Binaurales Hören und Schalllokalisation

Das Hören mit zwei Ohren ermöglicht es Zuhörern, Schall im Raum zu lokalisieren und einen Zielsprecher von konkurrierenden Geräuschen zu trennen. Binaurales Hören nutzt die geringfügigen Unterschiede zwischen den Signalen an den beiden Ohren, hauptsächlich in Bezug auf Ankunftszeit und Pegel, zusammen mit der spektralen Formung durch Kopf und Außenohren. Dieses Thema behandelt die Hinweise auf die Richtung eines Schalls, die Mechanismen, die die beiden Ohren vergleichen, und die Vorteile des binauralen Hörens für das Hören in geräuschvoller Umgebung.

Definition

Binaurales Hören ist die gemeinsame Nutzung beider Ohren zur Schallverarbeitung, und Schalllokalisation ist die Bestimmung der Richtung und Entfernung einer Schallquelle durch den Zuhörer anhand akustischer Hinweise, hauptsächlich der Unterschiede zwischen den Signalen, die jedes Ohr erreichen.

Scope

Das Thema behandelt interaurale Zeit- und Pegelunterschiede, spektrale (Ohrmuschel-)Hinweise für die Höhen- und Vorne-Hinten-Auflösung, die Lokalisationsschärfe, die binaurale Verarbeitung, die die beiden Ohren kombiniert, und die Vorteile des binauralen Hörens für das Sprachverstehen in geräuschvoller Umgebung. Es handelt sich um Referenz- und Bildungsmaterial zum räumlichen Hören, nicht um klinische Leitlinien.

Core questions

• Welche akustischen Hinweise geben einem Zuhörer Aufschluss über die Herkunft eines Schalls?
• Wie vergleicht das auditorische System die Zeitgebung und den Pegel an den beiden Ohren?
• Was löst Mehrdeutigkeiten wie vorne versus hinten oder die Höhe auf?
• Wie hilft das Hören mit zwei Ohren in lauten Umgebungen?

Key concepts

• Interauraler Zeitunterschied
• Interauraler Pegelunterschied
• Duplex-Theorie
• Kopfbezogene Übertragungsfunktion und Ohrmuschelhinweise
• Minimaler Hörwinkel
• Konfusionskegel und Vorne-Hinten-Mehrdeutigkeit
• Binaurale Unterdrückung und räumliche Entmaskierung
• Das Cocktailparty-Problem

Key theories

Duplex-Theorie der Lokalisation

Die horizontale Lokalisation beruht auf zwei komplementären Hinweisen: Interaurale Zeitunterschiede dominieren bei niedrigen Frequenzen, wo der Kopf wenig akustischen Schatten wirft, und interaurale Pegelunterschiede dominieren bei hohen Frequenzen, wo der Kopf das weiter entfernte Ohr abschirmt.

Koinzidenz-Detektions- (Orts-)Modell des interauralen Timings

Jeffress schlug vor, dass interaurale Zeitunterschiede durch Neuronen kodiert werden, die als Koinzidenzdetektoren entlang von Verzögerungsleitungen fungieren, so dass der Ort der maximalen neuronalen Reaktion eine bestimmte interaurale Verzögerung und damit eine Richtung darstellt.

Mechanisms

Ein seitlich einfallender Schall erreicht das nähere Ohr etwas früher und bei hohen Frequenzen intensiver, wodurch interaurale Zeit- und Pegelunterschiede entstehen, die der Hirnstamm vergleicht; der mediale obere Olivenkern ist empfindlich für interaurale Zeitunterschiede und der laterale obere Olivenkern für interaurale Pegelunterschiede. Die Falten der Ohrmuschel filtern den Schall richtungsabhängig und fügen spektrale Hinweise hinzu, die Höhen- und Vorne-Hinten-Mehrdeutigkeiten auflösen, die die interauralen Hinweise allein ungelöst lassen. Durch den Vergleich der beiden Ohren verbessert das auditorische System auch die Detektion und Verständlichkeit eines Ziels im Rauschen, ein Vorteil, der als räumliche Entmaskierung bekannt ist.

Clinical relevance

Asymmetrischer oder einseitiger Hörverlust beeinträchtigt die interauralen Hinweise, die für die Lokalisation und die Trennung von Sprache und Rauschen erforderlich sind. Dies ist ein Grund, warum Zuhörer mit solchen Verlusten Schwierigkeiten in lauten Umgebungen angeben, selbst wenn ein Ohr gut hört. Die Wiederherstellung eines ausgewogenen Inputs zu den beiden Ohren ist ein Ziel vieler Rehabilitationsansätze. Dieses Material beschreibt die binaurale Funktion und ist keine Grundlage für individuelle Diagnosen oder Geräteempfehlungen.

Evidence & guidelines

Die Lokalisationsschärfe wurde von Mills (1958) durch den minimalen Hörwinkel quantifiziert, und die neuronale Basis des interauralen Timings wurde von Jeffress (1948) beschrieben. Die Rolle des binauralen Hörens bei der Trennung von Sprache von konkurrierendem Schall wurde von Cherry (1953) in seiner Beschreibung des Cocktailparty-Problems hervorgehoben, und das Feld wird in Blauert (1997) zusammengefasst.

History

Lord Rayleighs Duplex-Theorie zu Beginn des 20. Jahrhunderts schlug vor, dass Zeit- und Pegelunterschiede unterschiedliche Frequenzbereiche bedienen. Jeffress' Koinzidenz-Detektionsmodell von 1948 lieferte eine einflussreiche Erklärung, wie interaurale Zeitunterschiede neuronal kodiert werden könnten, und Mills' Messungen von 1958 etablierten die Präzision der menschlichen Lokalisation. Cherrys Arbeit zur selektiven Aufmerksamkeit führte das Cocktailparty-Problem ein, und spätere Forschungen detaillierten kopfbezogene Übertragungsfunktionen und binaurale Entmaskierung.

Debates

Wird interaurales Timing beim Menschen durch eine Jeffress-ähnliche Ortskarte kodiert?

Das Koinzidenz-Detektionsmodell passt gut zu einigen Spezies, aber Hinweise bei Säugetieren deuten darauf hin, dass interaurale Zeitunterschiede teilweise durch Ratenunterschiede zwischen den Hemisphären und nicht durch eine feine Ortskarte kodiert werden könnten, und der menschliche Mechanismus bleibt umstritten.

Key figures

• Lloyd Jeffress
• A. W. Mills
• Colin Cherry
• Jens Blauert
• John William Strutt (Lord Rayleigh)

Seminal works

• jeffress-1948
• mills-1958
• cherry-1953

Frequently asked questions

Was sind interaurale Zeit- und Pegelunterschiede?

Es sind die Unterschiede zwischen den Signalen an den beiden Ohren. Ein interauraler Zeitunterschied ist der geringe Unterschied in der Ankunftszeit für einen seitlich einfallenden Schall, und ein interauraler Pegelunterschied ist der Intensitätsunterschied, der durch die Abschirmung des weiter entfernten Ohrs durch den Kopf verursacht wird. Zusammen sind sie die wichtigsten horizontalen Lokalisationshinweise.

Warum ist das Hören im Lärm mit einem Ohr schwieriger als mit zwei?

Zwei Ohren ermöglichen es dem auditorischen System, Signale zu vergleichen und die räumliche Trennung zwischen einem Ziel und dem Hintergrund zu nutzen, ein Vorteil, der als räumliche Entmaskierung bezeichnet wird. Mit nur einem nutzbaren Ohr gehen diese binauralen Hinweise verloren, was es schwieriger macht, Sprache von konkurrierendem Schall zu trennen.