1.3 Grundlagen der Psychophysik

Die Psychophysik im allgemeinen unternimmt den Versuch, mit Hilfe von Verhaltensexperimenten Aussagen über das Wahrnehmungsvermögen zu machen. Dabei spielen oft psychologische Einflüsse eine Rolle, so daß man bei den Versuchen beachten muß, daß man ein Subjekt testet, welches als ganzes psychologischen Einflüssen unterliegt, so daß die Versuche nach besonders strengen Kriterien bewertet werden müssen.
Die Psychoakustik im besonderen testet die Hörleistungen, also die Eigenschaften der akustischen Wahrnehmung. In dieser Arbeit wird vor allem die Fähigkeit untersucht, Tonhöhen zu unterscheiden. Anders als in der klassischen Physik, aber genau wie in der Quantenphysik, kann man von psychophysikalischen Aussagen nie erwarten, daß sie exakt, reproduzierbar und eindeutig sind -- es können immer nur Wahrscheinlichkeitswerte angegeben werden. Ebenso stören in der Psychophysik die meisten Messungen das beobachtete System, ohne daß man diese Störungen ausschließen oder vernachlässigen könnte. Die Folge davon ist, daß das Ergebnis einer Messung nicht den Zustand des ,,Systems an sich`` wiedergibt, sondern eher den vielschichtigeren Zustand des ,,Systems unter Beobachtung``. Die Psychophysik erfordert ein Experimentieren mit zahlreichen gleichartigen (jedoch niemals identischen) Systemen (Menschen), deshalb ist eine statistische Auswertung der Ergebnisse erforderlich. Statistik ist allerdings in manchen Fällen nicht sinnvoll, nämlich dann, wenn eine Wahrnehmung, die ein Mensch reproduzierbar haben mag, von einem anderen genauso reproduzierbar anders wahrgenommen wird. Eine Mittelung würde in solch einem Fall die individuelle Fertigkeit beider verleumden.
Es ist anzunehmen, daß Empfindungen mit neuronaler Aktivität zusammenhängen. Die sensorische Eingangssignale werden dabei und auf die Hirnrindenareale projiziert, die mit dem gereizten Sinnesorgan verbunden sind (primäres Hörzentrum, Sehrinde, usw). Der ,,Ablese``-Mechanismus, den unser Gegenwartsbewußtsein darstellt, hat die Aufgabe, das Bild der Umwelterscheinungen, die ständig auf die sensorischen Cortexareale abgebildet werden, zu überwachen und zu einem Bild der Welt zusammenzusetzen. Die auf ein bestimmtes Hirnareal gerichtete Aufmerksamkeit bewirkt, daß die dort herrschende Aktivität als ,,Empfindung`` bewußt wahrgenommen wird. Die allgemeine Lokalisation und die räumliche und zeitliche Verteilung dieser neuronalen Aktivität bestimmen die Klasse und die subjektive Intensität der zugeordneten Empfindung.
Viele Empfindungen können in mehr oder weniger genau definierte Klassen aufgeteilt werden. Solche Klassen können sensorische Qualitäten sein, wenn sie durch dasselbe Sinnesorgan hervorgerufene Eindrücke sind. Ein Beweis dafür, daß diese Klassen abstrakt zu definieren sind, ist die Tatsache, daß sich Menschen über Tonhöhe, Lautstärke, Klangfarbe, Konsonanz usw. unterhalten können. Weiterhin können gewöhnlich zwei Empfindungen derselben Klasse von der erlebenden Person danach geordnet werden, ob das spezifische Merkmal der einen Empfindung ,,größer`` (oder ,,höher``, ,,stärker``, ,,heller``, ,,betonter`` usw.), ,,gleich`` oder ,,kleiner`` als dasjenige der anderen empfunden wird. Wenn z.B. einer Versuchsperson zwei aufeinanderfolgende Töne vorgespielt werden, kann sie beurteilen, ob der zweite Ton höher, tiefer oder gleich hoch war als der erste. Selbst eine so abstrakte Größe wie die Klangfarbe kann von Menschen reproduzierbar angeordnet werden [52], zum Beispiel nach der ,,Helligkeit`` oder dem ,,Volumen``.
Da die Fähigkeit, subjektive Empfindungen zu klassifizieren und zu ordnen, von jedem gesunden Menschen beherrscht wird, erlangen die subjektiven Empfindungen einen Status, der dem einer physikalischen Größe nahekommt und so die Einführung des Begriffs ,,psychophysikalische Größe`` rechtfertigt.
Was wir aber nicht von vornherein erwarten dürfen, ist, daß eine Person ohne vorheriges Üben beurteilen kann, ob eine Empfindung ,,doppelt`` oder ,,halb`` so groß ist (also um irgendeinen zahlenmäßigen Faktor verschieden) als eine Bezugseinheit. Genauso schwierig ist es, Eindrücke in einer Kategorie zu vergleichen, die sich in einer anderen Kategorie sehr voneinander unterscheiden. Als Beispiel sei hier die Anpassung eines reinen Tons an einen komplexen Ton, wie zum Beispiel ein Musikinstrument, erwähnt. Für einen nicht musikalisch ausgebildeten Menschen ist es zu Beginn schwer, ein Instrument an eine Stimmgabel anzupassen. Mit etwas Übung stellt diese Aufgabe allerdings bald kein Problem mehr dar. In vielen psychophysikalischen Messungen, auch in denen, die im weiteren Verlauf beschrieben werden, ist die Aufgabe, einen reinen Ton mit einem komplexen Ton zu vergleichen. Es ist nicht zu erwarten, daß jede Versuchsperson gleich mit dieser Aufgabe zurechtkommt, aber nach ein wenig Übung gelingt es meistens.
Es gibt Bedingungen, unter denen man lernen kann, psychophysikalische Größen wie die Tonhöhe quantitativ zu schätzen, oder zum Beispiel Intervalle zwischen zwei Tönen anzugeben. Daraus geht hervor, daß eine Einheit und der zugehörige psychophysikalische Vergleichsprozeß erst nach vielfachen Vergleichen mit den ursprünglichen physikalischen Größen durch Erfahrung und Lernen im Gehirn gebildet oder genutzt wird. Dasselbe kann man auch mit anderen psychophysikalischen Empfindungen, wie der Lautstärke, erreichen: Durch Lernen muß man sich die Fähigkeit aneignen zu vergleichen und quantitativ zu beurteilen. Die Tatsache, daß Musiker aus aller Welt eine gemeinsame Lautstärke-Bezeichnung[1]von pp (piano pianissimo) bis ff (forte fortissimo) benutzen -- vielleicht ohne je von Schallpegelmessern oder Dezibel gehört zu haben -- ist ein Beispiel dafür.

