Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tonlage: Was vom Himmel tönt, klingt hoch

08.04.2014

Bielefelder Neurowissenschaftler beweisen Zusammenhang zwischen räumlicher Lage und Tonlage

Warum benutzen Menschen, wenn sie eine Tonlage beschreiben, meist die räumlichen Begriffe „hoch“ beziehungsweise „tief“? Und warum werden hohe Noten stets oben auf den Notenlinien verzeichnet?


Forscher der Universität Bielefeld haben nachgewiesen, warum Menschen Geräusche von hoch gelegenen Objekten oft als hohe Töne wahrnehmen.

Foto: Parise & Ernst

Ein Team von Neurowissenschaftlern der Universität Bielefeld, des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik in Tübingen und des Bernstein Zentrums für Computational Neuroscience Tübingen hat eine Erklärung dafür gefunden. Deren Untersuchung zeigt: Die räumliche Lage hängt tatsächlich mit der Tonhöhe zusammen.

Geräusche, die von einer räumlich erhöhten Quelle ausgehen, befinden sich meist in einer höheren Tonlage. Geräusche, die von unten kommen, klingen eher tief und dumpf. Das Forscherteam hat seine Studie am Montag (7.4.2014) im Fachmagazin PNAS veröffentlicht.

Das Forschungsteam hat drei Ansätze kombiniert, um den Zusammenhang zwischen Schallfrequenz und räumlicher Lage zu untersuchen: Zunächst nahmen die Forscher eine große Anzahl natürlicher Umgebungsgeräusche auf und analysierten diese. Dabei fanden sie heraus, dass hoch frequentere Töne tatsächlich häufiger von einer höheren Raumposition ausgehen.

Dann analysierten die Wissenschaftler, wie das menschliche Außenohr Geräusche filtert. „Dabei zeigte sich, dass Geräusche aufgrund der asymmetrisch gebogenen Form der Ohrmuschel gefiltert werden und zwar derart, dass hohe Töne eine höhere Intensität aufweisen, wenn sie von oben kommen“, erklärt Professor Dr. Marc Ernst. Er leitet die Forschungsgruppe Kognitive Neurowissenschaften der Fakultät für Biologie. Die Forschungsgruppe gehört zum Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC).

Der dritte Teil der Studie war ein Verhaltensexperiment. Die Forscher baten die Versuchspersonen, Geräusche mit unterschiedlicher Tonhöhe im Raum zu lokalisieren. Das Ergebnis: Die Testpersonen ordneten hochfrequente Töne in den meisten Fällen einer erhöhten räumlichen Position zu.

„Auffällig ist, dass die Ergebnisse der drei Analysen in hohem Maße übereinstimmen“, sagt Marc Ernst. „Es scheint also einen universellen Zusammenhang zwischen der Position eines Objekts und seiner Tonhöhe zu geben.“

Dr. Cesare Parise, der Erstautor der Studie, leitet von den Ergebnissen ab, dass sich das menschliche Hören im Lauf der Evolution an die statistischen Gegebenheiten der Umwelt angepasst hat. „ Die Befunde deuten in einer faszinierenden Weise darauf hin, dass sich das menschliche Ohr durch die Evolution möglicherweise genau derart geformt hat, um die akustischen Eigenschaften der Umwelt widerzuspiegeln“, sagt Parise.

Seiner Einschätzung nach lassen sich die Ergebnisse für die Entwicklung neuartiger Audio-Technologien für die Raumwahrnehmung nutzen. Dazu gehören Ohrprothesen und Hörgeräte, die optimiert sind, hohe Geräusche von hoch gelagerten Tonquellen und tiefe Geräusche von unten wahrzunehmen. Auch für virtuelle Welten und Computerspiele, in denen Geräusche künstlich erzeugt werden, könne das neue Wissen genutzt werden. Auch für die Konstruktion von Geräten, die Sonifikation verwenden, seien die Erkenntnisse hilfreich. Sonifikation ist eine Methode, die nicht-sprachlichen Klang nutzt, um Informationen zu übertragen.

Neben der Verknüpfung von Tonlage und räumlicher Höhe gibt es in der menschlichen Wahrnehmung weitere scheinbar willkürliche Zuordnungen von Sinnesempfindungen: Beispielsweise werden gelb-rote Farben mit warmen Temperaturen assoziiert oder saure Speisen als scharf empfunden. Die aktuelle Studie legt nahe, dass viele der scheinbar willkürlichen Zuordnungen möglicherweise statistische Gesetzmäßigkeiten widerspiegeln, die in der natürlichen Umwelt zu finden sind.

Die aktuelle Studie ist Teil der Forschung der Forschungsgruppe Kognitive Neurowissenschaf-ten. Die Gruppe forscht vor allem zu multisensorischer Wahrnehmung, zur Verbindung von Sinneswahrnehmung und Bewegung, zum Wahrnehmungslernen und Mensch-Maschine-Interaktion. Zu der Gruppe gehören 15 Mitglieder mit unterschiedlichem wissenschaftlichem Hintergrund, von Biologie über Kognitionswissenschaft und Psychologie bis hin zu Medizin, Physik und Ingenieurswissenschaft.

Das Projekt wurde vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen und dem Bernstein Zentrum Tübingen unterstützt. Das Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik forscht an der Aufklärung von kognitiven Prozessen auf experimentellem, theoretischem und methodischem Gebiet. Es beschäftigt rund 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus mehr als 40 Ländern und hat seinen Sitz auf dem Max-Planck-Campus in Tübingen. Das Institut gehört zur Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften. Das Bernstein Zentrum Tübingen ist Teil des Nationalen Bernstein Netzwerks Computational Neuroscience. Seit 2004 fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit dieser Initiative die neue Forschungsdisziplin Computational Neuroscience (Computationale Neurowissenschaft).

Originalveröffentlichung:
Cesare Parise, Katharina Knorre, Marc Ernst: Natural auditory scene statistics shapes human spatial hearing. PNAS, www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1322705111, erschienen am 7. April 2014.

Kontakt:
Professor Dr. Marc Ernst, Universität Bielefeld
Fakultät für Biologie
Telefon: 0521 106-5700
E-Mail: marc.ernst@uni-bielefeld.de

Dr. Cesare Parise, Universität Bielefeld
Fakultät für Biologie
Telefon: 0521 106-5703
E-Mail: cesare.parise@uni-bielefeld.de

Ingo Lohuis | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Biologie Computational Evolution Geräusche Kybernetik Neuroscience PNAS Telefon Tonhöhe Tonlage Umwelt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Klimawandel: ungeahnte Rolle der Bodenerosion
11.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Europaweite Studie zu „Smart Engineering“
30.03.2017 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie