II Die Sinne und die Motorik

II Die Sinne und die Motorik

II Die Sinne und die Motorik...II—1 1. Einführung...II—1 2. Die Sinne...II—2 2.1. Verbindungen zwischen Gehirn und Sinnesorganen...II—3 2.2. Gesichtsinn...II—3 2.2.1. Frequenzen...II—3 2.2.2. Auflösung...II—3 2.2.3. Helligkeit und Farbempfindlichkeit...II—4 2.2.4. Helligkeitskontrast...II—6 2.2.5. Formwahrnehmung...II—8 2.2.6. Raumwahrnehmung...II—10 2.2.7. Farbwahrnehmung...II—12 2.2.8. Farbkontrast...II—12 2.2.9. Abtastung einer Szene...II—13 2.2.10. Erkennung von Texten...II—13 2.3. Gehörsinn...II—14 2.3.1. Hörbereich...II—14 2.3.2. Schallortung...II—15 2.3.3. Verdeckungseffekt...II—15 2.3.4. Kritische Bandbreite...II—16 2.3.5. Monoaurale Täuschungen...II—17 2.3.6. Binaurale Täuschungen...II—18 2.4. Gleichgewichtssinn...II—19 2.5. Geschmack- und Geruchsinn...II—19 2.5.1. Geschmacksinn...II—19 2.5.2. Bewusster Geruchsinn...II—19 2.5.3. Unbewusster Geruchsinn...II—19 2.6. Tastsinn...II—20 2.6.1. Thermisch...II—20 2.6.2. Akustisch...II—20 2.6.3. Mechanisch...II—20 2.7. Die innere Sensorik...II—21 2.8. Allgemeinempfindungen...II—21 2.9. Schmerz...II—22 2.10. Die künstlichen Sinne...II—22 3. Die Muskeln...II—23 3.1. Muskelanspannung...II—23 3.2. Muskelsteuerung...II—23 3.2.1. Muskeldehnung...II—24 3.2.2. Muskelanspannung...II—24 3.3. Tonerzeugung...II—24 3.3.1. Tonhöhe...II—24 3.3.2. Aussprache...II—24 4. Abbildungen...II—25 5. Index...II—26 1. EINFÜHRUNG

Der Mensch ist dank seinen Sinnen mit der Umwelt verbunden. Sie liefern

Eingangsinformationen. Er wirkt auf sein Umfeld mit seinen Taten dank seinen Muskeln, welche Ausgangsinformationen darstellen. Die Sinne und die Motorik werden in diesem Kapitel vorgestellt.

2. DIE SINNE

Die Sinne empfinden verschiedene Arten von Informationen:

Informationsart Elektromagnetisch Wellenlängen

380-760 nm

Mechanische Schwingungen

20-20000 Hz

Mechanische Verformung der

Haut

Temperatur- abweichungen

Chemische Stoffe Chemische Stoffe

Sinn Gesichtssinn Gehörsinn Druck- und

Berührungssinn

Wärme- und Kältesinn

Geruchssinn Geschmackssinn

Ort Auge Ohr Oberhaut Oberhaut Nasenhöhle Zunge, Rachen

Anzahl Rezeptoren

10⁷ Zapfen fürs Tagessehen 10⁸ Stäbchen fürs Dämmerungssehen

4 10⁵ unterscheidbare

Bildpunkte

1 10⁴ ...3 10⁴ Harrzellen

5 10⁵ 10⁴ Wärme-

rezeptoren 10⁵ Kälte- rezeptoren

10⁷ 10⁷

Reizschwelle [erg] ca. 12 10^-10 (400 Photonen)

5 10^-11 0.03 0.2 °C 10⁷ Mol/ml 1 mg/l

Anzahl Nerven 1 10⁶ ... 2 10⁶ 1 10⁴ ...2 10⁴ 10⁴ 2 10³ 2 10³

Informations- kapazität [bit/s]

3 10⁶ 2 10⁴ ...5 10⁴ 2 10⁵ 2 10³ 10 ... 100 10

2.1. Verbindungen zwischen Gehirn und Sinnesorganen

Entgegen der Erwartung sind nicht nur Nerven von den Sinnesorganen zum Gehirn vorhanden, sondern auch umgekehrt.

Beim Gehör führen mehr Nerven zu den Ohren als umgekehrt.

Beim Gesichtssinn führen ca. 10% der Nerven vom Gehirn zum Auge.

Das Gehirn muss das Sinnesorgan einstellen, damit es detektiert, worauf es ankommt.

2.2. Gesichtsinn 2.2.1. Frequenzen

Abbildung 1: Das elektromagnetische Spektrum

Der Mensch ist auf das Licht der Wellenlängen  zwischen 400 nm (Violett) und 700 nm (Rot) empfindlich.

2.2.2. Auflösung

Der kleinste wahrnehmbare Abstand zwischen zwei Punkten entspricht einem Winkel von 1Minute bei guter Beleuchtung.

Beim Längenvergleich können nur Unterschiede grösser als 10% der Länge wahrgenommen werden (Webersche Gesetz).

