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Ein paar Fragen (Richtungswahrnehmung / 2 Töne gleichzeitig)

Diskussionen über Funktionsprinzipien und Grundlagen
maddin91
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Ein paar Fragen (Richtungswahrnehmung / 2 Töne gleichzeitig)

Beitrag von maddin91 »

Hallo!

Da ihr euch ja so gut auskennt und es einfach Spaß macht, sich in diesem Forum zu unterhalten, wollte ich mal ein paar Fragen stellen, die ich schon länger habe.

1. Ich verstehe das allgemeine Prinzip der Ohren nicht. Wie kann das menschliche Ohr merken, ob ein Ton von vorner oder hinten etc. kommt? ich dachte immer, dass Schall, der von hinten kommt, auf die Haut trifft, und diese die vibrationen registriert. Somit weiß man dann aus welcher richtung der Ton kommt. Würde dies aber korrekt sein, würden Surround Kopfhörer nicht funktionieren.

2. Wie lässt ein Lautsprecher mehrere Töne gleichzeitig erklingen? Ein Ton ist eine Welle. Die Tonlage hengt von der Frquenz bzw. der Wellenlänge ab. Im Lautsprecherkabel werden diese Frequenzen als Stromstöße zum Lautsprecher geleitet.
Durch erlektromagnetische Reaktionen bewegt sich die Membran mit der Frequenz, mit der die Stromstöße ankommen.
Soweit alles richtig?
Aber wie können nun verschieden hohe Töne gleichzeitig widergegeben werden?
Dafür müssen zwei verschiedene Frequenzen das Kabel durchlaufen, aber diese müssten sich doch addieren, was einen höheren Ton ergeben müsste.
Haben wir nun einen 200Hz Ton und einen 3000Hz Ton müsste doch ein 3200 Herzton hörbar sein.
Dies ist ja aber nicht der Fall. Oder kann es sein, dass es nur Einbildung ist, dass man zwei verschiedene Töne gleichzeitig hört und in Wirklichkeit nur ein Ton widergegeben wird?
Dies würde ja dann aber bedeuten, dass bei Basstönen kein Hoch- oder Mittelton zu hören ist.

Ich hoffe mir kann einer helfen.
Ich hab noch eine dritte Frage gehabt, die mir leider entfallen ist.
Und da ich jetzt schnell los muss, hab ich auch keine Zeit weiter zu überlegen :D

Freu mich schon auf eure Antworten.

Gruß
Maddin
Unbiter
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Beitrag von Unbiter »

1. Soweit ich weiß, hat die Haut damit nichts zu tun. Es ist wohl einfach so, dass der Schall in Form von bewegter Luft von hinten kommend minimal länger braucht, da er um die Ohren rum und dann erst rein in den Kopf kann. Und das merkt dein Gehirn^^

2. Das interessiert mich auch sehr. Außerdem hab ich auch nicht verstanden, warum der Lautsprecher ordentliche Geräusche wiedergibt und nicht nur Piepsen(wie bei so Hörtests zB).
Kommt einem selbstverständlich vor, aber den Grund krieg ich nicht raus. Hatte aber leider auch nur 2 Jahre Physik in der Schule ._.
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nobex
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Beitrag von nobex »

Evtl hilft zu 2. dieser Link und dortige Grafik etwas den Knoten zu lösen
http://www.geogebra.org/de/examples/fou ... gerung.htm
maddin91
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Beitrag von maddin91 »

Zu 1.:
Dem wäre vorausgesetzt, dass das gehirn weiß, wann der Schall losgesendet wurde. ^^
Halte ich für unwarscheinlich. Also die Idee mit dem längeren Weg bezweifel ich.
Aber könnte es vielleicht etwas mit der speziellen Form der Ohrmuschel zu tun haben?

Zu 2.:
Die Frage verstehe ich nicht wirklich. Warum sollte nur piepsen kommen? Jeder Ton kann ohne Probleme erzeugt werden, da jeder Ton eine bestimmte Frequenz hat. Durch schnelles ändern der Töne kommt es dann zu Stimmen oder Geräuschen.
Und es handelt sich hier glaube ich um extrem schnelles Wechseln der Frequenz (Ton).
Oder habe ich deine Frage falsch verstanden?

Gruß
Maddin
Me
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re

Beitrag von Me »

1) Wie der Mensch Geräusche ortet? Die Wellenlängen des Schalls im hörbaren Bereich sind etwa in den Ausmaßen des Kopfes bzw. der Innendimensionen des Ohrs (Bässe ausgenommen, die kann man aber auch nicht orten).

