Frequenzempfinden

Frequenzempfinden bezeichnet die Wahrnehmung der Frequenz eines Schalls durch das menschliche Gehör, insbesondere die damit verbundene Empfindung von Tonhöhe (Pitch). Es beschreibt, wie unterschiedliche Schwingungsraten des Luftdrucks subjektiv als unterschiedliche Töne erlebt werden und wie dieses Erlebnis durch die Verarbeitung im Hörsystem geprägt wird.

Physiologisch beruht das Frequenzempfinden auf der Tonotopie des Innenohrs. Die Basilarmembran der Cochlea reagiert auf verschiedene Frequenzen unterschiedlich stark: Tiefe Frequenzen werden am apikalen, hohe Frequenzen am basalen Teil der Membran abgebildet. Die hair cells wandeln die mechanischen Schwingungen in Nervenimpulse um, die über den Hörnerv an die Hörbahn geleitet werden. Auf neuronaler Ebene erfolgt die Verarbeitung weiter in der Hörkortexregion, wo Muster von Aktivität mit bestimmten Tonhöhen verknüpft werden.

Kodierungsprinzipien. Historisch unterscheidet man Ortkodierung (Frequenz durch den Ort der maximumen Schwingung auf der Basilarmembran) und Temporal- bzw. Phasenlocking-Kodierung (Frequenz wird durch die zeitliche Feuerrate der Neuronen vermittelt). In der Praxis arbeiten beide Mechanismen zusammen. Bei niedrigen Frequenzen dominiert zeitliche Kodierung, bei höheren Frequenzen gewinnt die Platzkodierung an Bedeutung. Der Übergang liegt grob im Bereich von einigen hundert Hertz bis zu einigen Kilohertz.

Psychophysik. Die Frequenzwahrnehmung wird durch Messungen der Frequenzunterschiedsschwelle (Just Noticeable Difference) und der Tonhöhenunabhängigen Struktur untersucht. Gegenständlich zeigt sich, dass subjektiv wahrgenommene Tonhöhe robust über ein weites Frequenzspektrum bleibt, wobei Oktavbeziehungen eine zentrale Rolle für die Einordnung von Tönen spielen.

Anwendungen. Das Verständnis des Frequenzempfindens ist grundlegend für Hörgeräte- und Cochlea-Implantat-Technologien, Musik- und Sprachsynthese sowie die akustische Wahrnehmungsforschung.