A.4 Feinstrukturtheorien

Einige Zeit später tauchten neue Klassen von Theorien auf, in denen angenommen wurde, daß die Tonhöhe aus der Verarbeitung einer internen Repräsentation aus der Feinstruktur der einfallenden Schallwelle extrahiert wird. Solche Feinstruktur (oder ,,peak-picker``-Theorien) gehen von der Wellenform des Signals aus.

In der Abbildung A.3A ist ein 3-Ton-Komplex dargestellt, der eine Trägerfrequenz von 1000Hz mit einer Modulationsfrequenz von 200Hz hat. Die Feinstrukturtheorie ist in der Lage, die wahrgenommene Tonhöhe von 200Hz zu erklären. Die Zeit, die zwischen den höchsten Bergen der Wellenform liegt, ist 5ms, also genau der Kehrwert von 200Hz. Diese Zeit ist in der oberen Abbildung als eingetragen. Auch die beiden anderen dargestellten Zeiten und können wahrgenommen werden, wenn auch weniger deutlich. Dies entspricht der Doppeldeutigkeit der Wahrnehmung in Experimenten zur Tonhöhenverschiebung.
Es gibt nun allerdings einfache Argumente, die zeigen, daß eine so einfache Analyse nicht ausreicht, um alle möglichen Wahrnehmungen zu erklären:
Im unteren Teil der Abbildung A.3B ist die Welle von oben einfach an der x-Achse gespiegelt. Durch diese Transformation enteht kein neuer Ton, physikalisch ist der Ton derselbe wie vorher. In Abbildung A.3B entsprechen und wieder einer Frequenz von 200Hz, und aber anderen Frequenzen, die man nicht wahrnehmen kann.
Das Dilemma ist also, daß in dieser Theorie für zwei identischen Signale mehrer Möglichkeiten der Analyse bestehen.

Es gibt allerdings auch einige Effekte, die sich mit einer Feinstrukturtheorie besonders gut erklären lassen.
1964 führten Ritsma und Engel Experimente mit 3-Ton-Komplexen durch [50], bei denen die Phase der mittleren Komponente um 90 Grad verschoben war. Solch eine ,,QFM`` (Quasifrequenzmodulation) unterscheiden sich von einer AM nur in der Phase der Trägerfrequenz. Eine AM klingt weniger ,,voll`` als ein QFM derselben Frequenz.
Die Einhüllende der AM ist flacher als die der QFM, was die Bestimmung der Tonhöhe für eine Feinstrukturtheorie schwieriger macht.
Diese Ergebnisse von Experimenten mit solchen QFM-Signalen sind konform mit den Vorhersagen der von Ritsma entwickelten ,,peak-picker``-Theorie. Die Versuchspersonen paßten diese Stimuli an 3 Frequenzen an, vor allem an die Modulationsfrequenz, wie zu erwarten wäre, aber auch an zwei andere Frequenzen, die unterhalb bzw. oberhalb der Fundamentalfrequenz lagen. Diese Frequenzen entsprachen den Frequenzen und aus Abbildung A.3A.
Dieses Ergebnis ist mit einer einfachen Feinstrukturtheorie vorhersagbar und erklärbar. Im Gegensatz dazu können diese Ergebnisse nicht aus einer Theorie mit Kombinationstönen erklärt werden, da die entsprechenden Frequenzen nicht als Kombinationstöne auftauchen. Diese Experimente stellten einen großen Erfolg für die Klasse der Feinstrukturtheorien dar.
In einer Wiederholung der Experimente von Ritsma, die von Wightman durchgeführt wurde [73], konnten diese Ergebnisse allerdings nicht reproduziert werden. Wightman beobachtete, daß unter denselben Bedingungen bei einer Phasenverschiebung der mittleren Frequenz zurück in die Phasen der beiden Seitenfrequenzen die Tonhöhe sich nicht veränderte. Dies konnte mit dem Modell nicht erklärt werden. Hier entstant (nicht zum ersten Mal, siehe Ohm) eine Schwierigkeit der Interpreation von experimentellen Daten. Ein Experiment, das bei einer Durchführung ganz klare Ergebnisse erziehlt, kann bei erneuter Durchführung ganz andere Ergebnisse bringen. Dies kann an den Versuchspersonen liegen -- immerhin handelt es sich um psychophysikalische Experimente -- oder an kleinen Veränderungen in den Versuchsbedingungen. Diese waren in dieser Zeit nicht mit der nötigen Präzision kontrollierbar.

 
• Die Wiederholtonhöhe