Messung der Separiertheit akustischer Ströme - CES

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Julian Kurz — Separiertheit von Strömen 2 2 Merkmale, die zur Separierung beitragen Bregman unterscheidet bei der Separierung grundlegend zwischen primitiver Separierung und schema-basierter Separierung von Strömen. Primitive Separierung bezeichnet dabei die Trennung von Strömen anhand physikalisch und mathematisch beschreibbarer Eigenschaften der akustischen Signale, auf die in den folgenden Abschnitten näher eingegangen wird. Viele dieser Eigenschaften lassen sich nicht nur qualitativ sondern auch quantitativ leicht beschreiben, messen und parametrisiert künstlich erzeugen um geeignete Testszenarien für Experimente zu bilden. Primitive Separierung lässt sich dabei weiter unterteilen in die Separierung von aufeinander folgenden Tönen, die also zeitlich disjunkt liegen, und von ganz oder teilweise gleichzeitig gehörten Tönen. Schema-basierte Separierung hingegen findet nicht anhand einfacher physikalischer Eigenschaften statt, sondern beruht auf erlernten Regelmäßigkeiten in dem Hörer bekannten Signalen, z.B. Wörtern. Sie basiert also auf dem Wissen, das ein Hörer hat und ist somit kaum allgemeingültig zu messen, da sie stark von der jeweiligen Person abhängt. Primitive Separation hingegen muss nicht erlernt werden, sondern ist dem Menschen angeboren, wie ein Versuch mit Neugeborenen (S. 41 1 ) nahe legt. 2.1 Sequentielle Separierung Werden verschiedene Töne nacheinander abgespielt, können zwei verschiedene Dinge auftreten: 1. Eine Versuchsperson hört die Töne als eine Sequenz aufeinander folgender Töne, oder 2. die Folge erscheint nicht als eine Sequenz sondern teilt sich auf in zwei oder mehr einzelne Sequenzen, die jeweils einen Teil der Töne der gesamten Folge beinhalten – teilt sich also in mehrere akustische Ströme auf. Dabei kann jeder einzelne Ton immer nur zu genau einem Strom gehören und nie zu mehreren Strömen gleichzeitig. Die Töne werden also nicht ausschließlich nach zeitlicher Nähe, sondern nach Ähnlichkeit gruppiert und zu jeweils einem Strom zusammengefasst. Wann zwei Töne einander ähnlich sind und wie dies zu messen ist, sollen die folgenden Unterabschnitte genauer beleuchten. 2.1.1 Frequenz Eine wesentliche physikalische Eigenschaft akustischer Signale ist die Frequenz. Während die meisten natürlichen Töne aus vielen verschiedenen Frequenzen bestehen, beschränkt Bregman sich zunächst auf reine Sinustöne, die nur einer einzige Frequenzkomponente beinhalten (S. 49). Dies hat zum einen den Vorteil, dass man bei Experimenten sicher sein kann, dass beobachtete Effekte wirklich nur auf dem Frequenzunterschied beruhen und nicht noch andere Eigenschaften der Töne eine Rolle spielen. Außerdem lassen sich reine Sinustöne sehr einfach und exakt physikalisch beschreiben – und zwar durch ihre Frequenz (Tonhöhe) und ihre Amplitude (Lautstärke). 1 Seitenangaben sind immer auf [Bre99] bezogen, Angaben von Abschnitten wie 3.1.4 immer auf den vorliegenden Text.
Julian Kurz — Separiertheit von Strömen 3 Frequenzdifferenz (Hz) 1000 100 10 0.1 1 10 Frequenz (kHz) Abbildung 2: Miller und Heise: Grenzfrequenz für die Trennung in Abhängigkeit der Grundfrequenz Ein erstes systematisches Experiment, das die Separierung anhand der Frequenz untersucht, wurde 1950 von Miller und Heise durchgeführt (S. 51). Dabei wurden zwei reine Sinustöne gleicher Lautstärke aber unterschiedlicher Frequenz in einer schnellen Folge abwechselnd abgespielt. Die Rate, in der die Töne erzeugt wurden, war dabei fest so eingestellt, dass die Zeit zwischen dem Anfang eines Tones bis zum Anfang des nächsten stets 100ms betrug. Sie stellten dabei fest, dass bei niedrigen Frequenzunterschieden zwischen den beiden Tönen die Folge als ein Strom wahrgenommen wurde, der zwischen zwei Frequenzen wechselte, ab einer bestimmten Differenz sich die Folge aber in zwei Ströme aufteilte, die jeweils nur Töne einer der Frequenzen beinhaltete. Bei der Wiederholung dieser Experimente mit verschiedenen Basisfrequenzen stellte sich heraus, dass sich die Trennung in zwei separate Ströme ab einem Frequenzunterschied von ungefähr 15% einstellte. Es gibt also keine feste Frequenzdifferenz, sondern das Verhältnis der beiden Frequenzen zueinander muss einen bestimmten Wert überschreiten, damit es zur Separierung kommt. Bei höheren Frequenzen wird dieser Wert allerdings etwas kleiner. Diagramm 2 zeigt den benötigten Frequenzabstand bei verschiedenen Basisfrequenzen in logarithmischem Maßstab. Im Gegensatz zum Experiment von Miller und Heise betrachtet die Veröffentlichung von Paolo Bozzi und Giovanni Vicario auch die Auswirkung verschiedener Raten (S. 52). Es stellte sich dabei heraus, dass auch bei größerer Frequenzunterschieden, die nach Miller und Heise zur Separierung hätten führen müssen, Töne dem gleichen Strom zugeordnet wurden, wenn sie zeitlich näher aneinander lagen, als sie zu anderen Tönen lagen. Relevant war dabei nicht nur die zeitliche Nähe der Töne zueinander, sondern ihre Nähe relativ zu anderen Tönen. Analoges beobachteten sie auch für die Frequenzunterschiede: Ob zwei Töne zum
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