Zeitliche Verarbeitung und Tonhöhenwahrnehmung

Das Gehör ist sowohl zeitlich als auch frequenzmäßig scharf. Zeitliche Verarbeitung bezieht sich auf die Fähigkeit des auditorischen Systems, schnellen Änderungen in einem Schall über die Zeit zu folgen, einschließlich der Detektion kurzer Lücken und der Verfolgung von Amplitudenschwankungen. Die Tonhöhe, das perzeptive Attribut, das Klänge von tief nach hoch ordnet, hängt teilweise von diesen zeitlichen Hinweisen und teilweise davon ab, welche Cochlea-Orte erregt werden. Dieses Thema behandelt die zeitliche Auflösung, die zeitliche Integration sowie die spektralen und zeitlichen Grundlagen der Tonhöhe.

Definition

Zeitliche Verarbeitung ist die Empfindlichkeit des auditorischen Systems gegenüber dem Timing und der zeitlich variierenden Struktur von Schall, und Tonhöhenwahrnehmung ist die perzeptive Ordnung von Klängen auf einer Skala von tief nach hoch, die aus dem Frequenzinhalt und der Periodizität eines Schalls abgeleitet wird.

Scope

Das Thema umfasst die zeitliche Auflösung (Lückendetektion und Modulationssensitivität), die zeitliche Integration über längere Fenster sowie die Wahrnehmung der Tonhöhe für reine und komplexe Töne, einschließlich der Tonhöhe des fehlenden Grundtons. Es handelt sich um Referenz- und Bildungsmaterial zur auditiven Wahrnehmung, nicht um klinische Leitlinien.

Core questions

• Wie kurz darf eine stille Lücke oder wie schnell eine Fluktuation sein, damit ein Zuhörer sie noch erkennen kann?
• Wie tauscht das auditorische System Auflösung in der Zeit gegen Auflösung in der Frequenz?
• Was bestimmt die Tonhöhe eines komplexen Tons, einschließlich eines solchen ohne Energie bei der Grundfrequenz?
• Wie tragen Orts- und Zeitmerkmale jeweils zur Tonhöhe bei?

Key concepts

• Zeitliche Auflösung und Lückendetektion
• Zeitliche Modulationsübertragungsfunktion
• Zeitliche Integration
• Phasenkopplung und Periodizität
• Tonhöhe reiner versus komplexer Töne
• Fehlender Grundton und das Residuum
• Aufgelöste und unaufgelöste Harmonische

Key theories

Orts- und Zeit-(Timing-)Theorien der Tonhöhe

Die Tonhöhe kann aus dem Ort der Cochlea-Erregung und aus dem zeitlichen Muster neuronaler Entladungen abgeleitet werden; es wird angenommen, dass komplementäre Orts- und Zeitmechanismen wirken, wobei das Timing bei aufgelösten tiefen Harmonischen dominiert und der Ort über das gesamte Spektrum beiträgt.

Zeitfenster- und Modulationsübertragungsmodell der Auflösung

Die zeitliche Schärfe kann durch die Empfindlichkeit gegenüber Amplitudenmodulation als Funktion der Rate beschrieben werden, erfasst durch die zeitliche Modulationsübertragungsfunktion, die wie ein Tiefpassfilter auf die Hüllkurve des Schalls wirkt.

Mechanisms

Auditorische Nervenfasern feuern synchron mit der Feinstruktur tieffrequenter Klänge (Phasenkopplung) und folgen der langsameren Amplitudenhüllkurve höherfrequenter Klänge, wodurch das System Zugang zu zeitlichen Hinweisen auf zwei Skalen erhält. Lückendetektion und Modulationssensitivität spiegeln wider, wie schnell diese zeitliche Information aufgelöst werden kann, während die zeitliche Integration das längere Fenster widerspiegelt, über das Energie zur Detektion summiert wird. Die Tonhöhe eines komplexen Tons wird zentral aus dem Muster aufgelöster Harmonischer und aus der Periodizität der kombinierten Wellenform berechnet, weshalb ein Ton seine Tonhöhe beibehält, selbst wenn Energie bei der Grundfrequenz entfernt wird.

Clinical relevance

Eine reduzierte zeitliche Verarbeitung und eine beeinträchtigte Tonhöhenwahrnehmung sind häufig bei Hörstörungen oder wenn die neuronale Kodierung gestört ist, und sie tragen zu Schwierigkeiten beim Sprachverstehen in schwankenden Hintergrundgeräuschen und zu einer geringeren Wertschätzung von Musik bei. Diese perzeptiven Beschreibungen erklären, warum einige Zuhörer trotz wiederhergestellter Hörbarkeit Schwierigkeiten haben; sie sind edukativ und keine Grundlage für individuelle Diagnosen oder Behandlungen.

Evidence & guidelines

Die zeitliche Auflösung wird in kontrollierten psychophysischen Studien unter Verwendung von Lückendetektions- und Amplitudenmodulationsaufgaben charakterisiert, wobei die zeitliche Modulationsübertragungsfunktion von Viemeister (1979) beschrieben wird. Die spektralen und zeitlichen Grundlagen der Tonhöhe, einschließlich des Phänomens des fehlenden Grundtons und der Rolle des kritischen Bandes bei der Konsonanz, sind in Standardwerken wie Moore (2012) und de Boer (1976) zusammengefasst.

History

Die Debatte des 19. Jahrhunderts zwischen Helmholtz' ortsbasierter Ansicht und Seebecks periodizitätsbasierter Ansicht prägte die Untersuchung der Tonhöhe. Die Arbeit des 20. Jahrhunderts klärte die Rolle der Phasenkopplung und der Wahrnehmung des fehlenden Grundtons, während psychophysische Studien zur Lückendetektion und Amplitudenmodulation, einschließlich Viemeisters Modulationsübertragungsmessungen, quantitative Maße der zeitlichen Schärfe etablierten.

Debates

Beruht die Tonhöhe hauptsächlich auf Orts- oder auf Zeitmerkmalen?

Die Evidenz spricht für eine Kombination: Zeit-(Periodizitäts-)Merkmale scheinen bei tiefen, aufgelösten Harmonischen dominant zu sein, während Ortsmerkmale bei hohen oder unaufgelösten Komponenten stärker beitragen, und kein einzelner Mechanismus erklärt alle Tonhöhenphänomene.

Key figures

• Neal Viemeister
• Reinier Plomp
• Egbert de Boer
• Brian C. J. Moore

Seminal works

• viemeister-1979
• plomp-levelt-1965

Frequently asked questions

Was ist der fehlende Grundton?

Ein komplexer Ton, der aus Harmonischen besteht, kann eine Tonhöhe hervorrufen, die ihrer gemeinsamen Grundfrequenz entspricht, selbst wenn bei dieser Grundfrequenz keine Energie vorhanden ist. Dies zeigt, dass die Tonhöhe aus dem Muster und der Periodizität der Harmonischen berechnet wird und nicht aus einer einzelnen Spektralkomponente.

Wozu dient die Lückendetektion?

Die Lückendetektion misst das kürzeste stille Intervall, das ein Zuhörer innerhalb eines Schalls erkennen kann, und ist ein gängiger Index der auditiven zeitlichen Auflösung, der widerspiegelt, wie schnell das System Änderungen über die Zeit verfolgen kann.