Eine Technik ist, dass sie sich im Wattebausch auf die Hand legen und
dann die Konsonanten sprechen und der Wattebausch muss wegfliegen.
Bei einem Deutschen wird er wegfliegen.
Oder alternativ kann man auch so mit einer Kerzenflamme arbeiten und
dann sieht man, wie die Kerzenflamme flackert, ob da ein Flackern ist,
wenn man das entsprechend anhaucht.
Und so was rauszukriegen, das sind Sachen, die sind so tief bei uns im
Unterbewusstsein drin, das kriegen sie nicht raus und wenn, mit sehr,
sehr viel Training und dann auch nur bewusst und das ist halt
entsprechende hohe Last.
Wie schon gesagt, es gibt ein Alphabet, um all diese Sprachlaute, die
wir haben, diese Phone niederschreiben zu können.
Wenn man so schaut, es gibt sehr, sehr viele unterschiedliche Phonen,
wenn man so alle Sprachen der Welt betrachtet und das IPA-Alphabet hat
sich eben zum Ziel gesetzt, dass man für jedes dieser Laute, die man
findet, ein eindeutiges Symbol hat.
Man unterteilt das Ganze nach Vokalen und Konsonanten, weil man halt
Vokale und Konsonanten unterschiedlich beschreibt.
Für die Vokale hat man das Vokalviereck, wie wir schon gesehen haben.
Für Konsonanten macht man halt eine Tabelle und diese Tabelle muss im
Prinzip drei Dimensionen haben.
Ort der Artikulation, Art der Artikulation und Stimmhaftigkeit und
dementsprechend macht man da eine Tabelle, wo man dann in den Zellen
selber immer so einen binären Wert hat.
Linksstimmhaft, rechtsstimmlos.
Hier die IPA-Vokale kennen Sie schon.
Diese Unterteilung in die verschiedenen Ebenen mit den entsprechenden
Symbolen, je nachdem Rundung oder nicht, Rundung rechts und Rundung
links.
Wenn man sich das mal anschaut, das ist zum Beispiel, so sieht das aus
für so typische US-amerikanische Vokale.
Da sieht man, wenn man die Zunge relativ weit oben und relativ weit
vorne hat, dann hat man diese ganzen hellen Vokale, die ganzen I,
Beat, Bit, das hat man alles durch die oben, die hellen Vokale.
Und diese tiefen Vokale, die bekommt man, indem man die Zunge weiter
nach hinten nimmt, die höchsten Punkte der Zunge und weiter nach
unten, also die ganz, Entschuldigung, Boot, Boot, so ein schönes O
haben die eigentlich nicht.
Also das Boot ist so das deutsche O, da hat man schön die Zunge, den
höchsten Punkt der Zunge schön weit hinten und schön weit unten.
Das sind so diese eher dunklen Vokale.
Und für die Konsonanten sieht das dann entsprechend so aus.
Da hat man diese Tabelle, wo man halt Ort der Artikulation, Art der
Artikulation und in jeder Zelle dann entsprechend stimmlos, stimmhaft
stehen hat.
Was man jetzt sieht, wenn man sich diese Tabelle anschaut und auch
wenn man sich das Vokalviereck anschaut, zum einen haben diese Ebenen
am Anfang hier mal nicht ausgereicht, das heißt, es gibt dann hier
noch so Zwischenebenen, wo es halt Vokale gibt, die man, als man das
erfunden hat, noch nicht kannte.
Und bei der IPA-Tabelle ist es so, dass es da weiße Flecken gibt.
Das heißt, hier könnte man theoretisch einen Ton, einen Fon
produzieren, so einen bilabialen Approximant, aber man kennt halt noch
keine Sprache, in der das der Fall ist, deswegen hat man dem noch
keinen Symbol zugewiesen.
Und dann diese ausgegrauten Bereiche sind die Sachen, von denen man
eigentlich ausgeht, dass sie anatomisch einfach unmöglich ist, dass
ich halt keinen bilabialen lateralen Flapp entsprechend produzieren
kann.
Und wenn man sich das jetzt halt so anschaut, wenn man Plosive
anschaut, dann kann man gucken, wo hat man denn jetzt die Verschlüsse
und dann das P und das B sieht man relativ gut, wenn man da die Lippen
zumachen und dann geht es immer weiter nach hinten, dann hinten an die
Zähne ran und dann bis ganz hinten ans Velum, dass man mit der Zunge
so das Velum hinten zudrückt, da hat man dann so ein K oder ein G und
dann jeweils immer in der stimmhaften und in der stimmlosen Variante.
Und auch, das hatte ich auch schon mal gezeigt, es gibt halt diese
nasalen Laute, bei denen es nicht ungewöhnlich ist, dass man wirklich
die Lippen, den Weg über die Lippen komplett versperrt und man nur
noch die Luft über die Nasen abströmt, wie beim M oder beim N oder
auch ein G, wo ich dann hinten das Velum so gegen die Zunge presse,
dass da der Mundraum zu ist und alles nur noch über die Nase
abgestrahlt wird.
Das Ganze kann man halt auch entsprechend sich bei Frikativen
anschauen.
Es gibt jetzt eine Besonderheit bei den Vokalen, die nicht abgebildet
sind in diesem Vokalviereck und das sind die nasalen Vokale.
Also Vokale können nasal oder nicht nasal sein.
Im Französischen gibt es halt häufiger mal nasale Vokale, wo man halt
sowohl über den Mund als auch über die Nase etwas abstrahlt und das
sind dann so Besonderheiten, da braucht man dann spezielle Marker,
sogenannte Diakritiken, die man dann noch an diese Symbole dran
stellt.
Alles, was wir bisher betrachtet haben, sind Laute.
Irgendetwas, was wir durch Hören als Segmente wahrnehmen.
Und als nächstes macht man den Schritt weg von den Lauten hin zur
Bedeutung, die mit diesen Lauten übertragen wird.
Wenn man nämlich jetzt das, was man als Schallsegment wahrnimmt,
verbindet mit dem, was man für Wörter in einer Sprache bilden kann,
dann kommt man hin zu dem Begriff des Phonems.
Und das Phonem ist die sogenannte kleinste bedeutungsunterscheidende
Einheit der Sprache.
Das heißt, wenn ich diesen Laut ändere, dann ändert sich die Bedeutung
dessen, was ich sage.
Zum Beispiel im Deutschen, ob ich das R rolle oder nicht, ist völlig
egal.
Es gibt kein Wort, das seine Bedeutung ändern würde, wenn ich das R
einmal rolle oder das R einmal norddeutsch-rachen-r ausspreche.
Macht keinen Unterschied.
Es sind zwei unterschiedliche Phonen.
Wir hören da einen Unterschied.
Es sind unterschiedliche Segmente, die wir auch so wahrnehmen, aber in
der Bedeutung dessen, was gesagt wird, macht es keinen Unterschied.
Hingegen, wenn ich zum Beispiel im Deutschen das H gegen das M
austausche, Haus und Maus, tausche ich auch ein Laut aus und
gleichzeitig ändert sich die Bedeutung des Wortes.
Deswegen, um jetzt das zu konkretisieren und herauszufinden, ist das,
was ich jetzt habe, ist das jetzt eine bedeutungsunterscheidende
Einheit oder halt nicht bedeutungsunterscheidend, obwohl es sich
unterschiedlich anhört, verwendet man häufig die Technik dieser
minimalen Paare.
Das heißt also, wenn ich zwei Wörter finde, die bis auf ein einziges
Phon gleich ausgesprochen werden und wenn ich das Phon halt ändere,
ändert sich die Bedeutung des Wortes, dann kann ich davon ausgeben,
dass diese beiden Phone, die ich da kontrastierend gegenübergestellt
habe, zwei unterschiedliche Phoneme sind.
Jetzt muss man aufpassen, je nachdem an welche Phonetiker man gerät,
gibt es Phonetiker, die das anders sehen, die halt nicht nach diesen
minimalen Paaren suchen, sondern auf andere Art und Weise nach
Phonemen suchen.
Und wenn ich halt diese Phonemenänderung nicht durchführe, dann nennt
man das, wenn ich diese Phonenänderung durchführe und die Änderung, es
ist keine Änderung in der Bedeutung des Wortes, dann nennt man diese
Phone Allophon.
Wie gesagt, im Deutschen das gerollte R und das ungerollte R.
Im japanischen zum Beispiel das L und das R.
Man sagt ja immer, Japaner können kein R sprechen.
Das stimmt nicht.
Japaner können sehr wohl ein R sprechen.
Das können die wunderschön.
Im japanischen ist einfach nur das Problem, dass die keinen
Unterschied zwischen einem L und einem R hören.
Das klingt für die beides gleich.
Ob ich sage Raus oder Laus, da hören die keinen Unterschied.
Das ist für die ein und dasselbe.
Vom Gehör her können die da keinen Unterschied machen.
Deswegen, wenn die sprechen, ist das für die extrem schwierig zu
wissen, ob sie jetzt ein L oder ein R sprechen müssen.
Das ist für die kein Unterschied und deswegen kommt häufig dann das
Falsche raus.
Deswegen stimmt es halt nicht, dass die kein R sprechen können.
Die können das sehr wohl sprechen.
Bei denen ist einfach das Problem, dass sie nicht wissen, wann ist
jetzt das L richtig und wann ist das R wichtig, weil für die von der
Perzeption, die hören einfach keinen Unterschied.
Das ist für die ein und dasselbe.
Das Schlimme ist, Phoneme und auch Phone sind nicht immer eindeutig
definierbar und Linguisten, Phonetiker streiten sehr häufig darüber,
was denn jetzt in einer bestimmten Sprache ein Phonem darstellt und
was entsprechend nicht.
Aus dem Streit halten wir uns raus.
Worum es uns hinterher eher geht, ist, wir wollen wissen, was sind
vernünftige Einheiten, um Sprache zu modellieren, um Sprache zu
erkennen.
Und als Spracherkenner verwenden wir meistens ein Wüstesgemisch aus
Phonen, Phonemen und Allophonen und gucken halt, was funktioniert gut
beim maschinellen Lernen, um hinterher Spracherkennung zu betreiben.
Und ob das jetzt ein Phonem nach reiner Lehre oder Phon nach reiner
Lehre ist, ist uns egal.
Und ganz schlimm, da treiben wir dann die Phonetiker immer mit auf die
Palme.
Wenn wir salopp sprechen, nennen wir immer alles Phonem, auch wenn es
nur Phone oder Allophone sind oder schlimmer noch Geräuschlaute oder
sowas, damit kann man dann Phonetiker richtig ärgern.
Die fühlen sich dann immer in der Ehre gekränkt, haben ja auch in
einer gewissen Weise recht, aber da wir keine Phonetik, sondern
Spracherkennung betreiben, denken wir da eher pragmatischer und
weniger wissenschaftlich.
Und dann, neben dem, was sich alles in der IPA-Tabelle beschreiben
kann, hat es Sprache, menschliche Sprache halt immer noch sehr, sehr,
sehr vielfältig und es gibt immer wieder Dinge, die ich vorher noch
nicht kannte.
Wenn ich immer eine neue Sprache anfasse und mir diese neue Sprache
anschaue und dokumentiere und gucke, was es so für Mechanismen in der
Sprache gibt, werde ich bei jeder neuen Sprache bestimmt irgendwie
noch was Neues finden.
Wir haben jetzt schon gesagt, die Klicks in diesen afrikanischen
Sprachen sind zum Beispiel so eine Sache, da hat man keine pulmonische
Sprache, wo die Luft aus der Lunge kommt, sondern man macht halt so
Schnallzahl, man macht halt so kleine Hohlräume, die man entweder
explodieren lässt oder einsaugt.
Und das sind Klicks, mit denen die kommunizieren.
Die können halt sehr viele unterschiedliche Arten der Klicks
unterscheiden.
Also, ob ich die rausdrücke oder reindrücke, können die hören, wie
gesagt, teilweise je nach Sprache, wenn es exotische Sprachen sind,
bis zu 80 unterschiedliche.
Dann die nasalen Vokale im Französischen, da sind wir meistens in der
Schule schon häufig genug, lange genug mit gequält worden.
Das ist halt für Deutsche besonders schwierig, dann so nasale Vokale
zu machen.
Das ist aber im Französischen etwas ganz Normales, muss man halt auch
irgendwie notieren können.
Oder halt auch Töne.
Das ist viel bei den asiatischen Sprachen zum Beispiel der Fall.
Das ist auch noch darauf ankommt, wie diese Grundfrequenz, mit der die
Stimmlippen schwingen, während der Aussprache der Vokale variiert.
Sprich, ob jetzt die Tonhöhe während des Vokals ansteigt, abfällt,
ansteigt, abfällt, so eine U-Form macht oder flach bleibt zum
Beispiel.
Das sind so die typischen fünf Töne im Chinesischen.
Und wenn ich mir so eine Silbe, also Konsonant, Vokal zum Beispiel
anschaue, wie ma, dann macht es halt einen Unterschied, ob ich sage
ma, ma, ma, ma, ma.
Ich kann das nicht anhören so gut.
Das macht, das sind unterschiedliche Phoneme.
Es sorgt dafür, dass halt die Bedeutung des Wortes sich ändert.
Und dann kann man halt anfangen, da solche Beispiele zu konstruieren,
wo ich einfach nur sechsmal die gleiche Silbe hinmache.
Und dadurch, dass ich einfach die Töne auf den Silben modelliere,
einen komplexen Satz damit hinschreiben kann.
Das ist natürlich für uns, für Europäer ist das extrem schwierig, dann
diese Tonalitäten richtig zu hören, weil wir sind halt darauf
trainiert, dass Tonalität keinen bedeutungstragenden Unterschied hat.
Also hören wir das schlicht und einfach nicht, dass sich da was
ändert.
Das Ganze zu produzieren ist dann auch noch extrem schwierig für uns,
weil wir halt auch nicht darauf gedrillt sind.
Für uns hat diese Veränderung der Grundfrequenz andere Bedeutung.
Damit drücken wir andere Dinge aus, als jetzt zum Beispiel immer
Mandarinen oder so.
Und wer glaubt, dass das schlimm ist, der muss sich mal ein paar
afrikanische Sprachen anschauen.
Da gibt es dann noch viel komplexere tonale Muster, wo das hinterher
dann so weit geht, dass diese Tonalitäten auf den Silben durch den
Satz durchpropagiert werden.
Im Chinesischen hat man noch den Vorteil, da kann man ein Wörterbuch
hinschreiben, das Wort mit der Tonalität und weiß dann, was ist die
Bedeutung.
Andere Tonalität kommt andere Bedeutung raus.
In bestimmten afrikanischen Sprachen ist das so, wenn jetzt zum
Beispiel das erste Wort im Satz einen steigenden Ton hat, dann haben
alle anderen Silben auch einen steigenden Ton, außer es kommt ein
Wort, das normalerweise einen fallenden Ton hätte, dann wird der
steigende Ton leicht abgeschwächt.
Das heißt, da kann ich dann nicht mal mehr im Wörterbuch nachschauen,
wie ich es denn jetzt aussprechen muss, sondern das hängt davon ab,
wie dann der Satz komplett zusammengesetzt ist.
Und dann fangen die teilweise an, Grammatik über solche Töne auch noch
auszudrücken und das ist für Linguisten dann extrem schwierig,
überhaupt erstmal dahinter zu kommen, was da der Mechanismus ist,
warum die Töne jetzt so verändert werden im Satz und hat das jetzt
einfach nur Tonpropagation oder ist das eine Umstellung der Grammatik,
ändert sich dadurch die Grammatik des Satzes und so weiter und so
fort.
Das macht es halt spannend, wenn man mit sehr vielen unterschiedlichen
Sprachen arbeitet, weil man da halt sehr viele unterschiedliche
interessante Phänomene kennenlernt.
Wenn wir jetzt menschliche Sprache erzeugen können, dann kommt von
unserem Vokaltrakt eine Schallwelle raus und diese Schallwelle reißt
durch den Raum und die kommt entweder bei meinem Menschen an, der hört
sie und versteht was oder sie muss irgendwie in unseren Rechner rein.
