2 Fragestellung

Am Beginn der vorliegenden Arbeit stand vor allem die Fragestellung, wie man die Effekte der Tonhöhenverschiebung erklären könne. Die vorhandenen Beobachtungen riefen damals einige Fragen hervor, deren Beantwortung meine Arbeit dienen sollte: Wie sind die Sprünge in den Messungen bei Versuchen mit nichtharmonischen AM zu erklären? Wie entsteht die Wahrnehmung der ,,fehlenden Grundfrequenz`` (missing fundamental)? Gibt es eine Art Quantelung des Hörens in Vielfachen der Frequenz von 0.4ms? Es bot sich an uns den Fragen zu nähern, indem wir weitere und genauere Experimente zur Tonhöhenverschiebung machten.
Die Probleme, die in früheren Experimenten auftauchten, sollten besser unter Kontrolle gehalten werden, vor allem sollten die Experimente mit verbesserten Methoden durchgeführt werden, um störende Einflüsse auf die Ergebnisse möglichst auszuschließen. Zu den Problemen damals gehörten die Lautstärke der Signale und die nichtreproduzierbaren Versuchsbedingungen. Des weiteren sollte eine genaue Auswahl der Versuchspersonen als bisher stattfinden, um eine genauere Leistungsbewertung zu gewährleisten.

Zur Erklärung der Eigenschaften von Neuronen im Colliculus inferior schlug Langner [41, 40] ein Modell vor, das in der Lage ist, zeitliche und spektrale Informationen gleichzeitig zu verarbeiten. Dieses Modell hat sich schon zuvor bewährt und wurde in einer Simulation getestet, allerdings nur für ein Frequenzband. Das Modell beschreibt auf neuronaler Ebene ein Netzwerk von Einheiten, die als Neurone in den entsprechenden Regionen des Colliculus inferior und des Nucleus cochlearis gefunden wurden.
Das Korrelationsmodell war konzipiert, um Eigenschaften von Zellen im Colliculus inferior zu erklären. Es zeigte sich aber, daß sich das Modell auch eignete, um psychophysikalische Beobachtungen von Effekten der Tonhöhenwahrnehmung zu erklären. Es machte einige Vorhersagen bezüglich Effekten, die zu beobachten sein müßten. Andererseits gab es schon lange Beobachtungen, die vom Modell erklärbar sein sollten, die aber noch nicht beschrieben waren. Bei Versuchen mit Experimenten zur Tonhöhenverschiebung waren im besonderen folgende nichtlineare Effekte zu beobachten:

• Stufen und Sprünge in den Meßreihen: Bei Veränderung der Trägerfrequenz bei konstanter Modulationsfrequenz treten in den Meßreihen öfters charakteristische Treppenfunktionen auf.
• Oktavfehler: Oft treten bei den Versuchspersonen Wahrnehmungsverschiebungen um genau eine Oktave auf.
• Hystereseeffekte: Die Versuchspersonen hörten unterschiedliche Tonhöhen, in Abhängigkeit von der Richtung, in der die Messung verlief. Wenn bei einer Messung mit niedrigen Trägerfrequenzen begonnen und zu höheren Trägerfrequenzen übergegangen wurde, geben die Versuchspersonen an, andere Tonhöhen wahrgenommen zu haben, als wenn mit hohen Trägerfrequenzen begonnen wurde und zu niedrigeren geschritten wurde.
• Abhängigkeit von der Schrittweite: Ganz offensichtlich wird die wahrgenommene Tonhöhe von den vorher gehörten Tönen beeinflußt. Sowohl die eben beschriebene Richtungsabhängigkeit spielt dabei eine Rolle als auch die Distanzen der dargebotenen Signale.

  
Abbildung: Psychophysikalische Meßreihen. Das Experiment bestand darin, einen Sinuston an den Grundton einer unharmonische AM mit konstanter Modulationsfrequenz von 208Hz im oberen Bild und 200Hz im unteren Bild anzupassen. Die Trägerfrequenz variierte im oberen Bild im Bereich von 1100Hz bis 1500Hz und im unteren Bild zwischen 950Hz und 1500Hz. Es sind deutlich Sprünge in der Meßreihe zu sehen, die bei Vielfachen von 0.4ms liegen [37].

Die Sprünge in den Meßreihen wurden bisher am besten in Experimenten mit Tonhöhenverschiebung gefunden. Zwei dieser Messungen sind in Abbildung 2.1 gezeigt. Deutlich sind die Sprünge in diesen Meßreihen bei Vielfachen einer Periodendauer von 0.4ms zu sehen. Da das Korrelationsmodell in seiner vorgestellten Form diese Sprünge erklären kann oder sie sogar fordert, lag es nahe, diese Untersuchungen in Hinblick auf die Sprünge zu intensivieren.

Zur Klärung obiger Fragen und zur Untersuchung dieser Phänomene sollte ich Untersuchungen mit musikalisch gut trainierten und Absoluthörern machen, von denen wir uns einige Ergebnisse erhofften, die der Klärung der Fragen dienlich sein sollten.

Im Verlauf der Experimente führte ich Versuche mit Absoluthörern durch, die so überraschende Ergebnisse brachten, daß die wir die Fragestellung auf einen neuen Schwerpunkt verschoben. Es schien durch die Experimente möglich geworden zu sein, eine Theorie vorzuschlagen, die das Phänomen der absoluten Tonhöhenwahrnehmung erklären könnte. Im Zuge dieser Frage untersuchte ich einige neue Phänomene, die im Zusammenhang mit der neuen Theorie der absoluten Tonhöhenwahrnehmung standen. Die Experimente mit Tonhöhenverschiebung wurden deshalb auf die Absoluthörer erweitert und unter neuen Gesichtspunkten durchgeführt.

Am Anfang der Untersuchungen mit Absoluthörern stand die Vermutung, daß sie auf Experimente mit Tonhöhenverschiebung anders reagieren würden als Relativhörer. Als Vermutung stellten wir zwei Hypothesen auf: Entweder sollten Absoluthörer besonders gut in der Lage sein, der Tonhöhenverschiebung zu folgen, weil sie ,,besser`` hören, oder sie sollten ein ganz anderes Verhalten zeigen als Relativhörer. Wir vermuteten, daß sie in der Lage sein sollten, konstant die Modulationsfrequenz zu hören oder konstant ein Vielfaches von 0.4ms. Diese beiden Hypothesen sollten im Experiment geprüft werden.