6.3.1 Diskriminationsversuche

Die Experimente, die im letzten Kapitel vorgestellt wurden, zeigen, daß es fundamentale Unterschiede in der Wahrnehmung zwischen Absoluthörern und Relativhörern gibt. In unseren sogenannten ,,Diskriminationsversuchen`` testeten wir allgemein die Leistungsfähigkeit der Absoluthörer. Die Ergebnisse dieser Versuche sind vereinbar mit den Vorhersagen der Theorie.

Wahrnehmung von Einzeltöne aus einem Gemisch

Es ist nicht neu, daß Absoluthörer in der Lage sind, aus einem Frequenzgemisch Einzeltöne herauszuhören. Allerdings wurde dies noch nie in einem Experiment quantifiziert. Mit unseren Experimenten versuchten wir, genauere Aussagen über die Leistungsfähigkeit der Absoluthörer zu machen.
Es zeigte sich, daß Absoluthörer Teiltöne bis zu Frequenzen bei 5kHz auflösen können. Dies ist vereinbar mit der Theorie der Korrelationsanalyse. Bis ungefähr 5kHz haben Neuronen die Möglichkeit über das ,,Volleyprinzip``, Informationen über die zeitliche Struktur eines Signals zu kodieren [70]. Danach versagt dieses Prinzip. Wir gehen davon aus, daß mit dem Modell Frequenzen bis 5 kHz zeitlich verarbeitet werden, was durch diese Experimente bestätigt wird.
Wie aber ist nach dem Modell die Wahrnehmung einzelner Töne aus einem Tongemisch zu erklären? Betrachten wir dazu noch das Ergebnis eines anderes Experiments:

  
Abbildung: Ein Experiment zur Tonhöhenverschiebung mit einer Absoluthörerin. Die Versuchsperson (M.C) sollte einen Sinuston an eine vorgegebene AM anpassen. Die AM bestand aus einer festen Modulationsfrequenz von 250Hz und einer zufällig im Bereich zwischen 2500Hz und 2700Hz variierenden Trägerfrequenz. Die Linien zeigen die tatsächlich vorhandenen Frequenzen an, die verschiedenen Symbole die jeweiligen Vielfachen der eingestellten Sinusfrequenz.

In diesem Experiment sollte die Versuchsperson einen Sinuston an eine vorgegebene AM anpassen. Die AM hatte eine feste Modulationsfrequenz von 250Hz und eine Trägerfrequenz, die zufällig im Bereich zwischen 2500Hz und 2700Hz variierte. Die Abbildung 6.3 zeigt das interpretierte Ergebnis dieses Versuchs. Die Linien zeigen die tatsächlich vorhandenen Frequenzen an, die verschiedenen Symbole die jeweiligen Vielfachen der Frequenz, die die Versuchsperson einstellte.
Sie stellte nicht die Modulationsfrequenz oder einen oktavverschoben Ton ein, sondern einen Wert, der zwischen den tatsächlich vorhandenen Frequenzen und der Modulationsfrequenz lag. Wie zu sehen ist, hat die Versuchsperson immer mit guter Genauigkeit Frequenzen eingestellt hat, die ganzzahlige Teiler einer oder mehrerer vorhandener Frequenzen des Stimulus waren.
Das Modell gibt die Erklärung, wie es möglich ist, ein Intervall, das zu einer einer Frequenz gehört, durch sieben oder durch elf zu teilen: Der Integrator teilt die Periode in ganzzahlige Vielfache. Dadurch, daß er die Trägerfrequenzen integriert, feuert er immer bei Vielfachen der Trägerfrequenzperiode (oder Subharmonischen der Trägerfrequenz). Der Integrator integriert immer bis zu ganzzahligen Vielfachen der Trägerfrequenz. Dies sollte im Normalfall, so wie es das Modell vorsieht, in der Nähe des Maximums der Modulationsperiode liegen. Es besteht jedoch die Möglichkeit, daß auch andere Maxima der Wellenform gefunden werden. Die dadurch kodierte Subharmonische der Trägerfrequenz kann mit einem Oszillatorintervall verglichen werden. Dadurch ist zum einen eine Wahrnehmung dieser Subharmonischen möglich, weil das Koinzidenzneuron auf diese Subharmonischen reagiert, und zum anderen ist eine absolute Bestimmung der Tonhöhe dieser Subharmonischen möglich.
Wenn wir an dieser Stelle ,,Subharmonische`` sagen, ist damit nicht die durch eine ganze Zahl geteilte Frequenz gemeint, sondern eine ,,zeitliche Subharmonische``. Diese beiden Informationen sind identisch. Es soll durch die Art der Benennung nicht der Eindruck entstehen, es handele sich bei einer ,,Subharmonischen`` um eine durch eine Frequenzanalyse gewonnene Information. Im Korrelationsmodell werden alle Informationen über Tonhöhen und Frequenzen durch eine rein zeitliche Analyse gewonnen.