Sichtfeld Breite Nach oben Nach unten

Bewegung 90° 60° Ca 80°

Farben 45° 27° 10°

Scharf 1° 1° 1°

Die Zapfen (engl.: cones) auf der Retina sind für das scharfe Sehen im begrenzten

Scharffeld verantwortlich, die Stäbchen (engl.: rods) erlauben das unscharfe Sehen in einem Winkel von ca. 180 Grad (Sehfeld).

Zapfen und Stäbchen (ca 1.8 Millionen) sind Nervenzellen deren Axone durch den Sehnerv mit dem Gehirn verbunden sind. An der Stelle der Retina, wo sich der Sehnerv befindet, ist das Auge blind (Fovea, blinder Fleck).

Die Farbempfindlichkeit sinkt mit der Entfernung zum Scharffeld (siehe Abbildung 2)

Abbildung 2: Sehzellendichte und Farbempfindlichkeit im Sehfeld

Durch die Tatsache, dass das Lesefeld (Scharffeld) begrenzt ist, kann ein Bild nicht auf einmal ganz betrachtet werden. Das folgende Bild illustriert dieses Phänomen.

Abbildung 3: U-formiges Gebilde

Die zeitliche Auflösung des Auges beträgt ca 50 Bilder pro Sekunde im Zentrum und ca 75 am Rand. Bei 50 Bilder pro Sekunde wird beim seitlichen Sehen ein Flimmern festgestellt.

 Kino: 24 Bilder/s, jedes Bild wird 2 Mal projiziert (ergibt 48 Bilder/s)

 Fernsehen. 25 Halbbilder/s (gerade und ungerade Linien) werden nacheinander gezeigt (ergibt 50 Bilder/s). In den modernen Fernseher (100Hz-Technik) wird jedes Bild

gespeichert und 4 Mal pro Sekunde gezeigt (ergibt 25x4=100 Bilder/s) 2.2.3. Helligkeit und Farbempfindlichkeit

Die Dichte der im Blaubereich empfindlichen Zapfen ist viel kleiner als diejenige der anderen Zapfen. Deren Empfindlichkeit ist dagegen grösser. Dies genügt nicht, um eine volle Kompensation zu erhalten, so dass, in der weiteren Bearbeitung im Gehirn, noch eine Verstärkung vorhanden sein muss.

Grün = M-Zapfen Rot = S-Zapfen Blau = L-Zapfen

Abbildung 4: Zapfendichte nach Farbe

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

400 450 500 550 600 650 700

Farbe [nm]

Helligkeitsempfindung

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

400 450 500 550 600 650 700

Farbe (nm)

Augenempfindlichkeit

L M S

Abbildung 5: Die relative Farbempfindung der Zapfen vom Typ L, M und S

Abbildung 6: Helligkeitsempfindung am Tag (Zapfen, schwarz) und im Dunkel

(Stäbchen, weiss)

Am Tag ist die so genannte photopische Empfindlichkeit durch die Zapfen gewährleistet und bei 555nm maximal. Vor allem die M- und S-Zapfen sind also daran beteiligt.

In der Dunkelheit ist die skotopische Empfindlichkeit durch die Stäbchen gegeben und bei 507nm maximal. Die Farbempfindlichkeit ist sehr schwach „In der Nacht sind alle Katze grau“.

Das Auge ist unterhalb 400nm (Ultraviolett) und oberhalb 700nm (Infrarot) unempfindlich.

Die Ultraviolettstrahlen sind zudem für das Auge schädlich.

Die Pupille regelt die Helligkeit mit einem Faktor 1‘000‘000. Das Auge braucht ca. 30 Min, um von der maximalen Helle zur Dunkelheit zu adaptieren.

Abbildung 7: Adaption an die Dunkelheit Bei Schatten erwartet der Mensch immer die Lichtquelle oben am Objekt.

Dadurch entsteht eine Sinnestäuschung.

Abbildung 8: Rechtes Bild = Linkes Bild um 180° gedreht

2.2.4. Helligkeitskontrast

Sehzellen wandeln das Licht in elektrischen Impulsreihen, welche durch den Sehnerv dem Gehirn weitergegeben werden.

Die Lichtintensität wird durch die Wiederholfrequenz der Impulse abgebildet.

Durch gezielte Verknüpfungen der Sehzellen untereinander werden die Grenzlinien zwischen verschiedenen Helligkeitszonen verstärkt (nach dem Physiker E.Mach).

Dies führt zu folgendem Effekt:

In der Tat scheint die Grenze auf einer Seite dunkler und auf der anderen heller.

Als Folge dieser Kontrasterhöhung entstehen Täuschungen:

Das Band in der Mitte hat eine Konstante Helligkeit!

2.2.5. Formwahrnehmung

Die Sehzellen sind in Zonen mit On-Zellen und Off-Zellen verteilt.

Belichtete On-Zellen und nicht belichtete Off-Zellen generieren viele Impulse in kurzen Abständen.

Belichtete Off-Zellen und nicht belichtete On-Zellen generieren wenige Impulse.

Die On-zentrierte Zonen besitzen im Zentrum On-Zellen, die bei Beleuchtung unterstützend und an der Peripherie Off-Zellen, die hemmend wirken.

Die Off-zentrierte Zonen besitzen im Zentrum Off-Zellen, die bei Beleuchtung hemmend und an der Peripherie On-Zellen, die unterstützend wirken.

