Zur Tonhöhenwahrnehmung von oktav-komplexen Tönen - Psychophysik, psychoakustische Theorie und computationale Modellierung

Abstract

In der vorgelegten Arbeit wurden spezifische Fragestellungen bei der menschlichen Tonhöhenwahrnehmung von oktav-komplexen Tönen, sog. Shepard-Tönen, untersucht. Oktav-komplexe Töne bestehen aus im Oktavabstand angeordneten Sinusschwingungen, wobei die Amplituden der einzelnen Sinusschwingungen durch eine glockenförmige Hüllkurve definiert sind. Aufgrund der Ambiguität der Tonhöhe lassen sich mit oktav-komplexen Tönen Illusionen, wie z.B. die zirkuläre Tonhöhe oder das Tritonus-Paradoxon erzeugen. Den Kern der Arbeit bilden sieben experimentelle Studien zur Tonhöhenwahrnehmung von oktav-komplexen Tönen. Weiterhin wird ein Modell (P4) zur Beschreibung und Vorhersage der Antworten aus den Experimenten vorgeschlagen und überprüft. In den einzelnen Experimenten werden verschiedene Fragestellungen beantwortet. So konnte im Experiment zur Tritonusaufgabe gezeigt werden, dass sich der vermutete Zusammenhang zwischen Sprachgemeinschaft und der Beurteilung von Tonhöhen oktav-komplexer Töne im Abstand von sechs Halbtonschritten, bekannt als Tritonusparadoxon, nicht finden lässt. Weiterhin wurden zwei vollständige Paarvergleichsexperimente durchgeführt, welche den Einfluss verschiedener Parameter (Anzahl der Teiltöne, Position und Form der Hüllkurve) auf die Beurteilung der Tonhöhe untersuchen. Als Erklärung werden zwei Urteilsstrategien (Chroma- vs. Fundamentalurteil) zur Beurteilung der Tonhöhe von oktav-komplexen Tönen gegenübergestellt. Es konnte gezeigt werden, dass beide Strategien fließend ineinander übergehen. Auch wurde deutlich, dass das Vorhandensein der Hüllkurve eine notwendige Voraussetzung für die Zirkularität der Tonhöhenurteile darstellt. In zwei weiteren Experimenten zur binauralen Tonhöhenwahrnehmung wurden die Teiltöne oktav-komplexer Töne in drei Bedingungen so aufgeteilt, dass die Frage nach dem Ort der Tonhöhenbeurteilung (zentral vs. peripher) und nach der Art des Mechanismus (Fusion vs. Suppression) beantwortet werden kann. Die Ergebnisse weisen auf einen zentralen Mechanismus hin, welcher die lateralen Teilreize fusioniert. Auch wurde im Rahmen der Experimente zur binauralen Tonhöhenwahrnehmung ein neues akustisches Paradoxon abgeleitet und experimentell überprüft. Dabei kommt es zur Umkehrung des relativen Tonhöhenurteils, wenn vormals dichotisch präsentierte Teilreize kombiniert dargeboten werden.