Und damit man die mit einem Sensor, sprich einem Mikrofon in der Regel
gut aufnehmen kann, braucht man auch zumindest so ein gewisses
Grundverständnis darüber, was ist die Physik hinter so einer
Schallwelle.
Wenn man sich jetzt eine Schallwelle anschaut, Schall ist eine Welle
in Gasen oder Festkörpern oder auch in Flüssigkeiten.
Also man kann unter Wasser hören, man kann durch die Luft Schall
übertragen, man kann aber Schall auch, haben wir in der Schule
meistens schon gemacht im Physikunterricht, durch einen festen
Eisenblock durchlaufen lassen.
Wenn wir uns jetzt das Ganze in Gasen oder in Luft anschauen, dann ist
das eine sogenannte Longitudinalwelle, bei dem der Druck entweder in
der Luft oder in der Flüssigkeit modelliert wird, um einen Ruhezustand
herum.
Das heißt, wie muss man sich das vorstellen?
Wellen zeichnen ja meistens als so wellenförmige Linien hin.
Das ist jetzt bei der Luftwelle nicht der Fall, dass irgendwie wie bei
einer Wasserwelle, einer Oberflächenwelle im Wasser, dass da irgendwie
Wasser hoch und runter geht, sondern der Luftdruck verändert sich an
einem Ort über die Zeit hinweg.
Der Luftdruck wird mal höher, der Luftdruck wird mal niedriger.
Und diese Änderung des Luftdrucks, die propagiert sich halt mit einer
gewissen Geschwindigkeit durch den Raum.
Das heißt, wenn ich irgendwo an einer Stelle ein Mikrofon hinstelle,
dann wird es messen, dass mal der Luftdruck höher und dass der
Luftdruck mal niedriger ist.
Wenn stille ist, herrscht trotzdem ein gewisser Luftdruck.
Dadurch, dass die Luft von der Erdanziehungskraft angesogen wird,
steht eine große Luftsäule über uns und hat halt aufgrund seiner Masse
und der Erdanziehungskraft einen bestimmten Ruhedruck.
Dieser Ruhedruck ist so in der Größenordnung auf Meereshöhe im
langfristigen Durchschnitt so was bei 1013 Millibar.
Luftdruck misst man, oder Druck allgemein misst man ja traditionell in
Newton pro Quadratmeter.
Ein Newton pro Quadratmeter ist ein Paskal.
Wenn man sich jetzt diesen mittleren Luftdruck in Paskal hinschreiben
lässt, dann sind das diese 101.325 Paskal.
Das ist ein bisschen unhandlich damit zu arbeiten, weil es eine sehr
hohe Zahl ist.
Deswegen ist man übergegangen, das Ganze in Hektopaskal auszudrücken.
Und ein Hektopaskal ist das gleiche wie ein Millibar.
Wenn ich mir jetzt Schall angucke, dann habe ich den sogenannten
Schalldruck.
Und diesen als Schalldruck definiere ich diesen Wechseldruck zum
statischen Druck des Mediums drumherum.
Das heißt, ich schaue mir, wie groß ist die Abweichung, die
betragsmäßige Abweichung des Drucks, den ich im Augenblick messe, von
dem Ruhedruck, den ich gemessen habe, als nichts da war.
Das heißt, der Druck wird mal ein bisschen höher und niedriger als der
mittlere Druck sein.
Der schwingt ja so drumherum.
Damit man mal einen Eindruck davon bekommt, was das menschliche Gehör
als Sensor da messen kann, ist so, dass der leiseste hörbare Schall
hat einen Schalldruck.
Das heißt, eine betragsmäßige Abweichung vom mittleren Druck von sowas
wie 0,0000001 Paskal.
Das heißt, im Vergleich zu diesen 100.000 Paskal, den ich da habe als
normalen Druck, ist diese kleinste hörbare Abweichung von diesen 100
.000 Paskal extrem niedrig.
Also viele, viele Größenordnungen niedriger als der Ruhedruck des
Gases.
Wenn ich jetzt als Mensch hingehe und mir anschaue, ab wo tut es weh,
ab wo fange ich an, mein Ohr zu schädigen, dann ist das so ungefähr
bei 63 Paskal.
Das heißt, also dieser Normaldruck ist so was wie 10 Milliarden mal
höher als der leiseste hörbare Schall.
Und auch zwischen dem leisesten hörbaren Schall und dem, was ich so
bevor es weh tut, hören kann, da ist auch noch mal eine ganz große,
großer Bereich.
Das heißt also, der Dynamikumfang, was wir Menschen hören können, wenn
man jetzt einfach nur sich den Schalldruckpegel anschaut, ist sehr,
sehr, sehr hoch.
Wenn man sich jetzt Schallen mathematisch anschaut, dann ist das eine
Überlagerung von sinusförmigen, von sinuiden Wellen.
Diese Wellen, die sich da überlagern, die haben halt eine Frequenz f
und eine Periode t und das gilt halt der Zusammenhang, dass die
Frequenz ist halt der Kehrwert der Periode t.
Also f ist gleich 1 durch t.
Die Frequenz messen wir in Hertz und die Periode t messen wir in
Sekunden.
Und der Schall pflanzt sich halt durch sein Medium durch mit einer
Geschwindigkeit, die abhängt von dem Medium.
Und dann ergibt sich eine Wellenlänge, das heißt also die Distanz im
Raum zwischen den beiden Spitzen zum Beispiel in dieser Welle, der
abhängt von der Frequenz und der Ausbreitungsgeschwindigkeit.
Und die Wellenlänge ist eben gerade Ausbreitungsgeschwindigkeit
geteilt durch Frequenz.
Kleine Anmerkung, die Frequenz wird in Hertz gemessen.
Warum sollte sie das ganz besonders interessieren?
Genau, weil der Herr Heinrich Hertz, nachdem das Ganze benannt ist,
eben seine wichtigste Arbeit hier an dem Polytechnikum Karlsruhe, an
der Universität Karlsruhe durchgeführt hat.
Wir haben entsprechend noch einen Herzhörsaal.
Vielleicht haben Sie mal Glück, wenn die Klassen kleiner werden, dass
Sie da mal Vorlesungen drin haben.
Das ist der Originalhörsaal, in dem der Herr Hertz die Existenz der
elektromagnetischen Wellen entsprechend im Experiment nachgewiesen
hat.
Das ist etwas, das sollte man hier als KIT-Absolvent dann kennen und
sich dessen bewusst sein.
Wenn ich mir jetzt diesen Schalldruckpegel anschaue, was mich ja
interessiert, ist nicht die absolute Abweichung vom Schall, sondern
mich interessiert die relative Abweichung, weil die immer nach oben
und unten beinahe, wenn man jetzt so eine sinusförmige Frequenz hätte,
die ist gleich.
Da ich aber diesen extremen großen Dynamikumfang habe, von 0,0001 bis
hin zu 63 Paskal, und wenn ich es nach Hektopaskal mache, wird es
natürlich auch nicht viel besser, arbeitet man gerne mit einer
logarithmischen Skala.
Und diese logarithmische Skala, die man da verwendet, ist halt eine
Dezibel -Skala und damit misst man den sogenannten Schalldruckpegel.
Und was man macht ist, man misst den Schalldruck, nimmt den ins
Quadrat und teilt den durch einen anderen Referenzschalldruck, P0, den
man auch ins Quadrat genommen hat.
Also man nimmt den Schalldruck, Quadrat, geteilt durch einen vorher
per Konvention festgelegten Referenzschalldruck, P0 zum Quadrat, und
davon nimmt man halt den Zehnerlogarithmus, multipliziert das Ganze
mit 10, also ist das Ganze mal, wenn man dann das Quadrat rauszieht,
das Ganze halt entsprechend 20 mal Zehnerlogarithmus von P durch P0
und die, was da rauskommt, heißt Dezibel und genauer gesagt eigentlich
akustische Dezibel, weil wir hier diesen P0-Druck nach einer
Konvention wählen, den nennt man als zweimal 10 hoch minus 5 Paskal.
Das ist der Schalldruck, von dem man früher dachte, dass da die
menschliche Hörschwelle liegt bei einem Ton von einem Kiloherz.
Man dachte früher, dass bei einem Ton mit einer Frequenz von einem
Kiloherz, wenn der einen Schalldruck von zweimal 10 hoch minus 5
Paskal hat, dass der Mensch ihn dann hören kann.
Später hat man festgestellt, dass man sich ein bisschen vermessen hat.
Das liegt in Wirklichkeit, glaube ich, ein bisschen niedriger, aber um
halt die Skala nicht noch mal zu verändern, hat man ihn da einfach
liegen lassen.
Und das Ganze mit der Logarithmischungsskala, halt um diese
riesengroßen Bandbreite, diesem Dynamikumfang gut umgehen zu können.
Wenn man sich jetzt ein paar Beispiele mal anschaut.
Also der Referenzwert P0 ist dem er hat entsprechend 0 Dezibel, also
P0 durch P0 ist 1, Logarithmus daraus ist 0.
Eine ganz leise Nacht hat sowas wie 20 Dezibel.
Wenn man einen Kühlschrankbrummen hat, ist man bei 40 Dezibel.
Wir Menschen, wenn wir normal miteinander sprechen, normale Sprache
produzieren, dann hat das sowas wie 60 bis 65 Dezibel.
Das ist ein Wert, den Sie sich merken müssen und merken sollten, weil
der gewisse Auswirkungen hinterher hat auf die Art und Weise, wie wir
so ein Signal verarbeiten.
Wir wollen ja menschliche Sprache erkennen und menschliche Sprache hat
jetzt so normalerweise Größenordnung 60 bis 65 Dezibel in den
Schalldruckpegel.
Dann beim Presslufthammer wird es langsam unangenehmer, sind wir so
über 100 Dezibel, Rockkonzert 120 Dezibel, bei 140 Dezibel, ab da tut
es dann weh und Raketenstart, da pusten man dann die Ohren weg, der
hat sowas wie 180 Dezibel.
Man sieht auch so bestimmte Sachen, so typischer Straßenlärm, 80
Dezibel ist schon mal relativ hoch.
Vielleicht einfach nur mal so interessant, also die Luftalarmsigrale,
die ist lauter als ein normales, lautes Rockkonzert, die soll man halt
nicht überhören.
Die ist ja auch dann direkt an der Sirene gemessen, wenn man weiter
weg geht, muss man die Sirene ja trotzdem noch hören, deswegen ist die
gerade so, dass es nicht weh tut, aber so laut, dass man sie nicht
überhören kann.
Und ein Gewehr, so ein Gewehrschuss ist eigentlich irgendwas, da macht
man schon sein Gehör mit kaputt, da ist man an der Schmerzgrenze.
Das heißt, bei Ihnen war wahrscheinlich keiner mehr bei der
Bundeswehr, oder?
Das heißt, wenn Sie so einen Actionfilm sehen, wo die alle mal immer
so locker flockig da mit der großen Wumme durch die Gegend schießen,
wenn die das so machen würden, danach die Unterhaltung würde laut wie,
hä, was hast du gesagt, hä?
Dementsprechend, wenn man schießt, hat man normalerweise auch
Gehörschutz, damit man eben danach noch was hört.
Und selbst die Soldaten im Feld, die tragen häufig halt Gehörschutz,
weil es bringt halt nichts, wenn man nach einem Feuergefecht zwar noch
lebt, aber nichts mehr hört, ist halt auch dumm.
Das aber einfach mal, einfach nur so, kurioserweise.
Dann betrachten wir neben dem Schalldruckpegel, also inwiefern ändert
sich der Schalldruck, auch noch die Schallenergie.
Und das ist wichtig, dass wir neben diesem Schalldruck und dem
Schalldruckpegel auch die Energie betrachten, weil es gibt
unterschiedliche Arten von Mikrofonen.
Die einen messen Schalldruckpegel oder Schalldruck, die anderen messen
Schallenergie.
Und es macht einen Unterschied, ob ich das eine oder das andere messe,
von der Art und Weise her, was ich dann hinterher messe.
Wenn man sich jetzt die Energie von Schall anschauen will, dann macht
man hier so eine kleine gedankliche Krücke.
Dann stellt man sich das so vor, als wären die Luftmoleküle an ihrer
Stelle, an so einem fixen Punkt, was weiß ich, am Masten, angekettet
mit einer Feder.
Und durch die Longitudinalwelle, durch diese Änderung im Luftdruck,
werden die Moleküle ausgelenkt für eine gewisse Weile.
Die Feder wird aufgezogen und danach schnappt die Feder wieder zurück.
Und das Ding geht halt da durch, geht in die andere Richtung, bis
wieder von der Feder gehalten wird und wieder zurück und schwingt dann
an so einer Feder hin und her, je nachdem, wie groß jetzt der
Schalldruckpegel ist.
Und dementsprechend, die Energie von so einem Teilchen setzt sich dann
halt zusammen aus der Bewegungsenergie, die es im Augenblick hat, also
wie schnell es gerade durch die Gegend düst, und der potenziellen
Energie durch diese fiktive Feder, die es eigentlich gar nicht gibt.
Das Interessante ist jetzt, wenn man sich anschaut, wie nimmt die
Energie einer Schallwelle ab in der Distanz vom Ursprung der
Schallquelle.
Wenn hier ein Lautsprecher steht und dann Schallwelle reißt durch den
Raum, dann nimmt die Energie quadratisch mit dem Abstand von der
Schallquelle ab.
Der Druck hingegen, der nimmt nur umgekehrt proportional zum einfachen
Abstand von der Schallquelle ab.
Das heißt, es wird schneller, leiser, also die Energie nimmt schneller
ab, als der Schalldruckpegel abnimmt.
Das heißt, wenn ich jetzt zum Beispiel Energie messe, bin ich deutlich
empfindlicher zum Abstand, als wenn ich den Schalldruckpegel messe.
Sozusagen ein Mikrofon, das den Schalldruckpegel misst, das hört
weiter, ist also sensitiver auf einem weiteren Bereich, als wenn ich
ein Mikrofon habe, das die Energie misst.
Das misst dann nach quadratischem Abstand, wird es dann so leise, dass
es das schon gar nicht mehr richtig wahrnimmt.
Und auf die Art und Weise kann ich halt unterschiedliche Arten von
Mikrofonen realisieren.
Mikrofone, die eher geeignet sind, um Sachen aus der Ferne
aufzunehmen, oder Mikrofone, die ich nahe an die Schallquelle ranlege,
dann nehmen sie die Schallquelle auf und alles, was weiter weg ist,
nehmen sie halt nicht mehr so gut auf.
Das kann man sich auch schön verdeutlichen an der Schallfläche mit der
Energie.
Die nimmt halt quadratisch mit dem Abstand von der Schallquelle zu.
Wenn ich also Abstand a auf 2a verdopple, dann ist halt die
Kugeloberfläche, die sich da ausbreitet, dann gleich viermal so groß,
während die Druckänderung halt, wenn ich zweimal weiter weg bin, nur
zweimal so schwach ist.
Dann hatte ich schon gesagt, neben dem, wie der Mensch Sprache
produziert, sollte man auch noch ein bisschen was wissen, wie der
Mensch Sprache hört.
Das ist so, was so die Anatomie des Ohres angeht und was da passiert,
wissen wir relativ viel.
Dann geht das Ganze in den Hörnerv und dann wird es ziemlich fassig
von dem, was wir wissen.
Dann wird es ziemlich unscharf, sind wir relativ unsicher, wie das
genau weitergeht.
Wenn man sich das also anschaut, das Ohr, wir haben als erstes die
Ohrmuschel, die dient dazu, ein bisschen so die Schallwellen
einzufangen, leitet die Schallwellen in den äußeren Gehörgang.
Die gehen dann durch diese Röhre durch und treffen als erstes auf das
Trommelfell.
Und die Schallwelle, die da reinkommt, diese Longitudinalwelle, die
den Druck ändert, die setzt halt das Trommelfell in Schwingung.