Der Schall wird um den Kopf gebeugt, es gibt Interferenzen an den Ohrmuscheln, schallanteile werden Laufzeitverzögert ans Trommelfell weitergegeben,.... all das nennt sich "HRTF". Das Gehirn kennt aus langjähriger Erfahrung die "Verfärbungen" des Schalls durch den Kopf und kann dem Schall eine "Einfallrichtung" zuordnen. Zusätzlich werden auch die Laufzeitunterschiede vom Ohr links und rechts zugeordnet.

Du kannst einmach mal einen großen Gegenstand am Kopf vorbeibewegen wenn du Musik hörst, die Verfärbungen sind leicht rauszuhören. Auch Sinustöne abzuspielen und dabei den Kopf zu drehen ist beim ersten mal ein interessanes Phänomen.

Es gibt sogar Kunstkopfaufnahmen für Kopfhörer. Diese werden mit Plastikköpfen mit Micros in den künstlichen Gehörgängen aufgenommen. Über Stereokpfhörer wiedergegebene Kunstkopfaufnahmen hört man dann anschließend Surround. Interessant in der Beziehung ist auch das "Headzone" von Beyerdynamik (google weiß mehr).

2) Bei Superposition kannst du unterschiedliche Frequenzen auf ein Medium geben, diese stören sich kein bißchen. Wenn du und ein Freund gleichzeitig reden, überlagert sich der gesprochene Schall auch ohne Probleme.

Problematisch in der Beziehung sind "nichtlinieare" Medien - dann wird das Ausgangssignal nicht nur vom Eingangssignal sondern auch vom Pegel abhängig. Das Problem hat man z.B. bei Breitbandlautsprechern, Bässe sorgen für unschöne Dopplerverzerrungen bei gleichzeitig abgegebenen höheren Tönen. Einer der Gründe für Mehrweglautsprecher. In dem Fall klappt die Superposition nicht mehr.

Eigentlich gibt es kein 100% lineares Medium, weder Verstärker noch Lautsprecher. Aus dem Grund interessieren sich einige Kunden beim Kauf auch für die Verzerrungswerte, sprich Klirrfaktor und ähnliches.
Unbiter
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Beitrag von Unbiter »

maddin91 hat geschrieben:Zu 2.:
Die Frage verstehe ich nicht wirklich. Warum sollte nur piepsen kommen? Jeder Ton kann ohne Probleme erzeugt werden, da jeder Ton eine bestimmte Frequenz hat. Durch schnelles ändern der Töne kommt es dann zu Stimmen oder Geräuschen.
Und es handelt sich hier glaube ich um extrem schnelles Wechseln der Frequenz (Ton).
Oder habe ich deine Frage falsch verstanden?

Gruß
Maddin
Das wirds sein. Wie gesagt, ich hab kein Plan xD
Aber das klingt schonmal logisch.
maddin91
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Beitrag von maddin91 »

Oke Frage 2 ist damit geklärt.
Frag mich nur wieso ich nicht selber drauf gekommen bin, da ich schließlich gerade 2 Semester im Physik Leistungskurs Wellen und Interferenzen behandelt habe :o

Zur ersten Frage is tmir aber noch etwas unklar.
Wo genau wird der Schall gebeugt? Trifft er von hinten auf die Ohrmuschel durchdringt diese und erfärt dadurch eine verfärbung, die das Gehirn "kennt"?

Schonmal vielen Dank für die Antworten

Gruß
maddin
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ramses
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Re: Ein paar Fragen

Beitrag von ramses »

zu 2.)
maddin91 hat geschrieben: Dafür müssen zwei verschiedene Frequenzen das Kabel durchlaufen, aber diese müssten sich doch addieren, was einen höheren Ton ergeben müsste.
Haben wir nun einen 200Hz Ton und einen 3000Hz Ton müsste doch ein 3200 Herzton hörbar sein.
Hallo Maddin,

das ist prinziell richtig. Allerdings "addiert" (Grafische Addition wie im Beispiel von Nobex) sich nicht die Frequenz (höhere Frequenz führt zu hörerem Ton), sondern die Amplitude. Die Frequenz von beiden Signalen bleibt die gleiche, also 200Hz und 3000Hz.