Die Verknüpfung beider Zonentypen erhöht den Kontrast und erlaubt dadurch eine bessere Erkennung der Formen (engl. blob).

Abbildung 9: On-Zonen und Off-Zonen

Werden die On-Zonen und die Off-Zonen nebeneinander gereiht, so ist das Auge in der Lage, Grenzlinien zu erkennen.

Abbildung 10: Linienerkennung

Vertikale Linien sind erregend (viele Impulse), horizontale Linien beruhigend (wenige Impulse). Siehe Kapitel „Qualität der Empfindung“.

Waagrecht kann das Auge Abstände besser schätzen als senkrecht. Dies kommt daher, dass bei der Höhenschätzung die Augenhöhe (ca. 1m60) als Korrektur mit dem Verstand dazugerechnet, bei der Tiefenschätzung dagegen abgezogen werden muss. Dies führt zu optischen Täuschungen.

In der Abbildung 11 werden die Längen der Linien nicht richtig geschätzt, eine unterbrochene Linie als gebrochen angesehen und parallele Linien als solche nicht erkannt.

Abbildung 11: Linien

Die Linienerkennung erlaubt Formen zu erkennen. Psychologische Tests lassen vermuten, dass folgende Zonenkonfigurationen noch existieren.

Abbildung 12: Erkennung von Ecken

Diese Kombinationen führen ebenfalls zu Täuschungen.

Abbildung 13: Formtäuschungen

Das Gehirn vergleicht automatisch die Formen untereinander. So wirkt ein Kreis, welcher von kleineren Kreisen umkreist ist, grösser als der gleiche Kreis, welcher von grösseren Kreisen umkreist ist.

Abbildung 14: Welcher mittlere Kreis ist grösser?

2.2.6. Raumwahrnehmung

Unterhalb 10m-Entfernung bleibt die scheinbare Grösse eines Objektes gleich.

Ab 10m-Entfernung und weiter wird das Objekt kleiner. In diesem Bereich gilt das Gesetz des konstanten Winkels.

Das räumliche Sehen erfolgt durch Vergleich der Bilder im linken und im rechten Auge.

Durch ein leichtes Kopfdrehen wird zusätzlich das entfernte Objekt durch das nahe Objekt unterschiedlich abgedeckt

(Bewegungsparalaxe).

B

Abstand links < Abstand rechts Objekt A vor Objekt B

A

Verschiedene Indizien im wahrgenommenen Bild deuten auf die Räumlichkeit:

 Relative Grösse

Vorausgesetzt dass die Grösse eines Objektes bekannt ist, bezeugt eine kleine Grösse die Entfernung dieses Objektes

 Konvergenz von parallelen Linien (Perspektive)

 Höhe eines Objektes im Blickfeld

Da die Augen sich ca. 1,5m über dem Boden befinden, erscheint ein weiter entferntes Objekt höher im Blickfeld.

 Variable Grösse von wiederholten Objekten mit der Entfernung (Gradienten) Auf einer gepflasterten Strasse erscheinen uns die nahen Pflaster grösser als die entfernteren.

 Überlappung

 Transparenz

Ein Objekt, das durch ein Glas scheint ist sicher hinter diesem.

 Der Eigenschatten eines Objektes erlaubt die Wahrnehmung seiner verschieden entfernten Ebenen (Relief).

höher=

weiter Gradient

Kleine Kugel in der Luft Grössere Kugel am Boden

Abbildung 15: Raumwahrnehmung

 Luftperspektive

Da spielt die Helligkeit (Sättigung) der Farben eine Rolle.

Nahe Ebenen sind dunkel, entferntere heller.

Abbildung 16: Tiefeneindruck durch Helligkeit (Centovalli) (Bild des Autors)

2.2.7. Farbwahrnehmung

Die Zapfen empfinden die drei Farben Blau (419 nm), Grün (531 nm) und Gelb (559 nm).

Aus deren Kombination durch Erregung und Hemmung entsteht die Farbempfindung.

Das Nachbild nach langem Reiz von blau ist gelb, dasjenige von rot ist grün und dasjenige von schwarz ist weiss (und umgekehrt).

Die Empfindung der blauen Farbe entsteht also durch die Erregung der blauen Zapfen und die Hemmung der gelben.

Die Empfindung der gelben Farbe entsteht durch die Erregung der gelben Zapfen und die Hemmung der blauen.

grün 531 nm

gelb 559 nm

+blau

-gelb +gelb

-blau +grün

-rot +rot

-grün

+weiss

-schwarz +schwarz -weiss

Farbe Helligkeit

Erregung Hemmung Zapfen der Retina blau

419 nm

Abbildung 17: Das Farbsehen

Wie gestaltet sich dies bei der Farbwahrnehmung. Man fand 3 verschieden Gesetz für die Farbwahrnehmung. Diese Gesetze entstanden durch psychologische Tests.

1) Farbantagonismus: Bestimmte Farben können nie in Kombination gesehen werden. Es existiert kein rötliches Grün oder bläuliches Gelb.

2) Farbsimultankontrast: Dieser Effekt tritt dann auf, wenn Gegenfarben von räumlich benachbarten Stellen ausgehen. So hebt sich ein grünes Objekt von einem roten Hintergrund besser ab, als vor einem blauen.