Und in der Mitte, ungefähr in der Mitte dieses Trommelfells,
angebracht von innen drin, ist dann so eine Mechanik.
Ambus, Steigbügel und Hammer.
Das sind drei Knöchelchen.
Das ist im Prinzip nichts anderes als so eine Art mechanischer
Verstärker, der halt jetzt diese Schwingungen, das Trommelfell, das
hin - und herschwingt, wie so eine Trommelmembran, wie ein
Lautsprechermembran, wird das Ganze umgesetzt über diese drei
Knöchelchen.
Und diese drei Knöchelchen schlagen dann, also schlagen nicht, aber
sind verbunden mit einer weiteren Membran beim sogenannten ovalen
Fenster.
Und diese Membran am ovalen Fenster, die schließt diese Gehörschnecke
nach außen hin ab.
Das bildet den Eingang zu der Gehörschnecke.
Die Gehörschnecke, dieses Gebilde, besteht halt zum einen aus diesem
schneckenförmigen Bereich hier und da oben aus diesen drei
Bogengängen.
Und das ganze Gebilde ist mit Flüssigkeit gefüllt.
Das heißt also, Trommelfell schwingt und über diese drei Knöchelchen
setzt das Trommelfell dann das ovale Fenster in Schwingung und der
überträgt diese Schwingung auf die Flüssigkeit und setzt die
Flüssigkeit in Schwingung, die in dieser Gehörschnecke drin ist.
Und dann reißt diese Welle hier durch die Schnecke entlang.
Und das Interessante ist, bei der Schnecke, diese Röhre, die wird, je
weiter ich nach innen in der Schnecke gehe, wird die immer kleiner im
Durchschnitt.
Die spitzt sich so ganz ganz zu.
Und was dann passiert ist, dass sich hier drin so eine Art stehende
Welle bildet in der Gehörschnecke.
Und je nachdem, mit welcher Frequenz ich vorne das Fenster anriege,
wie vorne das Fenster, mit welcher Frequenz vorne dieses Fenster
schwingt, ist dieser Wechsel in der Flüssigkeit, der Pegelwechsel, der
Druckwechsel an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich groß.
Dadurch, dass eben diese Schnecke sich so zu immer schmaler wird.
Also keine konstante Röhre ist, sondern immer schmaler wird.
Und dann, je nach Frequenz, schwingen unterschiedliche Bereiche
innerhalb der Gehörschnecke unterschiedlich stark.
Und auf diese Gehörschnecke aufgetragen ist ein Gewebe.
Da gibt es oben diese Haarzellen.
Und dann wird dieses Gewebe aufgrund der Schwingung der Flüssigkeit
versetzt gegenüber dem Grund, auf dem es aufliegt.
Und da drin stecken dann die Haarzellen.
Und durch dieses Verschieben werden diese Haarzellen angeregt.
Und die feuern dann, wenn sie angeregt werden.
Und dieses Feuern der Haarzellen durch diese Schwingung der
Flüssigkeit in der Gehörschnecke, die wird dann mithilfe des Hörnervs
weitergetragen in das Gehirn.
Dann sieht man hier noch was etwas anderes wichtig.
Das Ding hier.
Weiß einer, wie das heißt.
Hier steht es, hier geht es zur Nasenhöhle.
Das heißt also, der Bereich hinter dem Trommelfell, der ist durch so
einen Gang verbunden mit der Nasenhöhle.
Kennt ihr noch jemand aus der Biologie?
Das ist die oestachische Röhre.
Die hat folgenden Grund.
Die dient dem Luftausgleich, dem Luftdruckausgleich.
Also angenommen, hier wäre zu.
Also hier wäre zu, durch das Trommelfell ist zu.
Dann habe ich hier innen drin einen Raum mit Luft, der hat einen
bestimmten Druck.
Draußen hat es auch einen bestimmten Druck, aber der ist im Mittel
1013 Millibar, aber der ist nicht die ganze Zeit 1013 Millibar.
Wenn ich auf den Berg klettere, ist er deutlich geringer, der Druck.
Wenn ich tauche, wird der Druck deutlich größer.
Wenn ein Tiefdruckgebiet durchzieht, wird der Druck deutlich geringer.
Wenn ein Hochdruckgebiet durchzieht, wird der Druck deutlich höher.
Das heißt, wenn hier zu wäre und hier außen ändert sich der Druck, ich
steige auf den Berg und das Wetter ändert sich, dann würde dieses
Trommelfell entweder rausgezogen werden oder reingedrückt werden.
Und zwar so stark auch, dass es entweder reißen würde oder
reingedrückt würde.
Und dadurch, dass ich jetzt hier eine Verbindung zu der Außenwelt
habe, die halt über den Mundraum läuft, kann ich diese
Druckausgleiche, diese langfristigen Druckausgleiche hier draußen,
kann ich die entsprechend ausgleichen.
Das läuft über die ostarische Röhre.
Das ist, was jeder kennt aus dem Flugzeug.
Wenn ich im Flugzeug fliege und starte oder lande, dann ändert sich
der Luftdruck schnell von sowas wie Meereshöhe auf so circa 2000, 3000
Meter über dem Meer.
Ändert sich der Kabinendruck, dann kriege ich Druck auf den Ohren.
Dann merke ich, dass wieder gezogen oder gedrückt wird und dann muss
man halt einmal rauspusten.
Dann wird die ostarische Röhre, die kann man halt so zumachen, die
wird dann einmal aufgemacht und dann wird der Innendruck hinter dem
Trommelfell dadurch einmal ausgeglichen.
Und deswegen ist es zum Beispiel so extrem unangenehm, wenn man mit
der Erkältung fliegt, weil dann kann das Ding unter Umständen mal zu
sein oder halt zugeschleimt sein und nicht mehr so richtig da
belüften, dann wird der Druckausgleich schwieriger.
Das ist dann extrem unangenehm.
Und da oben diese drei Bogengänge, die man da hat, die kennt
wahrscheinlich auch noch jeder aus der Schule.
Das ist letztendlich unser Gleichgewichtsorgan.
Da hat man halt die drei Dimensionen des Raumes, um die man drehen
kann, also die drei Rotationsachsen, die man hat, abgebildet.
Und wenn man halt um die Rotationsachse dreht, schwingt halt das
Wasser da auch in den Gängen und das wird entsprechend registriert.
Also das hat halt Unterschiede.
Gehörlosigkeit kann von der Physiologie her ganz unterschiedliche
Gründe haben.
Also einer der Gründe ist zum Beispiel hier Hörnerv abgeschnitten.
Das ist blöd.
Da kann man zum Beispiel damit zu Implantaten helfen, dass man halt
dann entsprechend das Signal hinterm Ohr abnimmt und dann irgendwie
auf den Gehörnerv drüber spielt.
Es kann natürlich sein, wenn irgendwie die Gehörschnecke missgebildet
ist, kommt halt zu irgendwelchen Fehlbildungen, dann kann es sein,
dass man halt auch nichts hört.
Es gibt alle möglichen Sachen.
So wie einmal ein Arm fehlgebildet sein kann, kann halt auch die
Gehörschnecke fehlgebildet sein.
Wenn da jetzt also die Kopfklicker nicht funktioniert oder dieser
Mechanismus nicht funktioniert, kann man nichts hören.
Und wenn man natürlich sich vorstellt, wenn da irgendwas missgebildet
ist, gibt es natürlich auch eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass halt
diese Bogengänge könnten ja auch missgebildet sein.
Und wenn die missgebildet sind, dann kriegt man halt Schwierigkeiten
mit dem Gleichgewichtssinn, weil die halt zu einem großen Teil
zuständig sind für den Gleichgewichtssinn durch diese drei
Rotationsebene.
Jetzt muss man aufpassen, durch den größten Teil, das heißt zwar das
Gleichgesichtsorgan, ist aber nicht das einzige, anhand dessen wir
Gleichgewicht ableiten.
Gleichgewicht leiten wir zum Teil auch aus visuellen Reizen ab, also
aus dem Sehen.