Die Grafik von Nobex beschreibt das Verhalten Goldrichtig:
Du kannst auch annehmen das die 1. Schwingung deinen 200Hz und die 2. Schwinung deinen 3000Hz entspricht.
Die Resultierende Schwinung wird aber die gleiche Frequenz wie die Grundwelle, also die 2. Schwingung haben, sich also in der Tonhöhe nicht verändern.
Die 1. Schwingung in diesem Fall wäre eine Oberwelle.

http://www.geogebra.org/de/examples/fou ... gerung.htm

Bitte schau dir den Link an. Das ist die Lösung deines Problems!
Falls du es anhand dieses Beispiels nicht verstanden hast, dann kannst du gerne nochmal nachfragen :-D

schönen Gruß

Hannes
Zuletzt geändert von ramses am Mi 8. Jul 2009, 10:22, insgesamt 1-mal geändert.
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Beitrag von Me »

Die Beugung fängt an, wenn der Schall etwa die gleiche Wellenlänge hat wie der Kopf + Schultern (also knapp 50-30 cm), damit der Schall vom sehr viel kleineren Ohr beeinflusst wird ist die Wellenlänge etwas kleiner, ab etwa 10-7cm abwärts.

Wenn du dir mal Sinustöne runterlädst und versuchst diese zu orten, wirst du merken, dass du mit den Frequenzen am besten klarkommst, bei denen diese Wellenlängen vorliegen. Bei einem Klirrenden Lautsprecher (quasi jeder) können natürlich die hochfreqtuenten Oberschwingungen mit zur Ortung genutzt werden. Diese sind für das Ohr aber gerade im Bass nicht immer Hörbar (Verdeckungseffekte), die Ortung von sehr tiefen Frequenzen (große Wellenlängen) erschweren sich also zusätzlich.
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Thias
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Beitrag von Thias »

Nochmal was interessantes zur 1. Frage

Richtungswahrnehmung
Die Stichwörter Laufzeitdifferenzen durch die Ohrabstände und und die damit verbundene Richtungswahrnehmung bringens auf den Punkt:
Die beiden menschlichen Ohren können Differenzen von 5 us als Richtungsänderung wahrnehmen.
Wie wenig das ist, wird deutlich, wenn man die höchste hörbare Frequenz betrachtet, das sind max 20 kHz, also 50 us.
Die Ohren an sich als "Sensoren" nehmen diese Zeitdifferenzen nicht mehr wahr, aber das Gehirn kann sie "auseinanderrechnen"

Die Unterscheidung zwischen vorn und hinten sind, nehme ich auch an, neben den Laufzeitdifferenzen die Klangverfärbungen, wie oben schon angesprochen.


Habe hier einen sehr interessanten Vortrag gefunden:
http://www.aktives-hoeren.de/downloads/ ... 300708.pdf
Natürlich gilt die Physik auch bezogen auf das menschliche Hören. Die Bandbreite des menschlichen
Gehörs wird anhand von Hörtests mit Sinusschwingungen auf maximal 20kHz (Erwachsener höchstens
17kHz) festgesetzt. Allerdings sollten beim menschlichen Hören nicht die Eigenschaften eines Ohres
isoliert betrachtet werden, genauso wie der „psychoakustische Filter“ Gehirn nicht vernachlässigt
werden sollte. Das Gehirn ist zusammen mit zwei Ohren Teil des menschlichen Übertragungssystems
und bestimmt die Hörwahrnehmung immer mit.
Wenn es zum Beispiel um Richtungswahrnehmung geht, sind Winkelabweichungen von nur 3-5 Grad
exakt wahrnehmbar. Das entspricht einer Laufzeitdifferenz zwischen beiden Ohren von etwa 10μs.
Hingegen kann das Ohr zwei zeitlich diskrete Signale nur mit einem zeitlichen Abstand größer 10ms
bewußt als zwei Signale voneinander trennen. Untersuchungen im Bereich Instrumentenakustik
wiederum zeigen, dass der Mensch kleinste Signalstrukturen bis hinab zu einer Größenordnung von 5μs
wahrnimmt und diese für einen natürlichen Höreindruck benötigt1.
Rechnet man die 20kHz der höchsten hörbaren Frequenz um in Zeitauflösung, ergibt das 25μs. Rechnet
man die 10ms Zeitauflösung um in eine maximal hörbare Frequenz, so dürften wir keine Frequenzen
über 50Hz (das ist die Frequenz eines Netzbrummens) hören. Gleichzeitig hören wir beim Bestimmen
von Richtungen Zeitabstände von 10μs und nehmen in Klängen Signalstrukturen bis hinab zu 5μs wahr.
... mit (audio)vielen Grüßen
Thias
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