3) Farbkonstanz: Die Farbe eines Objektes bleibt relativ konstant, obwohl enorme Schwankungen in der Spektralverteilung der Umgebungsbeleuchtung auftreten. Wenn eine Zitrone von einem rötlichen Licht oder von einem anderen Licht beleuchtet wird, glaubt man immer noch, dass die Farbe gelblich ist - erst wenn man mit einer hohen Aufmerksamkeit die Farbe der Zitrone analysiert, erkennt man die genaue Farbe.

Wie viele Farben sieht man?

Man unterscheidet 200 verschiedene Wellenlängen, 500 Helligkeitsstufen und 20 Sättigungsstufen. Dies ergibt 200x500x20 = 2 Millionen Farben.

2.2.8. Farbkontrast

Es gibt vier Arten von konzentrischen doppelten Gegenfarbzellen. Zwei Zellen antworten bevorzugt auf Rot-Grün Kontrast. Die anderen beiden auf Gelb-Blau Kontrast. Eine Zelle die Rot-Grün Kontrast verarbeitet, wird durch G-Zapfen im Zentrum des rezeptiven Feldes aktiviert und durch G-Zapfen im Umfeld gehemmt. R-Zapfen haben den umgekehrten Effekt.

In den Gelb-Blau- und den Blau-Gelb- Kontrast verarbeitenden Zellen werden die Signale der B-Zapfen und die aufsummierten Signale der R- und G- Zapfen antagonistisch

verarbeitet. (siehe Abbildung 18)

G+R-

G-R+ B+G-R-

B- G+R+

G+R-

G-R+ B+

G-R- B-G+R+

Abbildung 18: Farbkontrast Diese Zonen führen wie bei den Formen zu Täuschungen:

Abbildung 19: Farbtäuschung: beide Kreuze sind gleichfarbig (RGB 128 0 128)

2.2.9. Abtastung einer Szene

Um eine Szene zu analysieren bewegt sich das Auge, um die Helligkeits- und Farbgrenzen zu erkennen. Dabei werden die Formen und die räumlichen Verhältnisse erkannt.

Abbildung 20: Erkennung der Formen Siehe auch Kapitel III „ Informationsverarbeitung“

2.2.10. Erkennung von Texten Dieser Text ist ohne Zögern zu lesen:

Ncah eneir Situde der Uvinertisät von Cmabrigde sipelt die Ondnurg der Buschbaten im Wrot kneie Rlole. Ezinig witichg ist, dsas die etsre und die ltezte am rigichten Ort bebilen. Der Rset knan in telolar Udunnorg sien und man knan ncoh onhe Perblom lesen.

Deis wiel das mischlenche Girehn nhict jeden Babuchsten sarapet lesit sedronn das gnaze Wrot. (Parallele Verarbeitung im Gehirn)

2.3. Gehörsinn

2.3.1. Hörbereich

Der (junge) Mensch hört Frequenzen zwischen 20 und 20000 Hz.

Zwischen dem minimalen Schalldruck, der gerade für eine Hörempfindung ausreicht, bis zur Schmerzgrenze liegt ein Faktor von 1:1‘000‘000 (120 dB).

Die Hörempfindlichkeit ist am grössten zwischen 2 und 5KHz, sie verringert sich nach tiefen Frequenzen langsamer als nach oben.

Abbildung 21: Kurven gleicher Lautstärke als Funktion der Frequenz nach DIN45630 Die Hörschwelle befindet sich bei ca. 4 Phon und die Schmerzgrenze bei 130 Phon.

Bei zu lauten Tönen erfolgt eine Adaption, wobei die Hörempfindlichkeit um einen Faktor 10 (20dB) abnimmt.

Der kleinste, wahrnehmbare Frequenzabstand zwischen zwei reinen Tönen ist ca. 0.3% im empfindlichsten Bereich von 1000 bis 3000 Hz.

Oberhalb 4000 Hz kann man keine Note mehr erkennen. Die höchste Note am Klavier ist demzufolge 4186 Hz.

Der kürzeste, erkennbare Ton dauert ca. 20ms. Eine Tonpause wird ab 10ms Dauer erkannt.

Das absolute Gehör ist eine gelernte Eigenschaft, die nur bei Menschen vorkommt, welche mit ihrer musikalischen Ausbildung vor dem sechsten Lebensjahr begonnen haben. Sie sind in der Lage, einen Ton in der Tonskala absolut zu bestimmen.

Das Gehör hat die Eigenschaft entwickelt, eine doppelt so weit entfernte Schallquelle etwa halb so laut zu hören, obwohl nur ein Viertel der Energie am Ohr ankommt.

In einem Akkord werden die einzelnen Noten mit einer Genauigkeit von 15 bis 20 % erkannt.

2.3.2. Schallortung

Das binaurale Hören erlaubt eine Schallortung, wobei, schon bei einem

Intensitätsunterschied von 1 dB, der Ton links oder rechts vom Kopf lokalisiert werden kann.

Durch wahrnehmbare Laufzeitunterschiede kann eine Schallquelle mit einer Genauigkeit von 3° im Raum horizontal geortet werden.

