Der Cocktail-Party Effekt

Nein, hier geht es nicht darum, wie man das perfekte Kleid für eine Party wählt. Und auch nicht um das kleine 1 x 1 des Smalltalks. Vielmehr soll das Phänomen erklärt werden, wie es möglich ist, dass man in einem Raum voller Menschen trotzdem hören kann was hinten rechts in der Ecke gesprochen wird und das obwohl man sich gar nicht an dem Gespräch beteiligt. Wie kann man alle anderen Geräusche und Stimmen ausblenden und nur diese eine Stimme so deutlich hören?

Der Neurowissenschaftler Mathias S. Oechslin beschäftigt sich in dem von Marcus Maeder herausgegebenen Sammelband „Milieux Senores“ mit neurowissenschaftlichen Aspekten einer Akustik des Virtuellen. Dabei geht er vor allem auf das sogenannte „Richtungshören“ ein. In „Milieux Senores“, werden klangliche Milieus aus unterschiedlichen Perspektiven und Disziplinen vorgestellt. Der Fokus hier soll aber auf einigen neurowissenschaftlichen Aspekten von Oechslin liegen und die Frage beantworten, was „Richtungshören“ eigentlich bedeutet. Das „Richtungshören“ bezeichnet man häufig auch als „selektives“ oder „intelligentes“ Hören.

Die Lokalisation von Schallquellen ist eine Aufgabe der auditiven Wahrnehmung und dient der Raumorientierung. Es geht um die Bestimmung der Richtung und Entfernung aus der ein Schall stammt. Das menschliche Gehör ist in der Lage genaue Informationen über die Richtung und Distanz von Geräuschen zu liefern. Um die Richtung einer Schallquelle zu bestimmen, nimmt das Gehör kleinste Lautstärke- und Zeitunterschiede wahr, die zwischen den Geräuschen liegen. Das sogenannte „Richtungshören“ nutzt die Tatsache, dass Schallquellen, welche nicht in Blickrichtung liegen unterschiedlich intensiv vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden. Wenn nicht die Richtung, sondern die Distanz gehört werden soll, achtet das Gehör auf das Verhältnis zwischen gehörter Lautstärke und produzierter Lautstärke. Es werden nicht alle akustischen Signale im selben Modus verarbeitet.

Besonders unser Ohr spielt eine entscheidende Rolle, bei der Lokalisierung von Schallquellen. Hinweisreize können nur von einem Ohr (monaural) oder von beiden Ohren (binaural) verarbeitet werden.

Die Duplex-Theorie
Die Erklärung für das binaurale Hören geht auf Lord Rayleigh im Jahre 1907 zurück. Er stellte die Duplex-Theorie auf, die auf die Beziehung zwischen den physikalischen Eigenschaften des Schalls und der Geometrie des Kopfes zurück geht. Rayleigh unterscheidet hierfür zwei Merkmale. Zum einen die interaurale Zeit und zum anderen die Pegeldifferenz.
Die interaurale Zeit stellt die Zeitverzögerung, die der Schall zum linken und rechten Ohr benötigt dar. Dieser Zeitunterschied bedeutet eigentlich nichts anderes, als dass der Schall das eine Ohr früher erreicht als das andere. Kommt der Schall zum Beispiel von links, erreicht er das linke Ohr vor dem rechten Ohr, weil der Weg zum rechten Ohr weiter ist. Die Laufzeitdifferenz (ITD: Interaural Time Difference) hängt also vom Weg den der Schall zurücklegt ab. Die eingehenden Schallwellen im Ohr werden dann im Gehirn verarbeitet und es werden Rückschlüsse auf die Position der Schallquelle im Raum gezogen.

Die unterschiedliche Schallintensität, die u.a. von der Größe des Kopfes abhängt, bezeichnet Rayleigh als Pegeldifferenz (ILD: Interaural Level Difference). Sind zum Beispiel die Schallwellen kleiner als der Kopf, werden sie reflektiert und bilden einen „Schallschatten“. Das führt dann dazu, dass die Intensität des Schalls am linken und rechten Ohr unterschiedlich wahrgenommen wird.

 

Diese Abbildung stellt den Schallschatten dar. Je nach Kopfgröße und Schallwellenlänge kann ein Schatten entstehen und es ist schwierig die Quelle richtig zu lokalisieren.

