Eine konventionelle Erklärung des Hörens
In einer Schallwelle gibt es zwei Größen, die das menschliche Ohr wahrnimmt. Wie Fig 1 zeigt, ist eine davon die Frequenz, die als Tonhöhe erkannt wird; die zweite ist die Amplitude, sie wird als Lautstärke empfunden. Sinusförmige Schallwellen - Töne - haben eine einzige Frequenz und somit eine feste Periodendauer zwischen ähnlichen Punkten im Wellenverlauf. Die Entfernung, um die sich der Schall während einer Periodendauer fortpflanzen kann, nennt man Wellenlänge und bezeichnet sie mit dem Symbol lambda.
Sinusschwingungen kommen in der Natur nur selten vor. Natürliche Klänge enthalten fast immer eine Vielzahl von Frequenzen. Das wurde zum ersten Mal von Jean Baptiste Fourier auf eine mathematische Basis gestellt. Aus dieser Grundlage ergibt sich, dass mit der Addition von Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz jeder beliebige Klang dargestellt werden kann. Ein elektrisch erzeugtes Sinussignal ist eine nützliche Testhilfe, und Lautsprecher müssen in der Lage sein, es wiederzugeben. Dem Klang eines Musikinstruments geben einige wenige Obertöne die charakteristische Farbe (im Bild Mitte rechts). Bei Geräuschen oder kurzzeitigen Druckänderungen (Transienten) ist die Zahl der darin vorhandenen Frequenzen dagegen unbegrenzt. Das menschliche Gehör ist ein biologischer Schallwandler. Er ist von Psychoakustikern ausgiebig untersucht worden - mit dem Ziel, sein Verhalten mit mathematischen Mitteln zu modellieren. Der Frequenzanalyse im Ohr dient die Basilarmembran in der Gehörschnecke, dem Innenohr. Bei anhaltenden Tönen gerät sie über ihre Länge mit unterschiedlichen Frequenzen in Resonanz; dadurch wird der Frequenzbereich bestimmt. Nach Einsetzen der Resonanz kann der Hörer anhand ihrer physikalischen Position (ihrem Ort) auf der Basilar-Membran die Tonhöhe feststellen. Bei einer bestimmten Klangfarbe erregen alle Töne ein spezifisches Muster von Resonanzen in bestimmten Abständen. Es ist für jedes Instrument charakteristisch und ermöglicht dem Hörer das Erkennen des Instruments.
Diese amplitudenbezogene Höranalyse wurde als Orts-Frequenz-Theorie bezeichnet. Sie beschreibt die Tonempfindung recht gut, wie Fig 2 zeigt. Dennoch ist sie unvollständig, insbesondere für das Erkennen eines Geräusches. Das menschliche Gehör erkennt nämlich nicht nur, ob Schall vorhanden ist, es stellt auch die Richtung fest, aus der er kommt, und analysiert seinen Inhalt, um die Ursache herauszufinden.
Teil 2 zu Einschwingvorgängen, den sogenannten Transienten, gibt es nächste Woche
