Hearing

Hearing
The Gateway to Speech
Perception
Der Hörer
• Kommunikation: Übertragung von
Gedanken oder Gefühlen von einem
Sprecher zu ein einem Hörer.
• Bedeutungen werden den Lautmustern
entnommen.
• Grundlage für die auditive Analyse bilden
die Gebiete der Phonetik, der Phonologie,
ebenso wie Morphologie und Syntax.
www.ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6-542JFall-2005/Syllabus/
1. Wie funktioniert „hören“?
• Das menschliche Gehörsystem analysiert Klänge
anhand Frequenz- und Intensitätsänderungen (in der
Zeit).
• Nicht nur Änderung in Amplitude, sondern auch in ihrer
Übertragungsart (Außenohr Mittelohr Cochlea Gehörnerv Gehirn)
• Mittelohr: Druckwellenmechan. Schwingungen (mittels
Gehörknöchelchenkette)
• Transformation der Schwingungen in der im
Temporallappen liegenden Cochlea: mechanische
Schwingungen Wanderwellen
• Nervenenden der Cochlea Nervenimpulse Gehirn
Das Ohr
Außenohr
Mittelohr
Innenohr
http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:HumanEar.jpg
Wieso benötigt der Mensch zwei Ohren?
• Der Mensch benötigt zwei Ohren, um die
Schallquelle zu bestimmen.
• Handelt es sich jedoch um eine gehörlose bzw.
schwerhörige Person, besteht die Schwierigkeit
darin, festzustellen, woher ein Geräusch/Klang
kommt und wo sich somit unter Umständen
weitere Personen (im Raum) befinden.
2. Aus welchen Teilen besteht das Außenohr?
a)
b)
Ohrmuschel
Eigenschaften:
Klangfilterung; empfänglicher gegenüber Klängen auf der
Vorderseite des Körpers; Richtungshören
Funktion:
Schutz des äußeren Gehörganges und des Trommelfells
Äußerer Gehörgang
Eigenschaften:
Offenes Rohr, 2,5 cm lang; Mittenfrequenz der ersten
Resonanz 3.400 Hz, schließt mit dem Trommelfell ab.
Funktion:
Schutz der empfindlichen Teilen des Ohrs vor
eindringenden Substanzen/Gegenständen (z.B. Staub,
Insekten); zusätzlicher Schutz durch ‚Ohrenschmalz‘
2a) Welche Schallwellen werden verstärkt, welche
nicht? (welche Eigenschaften kann das Ohr somit
erfüllen?)
• Verstärkung der mittleren und hohen
Frequenzbereiche eines Klanges durch den
äußeren Gehörgang um ein 2-4faches.
• Empfänglicher für Klänge „vor“ dem Kopf; somit
wird die Eigenschaft des Richtungshörens erfüllt.
• Wichtig für: die Wahrnehmung von (stimmlosen)
Frikativen, da hier die Grundfrequenz nur ca.
2.000 Hz beträgt.
Das Mittelohr I
• Beginnt am Trommelfell, welches auf die
Druckveränderungen (über ein weiten
Frequenzumfang) reagiert.
• Das Trommelfell hat eine Größe von ca. 0,55
cm2 (aktiv) und ist fest verbunden mit der
Gehörknöchelchenkette, bestehend aus
Hammer, Amboss und Steigbügel.
• Vom Hammer ausgehend: Trommelfellspanner,
mittels dessen Kontraktion die Spannung bzw.
die Schwingungseigenschaft des Trommelfells
variiert.
Das Mittelohr II
• Niedrige Frequenzen: Trommelfell schwingt als
Ganzes mit; dagegen bei
• Höheren Frequenzen: nur bestimmte Teile des
Trommelfells schwingen bei bestimmten
Frequenzbereichen mit, was dem Schutz des
Innenohres dient.
• Der Schalldruckpegel wird um 30 dB erhöht, da
ein Ausgleich zwischen dem Trommelfell und
dem flächenmäßig kleineren ovalen Fenster
(0,03 cm2) hergestellt werden muss, um sowohl
den Luftwiderstand sowie auch die
Lymphflüssigkeit auszugleichen.
Das Mittelohr III
• Die im Außenohr empfangenen und verstärkten
Schwingungen werden im Mittelohr übertragen
und zu mechanischen Schwingungen
modifiziert.
• Funktionen:
a) Schalldruckverstärkung
b) Luftdruckausgleich mittels der Eustachischen
Röhre, die mit dem Nasenrachenraum
verbunden ist (Druck zu beiden Seiten des
Trommelfells gleich).
c) Schalldämpfung, wenn ein Pegel von 85-90 dB
erreicht wird ( 2 Theorien!?).
3. Die Gehörknöchelchenkette – ein Hebelsystem
• Hammer: befestigt am Trommelfell
• Amboss: als „Achse“ wirkend zwischen Hammer
und Steigbügel
• Steigbügel: bildet die Verbindung zum Innenohr
und setzt am ovalen Fenster an.