Das folgende Beispiel mit Tonimpulse zeigt einen anderen Effekt:

Bei einer Zeitverschiebung von 32ms werden die Ereignisse als getrennt interpretiert.

Bei einer Zeitverschiebung von 2ms wird der verschobene Kanal als Echo des anderen interpretiert und eindeutig im Raum plaziert.

Bei einer Zeitverschiebung von 10ms entsteht eine Verwirrung.

R

L

Hörmuster zwischen zwei getrennten Ereignissen und Mitte mit Echo 2.3.3. Verdeckungseffekt

Ist ein Ton um 5 dB stärker als ein zweiter, wird der letzte nicht gehört, wenn seine Frequenz sich in einem Band von 100Hz (unter 500 Hz) oder 20% der Frequenz des ersten Tones (oberhalb 500Hz) befindet. Man spricht vom Verdeckungseffekt.

Zum Beispiel ein Ton von 250Hz deckt alle Töne zwischen 200 und 300Hz, ein solcher von 1kHz alle Töne zwischen 850 und 1150Hz (bei kleiner Lautstärke).

Abbildung 22: Verdeckungseffekt bei 1kHz und verschiedenen Lautstärken

Als Beispiel deckt ein schmalbandiges Rauschen zwischen 800 und 1200Hz die Frequenzen 900 und 1100 Hz dagegen 500 und 2000 Hz nicht

Hörmuster Verdeckung

Darum arbeiten die Kompressionsverfahren für Musik (wie MP3) mit 24 Bänder und entsprechenden Mittenfrequenzen:

Mittenfrequenz Hz Bandbreite Hz

50 80

150 100

250 100

350 100

450 110

570 120

700 140

840 150

1000 160

1170 190

1370 210

1600 240

1850 280

2150 320

2500 380

2900 450

3400 550

4000 700

4800 900

5800 1100

7000 1300

8500 1800

10500 2500

13500 3500

2.3.4. Kritische Bandbreite

Werden zwei Töne gleichzeitig gehört, so empfindet man dieser Klang als:

 Schwebung, wenn die Töne nahe bei einander sind.

 Rauheit, wenn die Töne weiter auseinander liegen.

Bei der kritischen Bandbreite als:

 2 separate Töne, wenn sie noch weiter auseinander liegen

Diese kritische Bandbreite ist je nach Notenhöhe (Frequenz) unterschiedlich.

Ist die Differenz zwischen den Noten grösser als die kritische Bandbreite tönt der Akkord gut.

Ist sie kleiner, tönt der Akkord schlecht.

Schwebung Rauh- heit Rauh-

heit

2 Töne 2 Töne

Kritische Bandbreite

Abbildung 23: a) kritische Bandbreite

zwei getrennte Töne tönt gut

Frequenz des Tones [Hz]

Kritische Bandbreite [Hz]

klingt schlecht klingt gut

zwei getrennte Töne

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0 1000 2000 3000 4000 5000

Abbildung 24: b) kritische Bandbreite Folgende Aussage kann anhand der Graphik gemacht werden:

Erzeugt ein Instrument ein Ton der Frequenz 500Hz, so werden alle Frequenzen oberhalb 3000 Hz (6te Oberwelle) nicht als zweite Note (Akkord) erkannt.

Alle Oberwellen oberhalb der 6ten werden als Rauheit des Instrumentes interpretiert.

2.3.5. Monoaurale Täuschungen Pausenfüllung in der Musik:

Folgende Noten werden kontinuierlich gespielt und dort unterbrochen, wo sonst die Note plaziert wäre:

CD EF G A

A

523587 659698 784 880

440 Herz

Abbildung 25: Zeitdiagramm

Hörmuster: Melodie

Pausenfüllung in der Sprache:

Ausgehend vom Wort „split“ wird der Konsonant p durch eine Pause ersetzt (gelöscht)

Abbildung 26: SPLIT S-LIT Das Gehirn rekonstruiert den fehlenden Konsonanten p.

Hörmuster split ,s-lit

Paradoxe der übermässigen Quarte:

Wenn zwei Noten nacheinander gespielt werden, kann ein Zuhörer normalerweise sagen ob die Tonfolge steigt oder sinkt.

Bei einem Verhältnis von 2 (6 Halbtöne) ist die Empfindung nicht mehr so eindeutig.

Gewisse Zuhörer werden eine Tonfolge wie z.B. C-Fis als sinkend und As-D als steigend empfinden, andere gerade umgekehrt.

Im Hörmuster Tritone werden die Folgen C-Fis (steigt), H-E (sinkt), Es-As (steigt), F-b (sinkt) gespielt.

Diese Täuschung wird ausgenutzt um unendliche Tonfolgen zu generieren.

Hörmuster steigend, kontinuierlich fallend Oktav-Verschiebung:

Werden in einer Melodie die Noten abwechslungsweise um einen Oktav verschoben gespielt, ist es sehr schwer die Melodie zu erkennen.

Hören Sie zuerst mit Oktavverschiebung und dann unverfälscht zu.