Kennt jeder, wenn man sich an eine senkrechte, steile Wand stellt und
drunter guckt, dann wird man plötzlich ziemlich unsicher im
Gleichgewicht.
Das hängt damit zusammen, dass das Gleichgewichtsorgan sagt, okay, ist
alles in Ordnung.
Aber der Mensch, wenn der sieht, unsere Erfahrung sagt uns, das große,
flache, lange, gerade, das ist der Boden.
Wenn ich jetzt halt eine senkrechte Wand runterschaue, dann denkt er,
ah ja, guck mal, da, großes, langes, gerade, das ist der Boden.
Oh, du stehst gerade schief.
Und dann fallen die Leute vorne rüber.
Man muss sich ja wieder aufrichten.
Das ist ja irgendwie, passt was nicht zusammen zu dem, was eigentlich
sein sollte.
Deswegen, also man kann also fehlende Gleichgewichtssinne kann man
auch durchs Visuelle zum Teil halt entsprechend ausgleichen.
Manchmal richtig, manchmal halt falsch.
Okay, jetzt ist die Frage noch, was hat das mit diesen Haarzellen und
der Cochlea auf sich?
Das ist jetzt hier einmal durchgeschnitten durch die Gehörschnecke.
Hier, da ist das Wasser.
Da gucken wir jetzt so den Schneckengang lang.
Und dann hat man hier eine Membran, die ist über diese Haarzellen
verbunden hier mit diesem Teil, der sogenannten Basilarmembran.
Und diese Membran, wenn da das Wasser durchfließt, die wird halt vor-
und zurückgeschoben.
Und wenn die vor- und zurückgeschoben wird, dann rüttelt die halt an
diesen Härchen und diese Härchen feuern und dann wird das über solche
Nervenstränge halt weiter geleitet, dann bis man hinterher bei dem
Hörnerv sind.
Steht hier ein, wie ich schon sagte, also unterschiedliche Bereiche in
der Cochlea sind für unterschiedliche Frequenzen zuständig.
Weil halt bei unterschiedlichen Frequenzen, unterschiedlichen
Bereichen besonders das Wasser hin und her bewegt wird, die
Flüssigkeit hin und her bewegt wird.
Und dann in unterschiedlichen Bereichen feuern dann halt
unterschiedliche Härchen.
Und je nachdem, wo halt gerade Aktivität ist, weiß man dann hoher Ton,
niedriger Ton bzw.
Töne sind halt zusammengesetzt oder Schall ist zusammengesetzt aus
unterschiedlichen Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen.
Und dann kann man halt diese Zusammensetzung des aktuellen Schalls in
seinen Frequenzen aus den Aktivitäten der Haarzellen abgreifen.
Und jetzt steht hier etwas sehr Wichtiges.
Diese Synapsen, diese Haarzellen, die feuern mit niedrigerer Frequenz,
als der Schall eigentlich hat.
Häufig hat man fälschlicherweise die Vorstellung, wenn da jetzt in
dieser einen Frequenz viel Energie ist, dann feuern halt die, oder
wenn da eine hohe Frequenz ist, dann feuern halt die Haarzellen sehr
schnell.
Und wenn eine niedrige Frequenz ist, dann feuern sie halt sehr
niedrig.
Und wenn eine hohe Schallenergie ist in der Frequenz, dann werden die
sehr stark hin und her gerüttelt, dann müssen sie besonders stark
feuern.
Und wenn eine niedrige Schallenergie ist, dann feuern sie halt nicht
so stark, aber feuern so in einem Rhythmus, mit dem sie an denen
darüber gerüttelt wird.
Und das ist eben nicht der Fall.
Wenn man sich das anschaut für so eine Synapse bei den Haarzellen,
dann hat die folgendes Verhalten.
Sie hat ein gewisses energetisches Potenzial, ist also wie so ein
Akkumulator aufgeladen oder wie so ein Kondensator aufgeladen.
Und wenn daran gerüttelt wird, dann feuert die und gibt schlagartig
ihre gesamte Energie, die sie sozusagen gespeichert hat, ab.
Das heißt, es ist egal, ob ich ein bisschen dran wackele oder ob ich
stark dran wackele, sie gibt immer die gleiche Menge an Energie ab.
Und dann muss die sich wieder aufladen.
Dann dauert das eine Weile.
Und da gibt es so eine bestimmte Ebene, also die lädt sich im Laufe
der Zeit auf.
Wenn ich jetzt an dem Zeitpunkt an der Haarzelle wieder wackele, dann
macht die gar nichts, sondern die lädt einfach weiter und die lädt so
lange weiter, bis sie dieses minimale Energieniveau überschritten hat.
Und erst wenn ich jetzt wieder dran wackeln würde, wird sie wieder
feuern.
Und diese Zeit, die die zum Aufladen braucht, um wieder bereit zu sein
zu feuern, die ist länger als die Periode, mit der ich an diesen
Haarzellen wackele.
Das heißt also, was da in Wirklichkeit passiert auf der Basilarmembran
ist, dass ich sehr komplexe Muster bekomme.
Je nachdem, welche Schallzusammensetzung ich habe, in welcher
Schallenergie, bekomme ich sehr komplexe Muster von so Teppichen, von
Zellen, die da halt feuern oder nicht feuern und die halt viel feuern
und die wenig feuern, in Abhängigkeit davon, wie hoch die
Schallenergie ist.
Aber die Haarzellen feuern alle immer die gleiche Menge Energie ab.
Und wie gesagt, es kann halt eine Weile dauern, bis sie wieder geladen
ist, auch wenn immer angeregt wird.
Und dann sind halt gerade in diesem Bereich unterschiedliche
Haarzellen aktiv.
Das ist also wie so ein kleines Feuerwerk, so ein Feuerwerksteppich,
der da auf der Basilarmembran in der Gehörschnecke stattfindet.
Und das Ganze führt zu unterschiedlichen Effekten.
Das führt zum einen dazu, dass Menschen nicht alle Frequenzbereiche
gut auflösen können, weil ich kann halt nicht kleine Unterschiede in
der Frequenz so gut darstellen, wenn meine Zellen halt länger
brauchen, bis sie geladen haben.
Und weil diese Flüssigkeit auch nicht hundertprozentig genau in einem
ganz kleinen, schmalen Band feuern.
Und wenn ich dann zwei Frequenzen habe, die sehr nah beieinander sind,
dann kann es sein, dass mehr oder minder so das gleiche Muster an
feuernden Haarzellen auf dieser Gehörschnecke überhaupt stattfinden.
Und das führt dazu, dass zwei unterschiedliche Frequenzen, die nah
beieinander liegen, einen bestimmten Mindestabstand haben müssen,
bevor ich sie als unterschiedliche, separate Frequenzen überhaupt
wahrnehme.
Das nennt sich die kritische Brandbreite.
Und die ist abhängig davon, wo in welchem Bereich des Spektrums ich
mich bewege.
Das führt auch dazu, dass wenn ich einen Rhythmus habe, das heißt
Frequenz ist da, Frequenz ist nicht da, Frequenz ist da, Frequenz ist
nicht da, durch diese Ladeeffekte gibt es irgendwann den Zeitpunkt, wo
ich dieses Anschalten, Ausschalten, Anschalten, Ausschalten der
Frequenz nicht mehr höre, sondern meine, die Frequenz ist die ganze
Zeit da.
Das heißt, ich kann das zeitlich nicht beliebig genau auflösen, ob das
jetzt eine Frequenz ist, die kommt, geht, kommt, geht, kommt, geht,
oder irgendwann meine ich, die Frequenz ist einfach die ganze Zeit da.
Dann dadurch, dass ich also nicht durch diese Energie, die die Zelle
abgibt, kodieren kann, wie laut der Ton jetzt ist, sondern ich das
durch hektische Aktivitätsmuster mache, kann es auch leicht passieren,
dass wenn Töne zu nah beieinander liegen, der leise Ton durch den
lauteren Ton verdeckt wird.
Erst wenn die weit genug auseinander liegen, nehme ich sie dann als,
nehme ich beide Töne wahr.