• Insgesamt schließt sie die Lücke zwischen
Trommelfell und Cochlea.
• Mittels Schwingen des Trommelfells setzt sich
dieses System in „Bewegung“ und leitet die
Schwingungen ins Innenohr weiter.
3. Die Gehörknöchelchenkette – ein Hebelsystem
•
Zwei Theorien zur Funktion des Systems:
1) Schutz des Innenohres: zu hohe Frequenzen
werden gedämpft mittels der Kontraktion eines an
den Steigbügel ansetzenden Muskel (m. stapedius).
Auswirkung: der Steigbügel wird zu einer Seite
„gezogen“, der Winkel zum ovalen Fenster
verändert und der Druck somit reduziert.
2) Versteifung des Hebelsystems
Intensitätsregulierung, d.h., der volle Druck wird
nicht übertragen.
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•
•
Das Innenohr I
Im Temporallappen gelegen, bestehend aus
Vestibulum und Labyrinth (Bogengänge +
Cochlea, in welcher die erste Schallanalyse
stattfindet)
Cochlea ~ Schnecke, die in der Mitte durch die
Basilarmembran und die Reissner‘sche
Membran (Endolymphschlauch) geteilt ist.
Oberhalb: Scala vestibuli (Vorhoftreppe), hinter
ovalem Fenster gelegen.
Unterhalb: Paukentreppe mit rundem Fenster
(Druckausgleich Überdruck in Perilymphe
durch Eindrücken des ov. Fensters, dann
Unterdruck durch entgegen gesetzten Vorgang).
Cochlea
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•
Das Innenohr II
Zwischen Vorhof- und Paukentreppe: Scala
media, eigentliches Gehörorgan.
Abgegrenzt durch die beiden Membranen, wobei
auf der Basilarmembran das Cortische Organ,
der eigentliche „Hörapparat“ liegt.
Bestehend aus: Tausenden von Haarzellen,
worüber sich eine gallertartige Masse befindet:
Tektorialmembran.
Es kommt zu Berührungen zwischen T- und BM
„Abknicken“ der Härchen Stimulation
(Reiztransformation : Nervenimpulse ans
Gehirn)
Zusammenfassung
• Außenohr: Schallempfänger, Schallverstärker
• Mittelohr: mechanische Übertragung sowie
Schallverstärker
• Innenohr: Reiztransformator
The Acoustic Cues
Überblick
• Akustische Sprachmuster
- komplex und veränderbar
• Frage, ob bestimmte Eigenschaften von
größerer Bedeutung sind als andere.
• Sprachwissenschaftler: Modifikation bestimmter
Parameter des Sprachsignals Test, ob die
Hörer die Effekte der Sprachwahrnehmung
erkennen.
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•
•
1. Delattre, Liberman, Cooper and Gerstman
Produktion von Vokalen mittels des Pattern
Playback – Systems (steady-state Formanten).
Untersuchung der unterschiedlichen
Formantenfrequenzen.
Ergebnisse: F1 und F2 sind die wichtigsten
Hinweise für die Identifikation von
(Vorderzungen-)Vokalen (obwohl es
Überlappungen der F1- und F2-Ebenen gibt).
F0 und F3 nur zusätzliche Eigenschaften.
Formant zwischen F1 und F2 notwendig zur
Identifikation von Hinterzungenvokalen.
http://www.ling.su.se/staff/hartmut/kempln.htm
•
-
Vokale:
stimmhaft
offenes Ansatzrohr
Produktion von
Formanten
- Wichtigstes Merkmal:
Formantfrequenzen
• Approximanten:
- stimmhaft
- Transitionen (schneller
als bei Diphthongen)
- Änderung von F2 (und
F3)
• Diphthonge:
- Änderung der
Vokalqualität und somit
der Formanten (F2)
- Transitionen
•
-
Nasale:
Artikulationsort
Totalverschluss
Beeinflussung
benachbarter Laute
- Antiresonanzen
• Plosive:
- Totalverschluss
(oral+velopharyngeal)
- Verschlusslösung
- Änderung der
Formantfrequenz z.B. zw.
Lösungsverschluss und
Vokal (Modifikation des
Vokaltraktes)
3) Was ist das Interessante an
Plosiven?
• Verschluss – Lösung –
Burst
• Erneute
Formantbewegung zum
nächsten Laut (Vokal)
• Frikative:
- Turbulenter Luftstrom
(Friktion)
- Sibilanten vs. NichtSibilanten
(Differenzierung in der
Frequenz)
• Affrikaten:
- Kombination aus den
Eigenschaften von
Plosiven und Frikativen
2) Was besagt das „Konzept der Normalisierung“?
• Geschlechtsspezifische Unterschiede in
Vokaltrakt sowie den pharyngealen- und
Resonanzräumen.
• Vokalidentifikation: es gibt keine
Abgleichungsformel, um Frequenzen zu
vereinheitlichen z.B. im Kontext [b-t] ist der
Vokal entweder als [ɛ] oder [I] realisiert.
• Vokale als „Referenzen“ für Abgleichungs –
prozess.