2.3.6. Binaurale Täuschungen Binaurale Verschmelzung:

Wwird die folgende Sequenz gespielt R

L

Gehört wird aber:

R L

Hörmuster Linker Kanal, Rechter Kanal, Beide Kanäle

Huggins-Phantom:

Unbehandeltes, weisses Rauschen wird an einem Ohr angeboten, das andere bekommt dieses Rauschen nach einer Allpassfilterung mit einer Phasenverschiebung von



schmalen Frequenzbereich.

Im folgenden Hörbeispiel werden 3 Allpässe bei g, C und E eingesetzt Allpass



g-C-E

Hörmuster: Rauschen Rechts, Rauschen Links, Stereotäuschung, Rechts minus Links 2.4. Gleichgewichtssinn

Beschleunigungen und Gleichgewicht werden im Ohr empfunden.

2.5. Geschmack- und Geruchsinn Beide Sinne sind chemisch und ergänzen sich.

Der Geschmacksinn ist für Festkörper und Flüssigkeiten zuständig, der Geruchsinn für Gase und im Gas gemischten Flüssigkeiten oder Festkörper.

2.5.1. Geschmacksinn

Der Geschmacksinn kann 4 Hauptklassen unterscheiden:

Klassen Empfindlichkeit = minimale Menge des Wirkstoffes bitter 6 mg/l

süss 6 mg/l (Saccharin) 3 g/l (Rohrzucker) sauer 0.1 g/l

salzig 0.5 g/l

2.5.2. Bewusster Geruchsinn

Der Geruchsinn unterscheidet 6 Hauptklassen:

Nach Rosen, Birnen, Moschus, Eukalyptus, faulen Eiern oder Essig riechend.

Seine Empfindlichkeit ist sehr hoch: 10⁷ Moleküle pro ml Luft genügen. Bei langem Kontakt mit einem Duft entsteht eine Adaption und der Geruchsinn wird vorübergehend

unempfindlich.

2.5.3. Unbewusster Geruchsinn

Bei den Tieren reagiert das pheromonasale oder Jakobsonsche Organ in der Nase auf chemische Botenstoffe und teilt die Information der Amygdala direkt mit. Diese Stoffe spielen in den sexuellen Beziehungen eine Rolle.

Beim Mensch existiert dieses Organ auch aber die Verbindung zum Gehirn verschwindet schon beim Fötus vor der Geburt.

Gewisse, Pheromone genannte Stoffe werden durch die normalen Geruchszellen gespürt und die Information wird auch der Amygdala direkt mitgeteilt, also in unbewusster Weise.

2.6. Tastsinn

2.6.1. Thermisch

Die Infrarotstrahlen (>700 nm) werden durch die Haut als Wärme empfunden.

Zudem wird die Temperatur eines Objektes durch Hautkontakt spürbar.

Folgende Kurven zeigen die Empfindlichkeit der Wärme- bzw. Kälteempfindung.

-1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

26 28 30 32 34 36 38 40

A en d er u n g d er H au tt e m p er at u r

Warmschwelle Kaltschwelle Kältegrenze Wärmegrenze

Dauerkalt

Neutral Neutral

Dauerwarm kälter

geworden

kalt geworden warm

geworden

wärmer geworden

Abbildung 27: Warm- und Kaltschwelle Zur Interpretation der Kurven:

Bei 30° braucht es mindestens eine Senkung von 0.2°, damit der Mensch den Eindruck hat, dass es kälter geworden ist oder eine Erhöhung von mindestens 0.5°, um den Eindruck von Wärme zu bekommen.

2.6.2. Akustisch

Vibrationen unterhalb 20 Hz werden durch die Haut empfunden (Haarvibration).

2.6.3. Mechanisch

Die Beschaffenheit der Objekte wird mit der Haut betastet (glatt, rauh, hart, weich, flüssig, schleimig).

2.7. Die innere Sensorik Sie wird wie folgt unterteilt:

Die innere Sensorik

Somatische Sensorik Viscerale Sensorik

Oberflächensensorik Tiefensensorik

Haut Muskel, Gelenke Organe

Die Sensoren reagieren auf Druck, Berührung, Vibration, Spannung, Dehnung

(Mechanosensoren), Abkühlung, Erwärmung (Thermosensoren), Säure-, Basen, CO2-, O2-, Glukosekonzentration (Chemiosensoren), Gewebeschädigung, Hitze, Quetschen

(Schmerzsensoren).

2.8. Allgemeinempfindungen

Die Allgemeinempfindungen erfolgen durch kein bestimmtes Sinnesorgan sondern durch die oben erwähnten Sensoren im Körper.

Folgende Tabelle zeigt die Triebe, die das Überleben des Menschen sichern:

Trieb Sensor Mangel an Überfluss an

Durst Osmosensoren Mundtrockenheit

Flüssigkeit Hunger Leerer Magen

Glucosensoren Thermosensoren Liposensoren

Nahrung Glucose Wärme Fett

Sattheit Voller Magen Nahrung

Atemnot Chemiosensoren Luft Müdigkeit Glucosensoren Energie

Sex Gesichtsinn

Geruchsinn?