Wenn die zu nah beieinander sind, kann es sein halt, dass dieses
hektische Aktivieren des lauten Tones den leisen Ton komplett
verdeckt.
Und das Ganze kann ich auch machen mit zeitlicher Folge.
Also wenn ich erst den einen Ton und dann den anderen Ton mache, kann
es sein, dass ich den anderen Ton gar nicht mehr höre, wenn er
zeitlich zu nah und in der Frequenz zu nah an dem anderen Ton vorher
lag.
Effekte aus der Psychoakustik, das ist das, wonach mp3 funktioniert.
Indem es einfach identifiziert, was hört der Mensch eh nicht, dann
brauche ich es auch nicht im Signal zu kodieren und kann damit halt
entsprechend Informationen einsparen und damit mein Audiosignal
stärker komprimieren.
Was man sich dann mal anschauen kann, ist diese Frequenzantwort der
Membran.
Jede einzelne Linie in diesem Bereich entspricht einem Ort auf der
Basilarmembran.
Also jede schwarze Linie ist ein Bereich auf der Basilarmembran.
Und dann hat man für jeden Bereich in Abhängigkeit von der Frequenz
eines Tones abgetragen, wie stark springt er an.
Hier vorne zum Beispiel hat man halt diesen ganz vorderen Bereich.
Da sieht man, bei 100 Hertz fängt er an, ganz stark auszuschlagen.
Höchsten Ausschlag hat man hier so bei 300, 400 Hertz.
Und dann wird es immer weniger.
Aber es ist halt nicht nur so ein schöner, scharfer Peak, also der
Bereich ist nur für 300 Hertz zuständig, sondern der ist
unterschiedlich stark aktiv für den ganzen Bereich außerhalb des
Spektrums.
Und das kann man halt für unterschiedliche Bereiche messen und dann
sieht man, dass man irgendwie solche Bereiche bekommt.
Und teilweise hat man halt hier auch so komische Sachen, steigt an,
fällt wieder ab und dann steigt es ganz stark an.
Man sieht auch zum Beispiel, man muss bedenken, das hier ist eine
logarithmische Skala.
Das heißt also, wenn hier was gleichbreit ist und da was gleichbreit
ist, dann ist das hier in Wirklichkeit viel breiter, weil hier die
Frequenz logarithmisch aufgetragen ist.
Das heißt, dieser Frequenzbereich, den dieser Bereich in der
Basilarmembran abträgt, der geht hier, sagen wir mal, bis 1000 Hertz.
Dieser Bereich, der geht von hier, das sind hier 10.000 Hertz, bis da
ist das erste, da sind wir irgendwo bei, keine Ahnung, 5000 Hertz und
dann gucke ich weiter und dann bin ich irgendwann bei 300 Hertz.
Das heißt, der Bereich, wo er wirklich aktiv ist, der ist viel, viel,
viel breiter als vorne der kleine Bereich, der für die kleineren
Frequenzen zuständig ist.
Das führt zum Beispiel zu dem Effekt, dass wir tiefe Frequenzen
deutlich feiner auflösen können als höhere Frequenzen.
Bei höheren Frequenzen brauchen wir deutlich mehr Abstand, um den
Unterschied in der Tonhöhe feststellen zu können, als bei niedrigen
Frequenzen.
Auch das Lautstärkeempfinden, das wir haben, ist nicht genau eins zu
eins mit dem Schalldruckpegel korreliert.
Also man könnte sagen, der Schalldruckpegel sagt offensichtlich, wie
laut etwas ist.
Bei uns Menschen hängt aber davon ab, wie laut etwas ist, auch von der
Frequenz, die es hat.
Was man hier mal abgetragen hat, ist Frequenz, Schalldruckpegel und
dann hat man gemessen, bei welchem Schalldruckpegel wird denn ein Ton
gleich laut wahrgenommen.
Und so eine schwarze Linie ist Lautstärkeempfinden gleicher Höhe.
Das ist die sogenannte Phonskala.
Hier hat man zum Beispiel drei Phon und da sieht man, dass dann ein
Ton mit 50 Hertz und einem Schalldruckpegel von 40 Dezibel, der wird
als genauso laut wahrgenommen, wie ein Ton bei zwei Kilohertz und bei
0 Dezibel.
Das heißt, ob wir etwas als laut oder leise empfinden, hängt zwar vom
Schalldruckpegel ab, aber es hängt auch davon ab, welche Frequenz der
Ton hat.
Also ein Ton mit hoher Frequenz nehmen wir bis zu diesem Zeitpunkt
leiser wahr als ein Ton mit...
nehmen wir als lauter wahr als ein Ton mit leiser Frequenz und hier
irgendwann steigt es irgendwann ab, so dass wir bei ganz hohen Tönen
nehmen wir die irgendwie mal als ungefähr gleich laut wahr, unabhängig
von dem
Schalldruckpegel.
Das Ganze kann man auch mal versuchen, sich anzuhören.
Das ist manchmal ein bisschen eine Herausforderung hier, weil die
Audioanlage ist halt nicht so toll, aber wir gucken mal, ob wir das
vielleicht trotzdem hinkriegen.
Ich werde Ihnen jetzt der Reihe nach drei Töne vorstellen, vorspielen
und Sie müssten mir sagen, wie viel höher in der Tonhöhe der eine Ton
ist als der andere Ton.
Also erster Ton, zweiter Ton.
Jetzt war die Frage, welcher Ton ist höher, welcher Ton ist niedriger.
Ich spiele es Ihnen nochmal ab.
Gibt es da einen Unterschied?
Gleich hoch, aber unterschiedlich laut.
Das schauen wir uns jetzt mal hier an.
Jetzt wird es langsam von der Wahrnehmung her schon ein bisschen
unterschiedlicher.
Dann hören wir uns noch das letzte an.
Die sind zwar alle immer gleich, aber dadurch, dass sie leicht
unterschiedliche Lautstärken haben, hört sich so ein Ticken zumindest
anders an, von der Tonhöhe her.
Jetzt wieder eine Aufnahme, wo mehrere Töne vorkommen.
Das ist jetzt anders.
Jetzt muss ich es hier auf volle Kontrolle, weil sonst funktioniert es
überhaupt nicht.
Das hier ist jetzt ein anderer Effekt.
Also Sie werden jetzt jede Menge Rauschen hören und dann irgendwann an
einer Stelle bricht das Rauschen ab.
Und dann müssen Sie für so einen Bruchteil einer Sekunde nochmal
nachhören, ob Sie nach dem Abbruch des Rauschens noch irgendwas hören.
Das funktioniert hier mit der Lautansprecheranlage nicht vernünftig.
Normalerweise würde man einen sehr tiefen Ton für einen Bruchteil
einer Sekunde noch danach hören.
Das funktioniert mit der Lautansprecheranlage nicht.
Das muss man sich über Kopfhörer anhören.
Man kann, wenn man das jetzt mit vernünftigem Kopfhörer macht, einen
interessanten Effekt nachweisen.
Wenn man so Rauschen drauflegt, Rauschen ist nichts anderes als
Signalenergie in der gesamten Frequenz.
Wenn wir also hier Frequenzbereich abtragen, da Signalenergie, dann
ist Rauschen zu unterschiedlichen Zeitpunkten, sind halt
unterschiedliche Frequenzen stark aktiv, aber die Frequenzen sind
zufällig wild über das gesamte Frequenzspektrum verteilt.
Das heißt, wenn ich das also über die Zeit aufaddiere, bekomme ich
halt irgendwie sowas raus und dann besteht der Trick darin, dass man
ein Band frei ist.
Normalerweise rauscht das gesamte Frequenzband und jetzt nimmt man so
ein kleines Frequenzband raus und wenn man solches Rauschen drauflegt,
da hört man keinen Unterschied.
Das ist halt Rauschen.
Nur wenn das Rauschen aufhört, dann scheint man einen Ton
wahrzunehmen, der ungefähr in dem Bereich liegt, wo man vorher keine
Energie drin hatte.
Das hat halt was damit zu tun, dass sich hier die H-Zellen komplett
austoben.
Also die werden hier komplett leer gefeuert, weil da die ganze Zeit
müssen sie irgendwie feuern, weil über das gesamte Spektrum irgendwie
was aktiv ist.