Später fand man heraus, dass tiefe Frequenzen, die kleiner als 1,5kHz sind, nur durch die Laufzeitunterschiede erkannt werden können. Bei hohen Frequenzen dagegen kann die Ortung durch die Intensitätsunterschiede des Schalls erfolgen. Die Informationen die durch die Intensitätsdifferenz gewonnen werden sind sehr wichtig. Durch das gleichmäßige Rauschen des Windes oder durch Wellen am Meer können keine genauen Informationen gewonnen werden. Dies ist erst durch die Änderung des Schalls möglich. Somit kann der Mensch auf Änderungen in seiner Umwelt besser reagieren. Auch für blinde Menschen spielt das räumliche Hören eine sehr wichtige Rolle. Es hilft ihnen, Informationen über ihre Umgebung, besser einzuordnen.
In den 70er Jahren fanden Forscher heraus, dass die Duplex-Theorie das Lokalisieren von Schallquellen zu sehr vereinfacht. Die Annahmen Rayleighs basierten auf kugelförmigen Kopfmodellen. Der menschliche Kopf ist aber nicht kugelförmig. Versuche haben außerdem gezeigt, dass auch durch monaurales Hören (also hören mit einem Ohr) Schallquellen geortet werden können. Jedoch fehlen beim monauralen Hören häufig wichtige richtungsgebende Hinweise. Grundsätzlich ist es möglich, auch nur mit einem Ohr, eine Schallquelle zu lokalisieren.
Der Weg des Schalls ist ein besonders wichtiger Aspekt beim Richtungshören. Denn bereits der Kopf und Oberkörper des Menschen, aber auch die Ohrmuschel filtern die Reize und somit ändert sich auch die Genauigkeit der Lokalisation.
Die größten Ungenauigkeiten bei der Lokalisation von Schallquellen treten im Bereich zwischen 1500Hz und 2500Hz auf. In diesem mittleren Frequenzbereich liefert sowohl die Zeit- als auch die Pegeldifferenz keine optimalen Hinweise auf den Ort. Dennoch sind die Informationen die durch die Intensitätsdifferenz gewonnen werden sehr wichtig. Im tiefen Frequenzbereich weist der Schall an beiden Ohren die gleiche Intensität auf. Das liegt daran, dass die Wellenlängen bei tiefen Tönen viel größer als der Kopf sind und dadurch kein Schallschatten entstehen kann. Daraus folgt, dass bei hohen Tönen die Wellenlänge kleiner ist als der Kopf des Menschen wodurch ein Intensitätsunterschied an den Ohren entsteht.

Die Position des Kopfes ist mitentscheidend für die Lokalisation. Keine Laufzeitdifferenz entsteht, wenn die Schallquelle genau hinter oder vor der Kopfmitte ist. Dann ist der Weg zum linken und zum rechten Ohr gleich. Der Schall kann sowohl external als auch internal wahrgenommen werden. Bei einem externalen Schall handelt es sich um einen Schall der außerhalb des Kopfes entsteht und der Lokalisation der Schallquelle dient. Ein internaler Schall wird dagegen meist über Kopfhörer zugeführt. Dabei weckt es den Eindruck als würde sich die Schallquelle in der Mitte des Kopfes, der sogenannten „Medianebene“ befinden. Das scheinbare Wegbewegen des Schalls von der Kopfmitte zur Seite bezeichnen Experten als Lateralisation. Hierbei bewegt sich der Schall scheinbar von der Mitte des Kopfes weg zu den Seiten.

Der Präzedenzeffekt ist ein wichtiger Mechanismus des Auditiven Systems, um Schall in Räumen lokalisieren zu können. Bevor der Schall das Ohr erreicht, trifft er bereits auf reflektierende Oberflächen im Raum, die die Lokalisierung beeinflussen können. Jedoch benötigt der reflektierte Schall meist längere Zeit und im Ohr selbst hat der Schall Vorrang, der zuerst kommt. Es herrscht also auch in unserem Ohr ein „first come – first served“ Prinzip. Wer also mal etwas überhört, hat nicht gleich schlechte Ohren. Wenn zu viele Informationen gleichzeitig im Ohr eintreffen, werden einige von ihnen einfach herausgefiltert, um uns sozusagen vor zu vielen Informationen zu schützen.
Es gibt sogar mathematische Überlegungen zur Berechnung der zeitlichen Verzögerung wann der Schall im Ohr eintrifft, die „Anatomische Übertragungsfunktion“. Dabei werden die Eigenschaften des akustischen Quellsignals und die Signale, die sich am Trommelfell messen lassen in Zusammenhang gesetzt. Diese Messung dient der genauen Beschreibung des Verarbeitungsprozesses bei der Lokalisation von Schallquellen.

Mathias S. Oechslin ist in seinen Ausführrungen der Meinung, dass die Wahrnehmung virtueller akustischer Gestaltung ein komplexer und vielschichtiger Prozess ist. Aber durch Experimente können Wissenschaftler Antworten finden, die helfen das Phänomen des Richtungshörens zu erklären. Der akustische Raum gewinnt besonders durch transdisziplinäre Untersuchungen immer mehr an Bedeutung. Auch wenn in diesem Beitrag vor allem neurowissenschaftlichen Aspekte eine Rolle spielen, darf nicht außeracht gelassen werden, dass dieser Ansatz wichtige Informationen für auditive Medien liefert. Erst durch diese Verschmelzung der Perspektiven können neue Felder entdeckt und entwickelt werden.

Gehen wir nun noch einmal zurück zu unserer Cocktail-Party. Wie unser Gehirn und unser Ohr in der Lage sind genau eine Stimme aus all den Stimmen heraushören zu können, ist bis heute nicht eindeutig geklärt. Aber „Richtungshören“ bietet für die Gestaltung klanglicher Milieus interessante Möglichkeiten. Außerdem ist selektives Hören auf jeden Fall ein spannender Prozess. Probiert es auf der nächsten Party doch einfach einmal aus und findet heraus, was hinten rechts im Eck spannendes erzählt wird. Aber passt auf! Auch alle anderen im Raum können hören, was ihr sagt. Was möglicherweise auch einmal unangenehm werden kann.