Die Befriedigung der Triebe erfolgt immer nach dem folgenden Schema:

Reiz Befriedigung

Sensor

Informations- verarbeitung

Empfindung

Aktion

Trieb Andere

Einflüsse hemmt

2.9. Schmerz

Die Schmerzsensoren sind solche mit einer sehr hohen Schwelle (Schmerzschwelle) Die Weiterleitung der Schmerzempfindung zum Gehirn erfolgt über spezifischen Nervenbahnen.

2.10. Die künstlichen Sinne

Da die Empfindlichkeitsbereiche der Sinne begrenzt sind, hat der Mensch Sensoren entwickelt, die ihm erlauben seine Umwelt besser zu erfahren.

Teleskope Radioteleskope Mikroskope

Elektronenmikroskope Gassensoren

Kräftesensoren Infrarotsensoren Wärmesensoren

Geschwindigkeits- und Beschleunigungssensoren Spektrometer

Magnetsensoren

Teilchenbeschleuniger usw.

Heute glaubt man, dass unsere Sinne ein Bild der Wirklichkeit abgeben (das ist nicht immer der Fall gewesen, siehe „Geschichte der Philosophie“)

Wie steht es mit der von den künstlichen Sinnen gelieferten Informationen? Hier kann man darüber zweifeln.

Die durch diese Sensoren abgegebenen Informationen können nicht gleich wie diejenigen der eigenen Sinne verarbeitet werden. Die gewonnene Erkenntnis kann nicht mit der durch die eigene Sinneserfahrung gebildete Vernunft interpretiert werden. Es braucht dazu mathematische Konzepte und Theorien, die zu erfinden sind.

Dem Beobachteten folgt eine Theorie, die neue Experimente verlangt, die selber zu neuen Theorien führen usw. (siehe Kapitel VII „Die Forschung“)

3. DIE MUSKELN

Ein Muskel besteht aus Faserbündel, welche mit den Sehnen am Skelett befestigt sind.

Jedes Bündel besteht aus Muskelfaser. Jeder Faser enthält Myofibrillen. Eine Myofibrille besteht aus an einander gereihten Actinfilamenten und Myosinmolekülen.

3.1. Muskelanspannung

+ + + + + + + + + + + + + + + ++ +

+ + +

+ + + + + - - - -

- - -

- - - - -

- -

- - -

- - - - - - -

Ca++

- 90 mV

- - - - - - - - - - -- -

- - -

- - - - - + + ++

+ +

+ + + + + + + +

+

+ Ca++

+ 30 mV

+ + + +

+ +

+ + +

+ + + + + + + + + + + + ++ +

+ +

+ + + +

- - - -

-

- - - - - - -

-

- Ca++ - - 80 mV - - -

10-8 mol/l Ca++

Kontraktion

Ruhe Polarisation Anspannung

Abbildung 29: Muskelanspannung

Im Ruhezustand (schlaffer Muskel) ist die Polarisation der Zellmembrane–90mV. Die Calcium-Ionen sind in den longitudinalen Tubuli gleichverteilt.

Wenn der Muskel aktiviert werden muss, steigt die Polarisation auf +30mV. Die

transversalen Tubuli laden sich negativ. Die Calcium-Ionen werden durch dieses negative Potential angezogen und versammeln sich in den Terminalzisternen.

Geht das Potential langsam zurück, werden die Calcium-Ionen durch das positive Potential der transversalen Tubuli zurückgestossen und diffundieren in die Myofibrinnen und die Myosinmolekülen verkürzen sich.

Der Muskel zuckt zusammen.

Die Pulsfolge und die Anzahl der angeregten Faser definieren die Kraft der

Muskelanspannung. Die Geschwindigkeit der Anspannung wird durch die synchrone Steuerung der Faser erzeugt.

Um die Anspannung aufrecht zu erhalten, werden die einzelnen Fasern zeitlich versetzt (asynchron) immer wieder aktiviert.

3.2. Muskelsteuerung

Jeder Muskel besitzt 2 Rückkopplungswege zum Gehirn.

Ein System der Längenkontrolle dank den Muskelspindeln, welche im Muskel integriert sind.

Ein System der Spannungskontrolle dank den Sehnenorganen.

3.2.1. Muskeldehnung

Sind die Muskel schlaff, senden die Muskelspindeln durch die sogenannten "la-Nerven"

ständig Impulse zum Gehirn.

Wird der Muskel gedehnt, senden sie sie in kürzeren Abständen. Dazu merken die

Sehnenorgane die Dehnung und senden durch die sogenannten "lb-Nerven" Impulse zum Gehirn.

3.2.2. Muskelanspannung

Befiehlt ein Efferenznerv die Anspannung eines Muskels, sendet die Muskelspindeln keine Impulse mehr zum Gehirn.

Die Sehnen werden beansprucht und senden durch die lb-Nerven Impulse zum Gehirn.

3.3. Tonerzeugung

3.3.1. Tonhöhe

Beim neugeborenen Säugling sind die Stimmbänder 3mm lang, bei der erwachsene Frau 9 bis 13 mm und beim erwachsenen Mann 15 bis 20 mm.

Entsprechend sind die erzeugten Töne beim Mann:

Tiefster Ton 55-110 Hz, höchster Ton 155-311Hz, leiseste Ton 50dB, lauteste Ton 100dB.

Für die Tonerzeugung benötigt man ein Luftstrom durch die Stimmbänder.