Nur der Bereich wird halt für eine gewisse Zeit in Ruhe gelassen.
Der ist dann in gewisser Art und Weise überempfindlich.
Also hier ist komplett Ruhe und da ist noch ein bisschen Saft drin,
der bei kleinster Gelegenheit ausgelöst werden kann, sodass man
danach, bis sich also die H-Zellen wieder komplett regeneriert haben,
nachdem man das Rauschen ausgeschaltet hat, meistens hier so in dem
Bereich noch einen Ton hört.
Das letzte funktioniert aber in der Regel relativ gut.
Da kann man sich dann anschauen, was passiert, wenn Töne vom
Frequenzabstand immerhin näher aneinanderrücken.
Das heißt, Sie hören jetzt gleich zwei Töne, erstmal in zeitlicher
Abfolge, erst den ersten Ton, dann den zweiten Ton und dann hören Sie
beide Töne gleichzeitig.
Und je nachdem, wie nah die beieinander liegen, ist das, was man dann
beim Gleichzeitigen hört, unterschiedlich.
Das heißt, das Zweite, was man da hört, dieses An- und Abschwellen
eines Tones, das ist in Wirklichkeit gar nicht da, sondern das ist
das, was wir hören, wenn man die ersten und den zweiten Ton, den man
da angespielt hat, wenn man die beide gleichzeitig abspielt, dann hört
sich das für uns so an, als würde der eine Ton abschwellen und wieder
ansteigen, obwohl in Wirklichkeit einfach nur zwei Frequenzen aktiv
liegen.
Das liegt daran, dass der eine Ton hat 400 Hertz und der andere hat
403 Hertz.
Die unterscheiden sich kaum von der Frequenz her.
Und wenn ich sie beide gleichzeitig höre, ergibt sich halt dieses
komische periodische Signal.
Das Ganze nennt man dann entsprechend eine Schwebung.
Wenn ich jetzt anfange, die beiden Töne weiter voneinander entfernt zu
machen mit 400, 440 Hertz, dann höre ich nicht mehr dieses
Periodische, sondern das Ganze hört sich so ein bisschen an wie übers
Reibeisen gezogen.
Das sind 400 Hertz und 440 Hertz, beides zusammengemacht.
Da ist halt dieses Periodische irgendwie so schnell, dass es so ein
bisschen wie mit der Reibe, mit der Raspeleimer drübergezogen.
Das nennt man dann eine Rauigkeit.
Und erst wenn ich jetzt hingehe und aus 400 und 500 Hertz mir die
beiden Töne anschaue, erst dann nehme ich die wirklich als zwei
getrennte Töne wahr.
Dann höre ich da jetzt zwei Töne, die gleichzeitig gespielt werden.
Und wie gesagt, wenn ich sie näher anderen heranrücke, wird es erst
rau und unangenehm und dann irgendwann, wenn sie ganz nah beieinander
sind, dieses komische An- und Abschwellen, diese Schwebung, die
eigentlich in Wirklichkeit gar nicht da ist.
Abhängigkeit davon, wie laut wir etwas wahrnehmen und ab wann wir
einen Ton überhaupt wahrnehmen können, in Abhängigkeit von der
Frequenz, kann man sowas definieren wie die Hörfläche.
Jetzt haben wir also den Frequenzbereich da so von 200 Hertz bis 20
Kilohertz aufgetragen.
Hier wieder den Schalldruckpegel in Dezibel und die untere schwarze
Linie gibt an, wie laut muss der Ton mit dieser Frequenz sein, damit
ich ihn überhaupt höre.
Die obere Grenze sagt an, wie laut muss der Ton überhaupt mit der
Frequenz sein, dass es, sagen wir mal, weh tut.
Ab da, wenn ich lauter mache, wird das Ganze wahr, wird das Ganze
geschädigt, dann tut es wirklich weh, dann füge ich Schaden hinzu.
Und dann kann ich hier so einen inneren Bereich abzeichnen.
Das ist ungefähr das, was wir als Sprache wahrnehmen.
Und dieser hellgraue Bereich, das ist ungefähr das, was wir so als
Musik wahrnehmen, in dem sich Musik befindet.
Wichtig ist halt hier, wenn ich irgendwann mal hier drüber hinausgehe
über einen bestimmten, dann kann ich den Ton so laut machen, wie ich
will.
Ich höre ihn nicht, aber in der Regel schädigen tue ich das Gehör auch
nicht, weil einfach die Mechanik so langsam so träge ist, dass sie das
Ganze nicht mehr wahrnimmt.
Dieser Bereich, wissen Sie selber, nimmt halt im Alter ab.
Als Jugendlicher kann man teilweise 20 Kilohertz und noch mehr
wahrnehmen, wenn man älter wird.
Und jetzt kommt das Erschreckende für Sie.
Wer ist 25?
Also wer ist älter als 25?
Wer ist jünger als 25?
Ab 25 geht es bergab.
Also die, die knapp an der 25 dran sind, sie erreichen gerade ihren
biologischen Höhepunkt.
Ab jetzt fällt der Körper auseinander.
Das heißt, ab dem Alter fängt das auch an, dass diese Grenze sich nach
unten bewegt, dass man da irgendwann halt den 20-Kilohertz-Ton nicht
mehr wahrnimmt.
Früher konnte man das gut hören.
Früher gab es noch richtige Fernseher, so Röhrenfernseher, so
braunsche Röhre mit so Elektronenstrahlen und dann wurden die so
abgelenkt und so weiter.
Wer früher ein Gutes gehörte, der konnte den Ablenkstrahl hören, der
konnte das Fiepen hören.
Durch diesen Elektronenstrahl, der da drüber wandelt, der konnte das
hören, dieses Fernsehfiepen.
Und dann irgendwann erreicht man ein Alter, da hört man es einfach
nicht mehr.
Dann weiß man, jetzt hat man... aber heutzutage geht das eh nicht
mehr, mit den LCs geht das halt nicht mehr oder LEDs oder was auch
immer.
Da hört man das entsprechend nicht mehr.
Okay, so viel zu dem Thema Hören.
Eine ganz wichtige Lektion, die Sie mitnehmen sollten und die ganz,
ganz wichtig jetzt für Sie ist, wenn Sie sich noch mal anschauen, was
hört der Mensch?
Der Mensch hat da einen Detektor, der einem sagt, welche Frequenz ist
wie aktiv im Signal.
Wir haben da einen Frequenzdetektor.
Der hat das Signal zerlegt in die Frequenzen, aus denen es
zusammengesetzt ist und mir sagt, für jede Frequenz wie viel Energie.
Was mir der nicht sagt, ist, mit welcher Phase die Frequenz vorhanden
ist.
Das heißt, wenn ich einen Sinuston Ihnen vorspiele, dann hören Sie,
welche Frequenz der da hat.
Wenn ich aber die Phase des Sinustons verändere, das hören Sie nicht.
Und das ist in sofern relativ wichtig für die Spracherkennung, weil
wir stehen uns auf den Standpunkt, wenn der Mensch keine Phase
braucht, um Sprache zu erkennen, dann brauchen wir auch keine Phase.
Und alles, was wir in der Vorverarbeitung dementsprechend machen, ist
eines der ersten Dinge.
Wir werfen diese Phaseninformationen weg, weil sie anscheinend
überflüssig ist.
Plus wir lösen Frequenzen unterschiedlich stark auf.
Untere werden gut aufgelöst, hohe werden schlecht aufgelöst und
hinterher in der Vorverarbeitung sagen wir, okay, dann reicht es auch,
wenn wir hohe Frequenzen grob auflösen und niedrige Frequenzen fein
auflösen.
Das ist das, was man sozusagen mitnehmen kann aus dem, wie der Mensch
jetzt Sprache hört und wie sein Gehör funktioniert.
Und alles Weitere sehen wir dann, da Mittwoch Feiertag ist, nächste
Woche.
Dann wünsche ich Ihnen jetzt zwei schöne Feiertage und wir sehen uns
nächsten Montag dann entsprechend wieder.