  
Abbildung: Die Wellenform des AM-Signals, das in den Versuchen oben benutzt wurde. Hier: Trägerfrequenz 2600Hz, Modulationsfrequenz 250Hz. Die Meßbalken geben Zeiten an, die durch Auswahl verschiedener Maxima der Trägerfrequenz möglich sind.

Die Wellenform des Signals einer AM trägt die Information über Subharmonische inhärent in der zeitlichen Lage der Maxima der Trägerfrequenz. In Abbildung 6.4 ist die Wellenform eines Stimulus des besprochenen Versuches abgebildet. Wie zu sehen ist, trägt der zeitliche Abstand der Maxima der Trägerfrequenz eine Information über die Modulationsfrequenz (im harmonischen Fall), sowie über die (zeitlichen) Subharmonischen der Trägerfrequenz. Die in der Abbildung 6.4 gezeigten Zeiten entsprechen 10,11,12 mal der Trägerfrequenzperiode.

Bei den in der Abbildung dargestellten Werten von einer Trägerfrequenz von 2600Hz und einer Modulationsfrequenz von 250Hz ist der Stimulus nicht harmonisch, was sich daran bemerkbar macht, daß die Maxima der Trägerfrequenz nicht an denselben Stellen im Bezug auf die Wellenform der Modulationsfrequenz liegen.

In dieser Stufe der Verarbeitung ist auf jeden Fall die Information über die Subharmonischen der Trägerfrequenz vorhanden, und ein Absoluthörer hat die Möglichkeit, diese Subharmonischen der Trägerfrequenz (oder ganzzahlige Vielfache der Trägerperiode) zu kodieren und mit einem anderen internen Signal zu vergleichen.

Wahrnehmung der Modulationsfrequenz

Der Vergleich, den das Koinzidenzneuron vornimmt, ist nicht nur zwischen dem Integrator und dem Oszillator möglich, sondern auch zwischen Modulation und dem Oszillator. Dies ist der Vergleich, den wir im Kapitel ,,Ein neues Modell der absoluten Tonhöhenwahrnehmung`` vorgestellt haben. Aus diesem Modell folgte die Voraussage, daß Absoluthörer auch in der Lage sein sollten, die spektral nicht vorhandene Modulationsfrequenz wahrzunehmen.
In den Diskriminationsversuchen testeten wir diese Hypothese. Es stellte sich heraus, daß Absoluthörer tatsächlich im gesamten getesteten Bereich in der Lage waren, die Modulationsfrequenz wahrzunehmen. Die Wahrnehmung der Modulationsfrequenz ist zwar nicht so deutlich wie die Wahrnehmung der Einzeltöne, aber konstant über den ganzen Bereich möglich. Wie im Kapitel ,,Kombinationstöne`` ausgeführt, ist es unwahrscheinlich, daß diese Wahrnehmung eine Konsequenz aus dem Vorhandensein von Kombinationstönen ist.