In ruhiger Stellung atmet man etwa einen halben Liter Luft ein und aus. Das ist ein Zehntel der Luftkapazität der Lungen von 5 Liter.

Beim Reden ändert sich das Luftvolumen zwischen 15 und 55% der Luftkapazität.

Das heisst, der Redner muss etwa nach fünf Sekunden Luft holen.

Sänger müssen manchmal Strophen einer Länge von 10 Sekunden singen. Dies ist nur möglich, da ihre Luftkapazität ca. 20% höher als normal ist.

Ein Ton kann sehr schnell nach unten verändert werden, da der benutzte Muskel auch für das schnelle Verschliessen des Kehlkopfes sorgt, um das Eindringen von Fremdkörper in die Lungen zu verhindern.

Das Erhöhen eines Tones ist dagegen langsam und muss geübt werden.

Die Tonhöhe ändert sich mit der Lautstärke. Ein geübter Sänger ist in der Lage diese Tonunterschiede zu korrigieren.

Je mehr Oberwellen generiert werden, desto rauher klingt die Stimme.

Eine Bassstimme klingt rauh. Eine Sopranstimme dagegen rein. (siehe Abbildung 24) Zudem je mehr Oberwellen ein Ton enthält, desto einfacher ist es, einen anderen Ton in einem bestimmten Intervall zu singen.

3.3.2. Aussprache

Ein Ton wird moduliert, um ein gesprochenes Wort zu bilden.

Je mehr Oberwellen moduliert werden, desto klarer sind die Vokale.

Eine Sopranistin, welche hoch singt, erzeugt weniger Oberwellen. Dadurch wird die Vokale schlecht verständlich (schlechte Unterscheidung zwischen u und o).

4. ABBILDUNGEN

Abbildung 1: Das elektromagnetische Spektrum...II—3 Abbildung 2: Sehzellendichte und Farbempfindlichkeit im Sehfeld...II—4 Abbildung 3: U-formiges Gebilde...II—4 Abbildung 4: Zapfendichte nach Farbe...II—4 Abbildung 5: Die relative Farbempfindung...II—5 Abbildung 6: Helligkeitsempfindung...II—5 Abbildung 7: Adaption an die Dunkelheit...II—5 Abbildung 8: Rechtes Bild = Linkes Bild um 180° gedreht...II—6 Abbildung 9: On-Zonen und Off-Zonen...II—8 Abbildung 10: Linienerkennung...II—9 Abbildung 11: Linien...II—9 Abbildung 12: Erkennung von Ecken...II—9 Abbildung 13: Formtäuschungen...II—10 Abbildung 14: Welcher mittlere Kreis ist grösser?...II—10 Abbildung 15: Raumwahrnehmung...II—11 Abbildung 16: Tiefeneindruck durch Helligkeit (Centovalli)...II—11 Abbildung 17: Das Farbsehen...II—12 Abbildung 18: Farbkontrast...II—13 Abbildung 19: Farbtäuschung: beide Kreuze sind gleichfarbig (RGB 128 0 128)...II—13 Abbildung 20: Erkennung der Formen...II—13 Abbildung 21: Kurven gleicher Lautstärke als Funktion der Frequenz nach DIN45630. . .II—14 Abbildung 22: Verdeckungseffekt bei 1kHz und verschiedenen Lautstärken...II—15 Abbildung 23: a) kritische Bandbreite...II—16 Abbildung 24: b) kritische Bandbreite...II—17 Abbildung 25: Zeitdiagramm...II—17 Abbildung 26: SPLIT S-LIT...II—18 Abbildung 27: Warm- und Kaltschwelle...II—20 Abbildung 28: Allgemeinempfindungen...II—21 Abbildung 29: Muskelanspannung...II—23

5. INDEX

Aktoren...II—23 Hören

Bereich...II—14 Binaural

Täuschungen...II—18 Mono

Täuschungen...II—17 Ortung...II—15 Verseckungseffekt...II—15 Muskel

Anspannung...II—23 Sehnen...II—23 Spindel...II—23 Steuerung...II—23 Raumwahrnehmung...II—10 Schmerz...II—22 Sehen

Adaption...II—5 Auflösung

räumlich...II—3 zeitlich...II—4 Farbantagonismus...II—12 Farbe

Täuschungen...II—13 Farbempfindlichkeit...II—4 Farbkonstanz...II—12 Farbkontrast...II—12 Farbsimultankontrast...II—12 Farbwahrnehmung...II—12 Form

Täuschungen...II—9

Formwahrnehmung...II—8 Grösse

Täuschungen...II—10 Helligkeit...II—4 Kontrast...II—6 Täuschungen...II—5, II—7 Off-Zellen...II—8 Off-Zonen...II—9 On-Zellen...II—8 On-Zonen...II—9 sichtbarer Bereich...II—3 Sensoren

innere...II—21 künstliche...II—22 Sensorik

innere...II—21 Sinn

Gleichgewicht...II—19 hören...II—14 künstlicher...II—22 riechen...II—19 schmecken...II—19 sehen...II—3 tasten...II—20 Sinne

Uebersicht...II—2 Tasten

akustisch...II—20 mechanisch...II—20 thermisch...II—20 Trieb...II—21