Wenn an einer Person hintereinander viele Messungen durchgeführt werden und die Ergebnisse gemittelt werden, erhält man im allgemeinen einen zufriedenstellenden Mittelwert, der durch eine reproduzierbare Messung mit einem gewissen Fehler gerechtfertigt ist. Nimmt man nun viele Versuchspersonen und mittelt deren Ergebnisse, kann sich das Gesammtergebnis grundlegend vom Ergebnis einer Einzelperson unterscheiden. Dieser Unterschied liegt nicht nur in der Verschiedenheit der einzelnen Personen begründet, sondern ebenso in der Gewöhnung oder Anpassung der Einzelperson an das Experiment im Falle wiederholter Messungen.
Die ungeheuer vielschichtigen Rückkopplungssysteme im Nervensystem machen Aufbau, Durchführung und Interpretation psychoakustischer Messungen zusätzlich schwierig, weil die Motivation, die Tagesform und ähnliche psychologische Einflüsse eine Rolle spielen. Wenn wir psychophysikalische Messungen vornehmen, stehen wir also vor der schwierigen Aufgabe, unter diesen Voraussetzungen Schlüsse über die neuronalen Verarbeitungsmechanismen zu machen.
Es gibt viele Möglichkeiten der Informationsgewinnung über das Gehirn, angefangen von bildgebenden am toten Hirn (im Einzelzellmastab z.B. über Färbtechniken), über Abbildungsverfahren am lebenden, arbeitenden Gehirn (im Bereich tausender bis Millionen Zellen, z.B. PET oder Kernspintomographie) bis hin eben zur Psychophysik, die das Hirn als Ganzes untersucht. Die Psychophysik stellt dabei die abstrakteste Untersuchungsmöglichkeit am menschlichen Gehirn dar.
Diese Verfahren müssen alle kongruent sein und Ergebnisse einer Methode müssen sich mit anderen Methoden bestätigen lassen. In diesem Rahmen ist die Psychophysik trotzdem ein mächtiges und unverzichtbares Werkzeug, um Untersuchungen über die menschliche Wahrnehmung und damit auch über die zugrundeliegenden neuronalen Strukturen zu machen.

 
• 1.3.1 Musikalische Empfindungsklassen
• 1.3.2 Physikalische Grundlagen der Tonhöhenwahrnehmung
• 1.3.3 Die Wahrnehmung von Tonhöhe
• 1.3.4 Der Stimulus: Sinusförmige Amplitudenmodulationen