E6 Binaurales Hören: Räumliche Lokalisierung

Thema

Befindet sich eine Schallquelle seitlich am Kopf und nicht genau in der Mitte, erreicht der von ihr erzeugte Schalldruck nicht beide Ohren gleichzeitig oder mit gleicher Intensität: Er trifft am näheren Ohr früher und intensiver ein, am weiter entfernten Ohr später und schwächer. Das Hörsystem nutzt diese Asymmetrie zwischen den beiden Ohren, anstatt sie als störend zu behandeln, um die Position der Schallquelle zu berechnen.

Der Zeitunterschied, mit dem derselbe Schalldruck das eine Ohr im Vergleich zum anderen erreicht, wird als interaurale Laufzeitdifferenz bezeichnet. Die zentrale Hörbahn nutzt diese vor allem für tiefe Frequenzen, da die Wellenlänge tiefer Frequenzen lang genug ist, um den genauen Zeitpunkt des Eintreffens jedes Schalldruckzyklus an jedem Ohr deutlich zu bestimmen. Je weiter die Schallquelle von der Kopfmitte entfernt ist, desto größer ist die interaurale Laufzeitdifferenz zwischen den beiden Ohren. Eine interaurale Laufzeitdifferenz von null bedeutet, dass sich die Schallquelle genau in der Mitte befindet und von beiden Ohren gleich weit entfernt ist.

Bei höheren Frequenzen ist die Wellenlänge jedoch so kurz, dass der Kopf selbst, zwischen den Ohren gelegen, den Schalldruck teilweise abschirmt, bevor er das entfernte Ohr erreicht – ein Effekt, der als Kopfschatten bezeichnet wird. Der Kopfschatten bewirkt, dass das vom Schallquellen-Ultraschall entfernte Ohr einen geringeren Schalldruck empfängt als das nähere Ohr. Dieser Intensitätsunterschied zwischen den beiden Ohren wird als interaurale Pegeldifferenz bezeichnet. Je weiter die Schallquelle seitlich vom Kopfzentrum entfernt ist, desto größer ist der Kopfschatten am entfernten Ohr und desto größer ist die interaurale Pegeldifferenz.

Sowohl die interaurale Zeitdifferenz als auch die interaurale Pegeldifferenz bergen eine Mehrdeutigkeit, die sich nicht allein auflösen lässt: Viele verschiedene Positionen in der Vertikalen oder vor und hinter dem Kopf erzeugen exakt dieselbe interaurale Zeitdifferenz und dieselbe interaurale Pegeldifferenz, da beide ausschließlich von der Entfernung der Schallquelle vom Kopfzentrum abhängen und nicht von ihrer Position (oben, unten, davor oder dahinter). Diese Mehrdeutigkeit wird genau durch die räumliche Filterung der Ohrmuschel aufgelöst: Da das von der Ohrmuschel erzeugte Muster verstärkter und ausgelöschter Frequenzen für jede Richtung, aus der der Schall eintrifft, unterschiedlich ist – selbst bei gleicher Laufzeitdifferenz und gleichem Pegelunterschied zwischen den Ohren –, kann die zentrale Hörbahn dieses Frequenzmuster zusätzlich zu den beiden Ohrdifferenzen nutzen, um die Schallquelle auch in der Vertikalen zu lokalisieren und zu unterscheiden, ob sie von vorne oder hinten kommt.

Durch die Kombination von Laufzeitdifferenz, Pegelunterschied zwischen den Ohren und der räumlichen Filterung der Ohrmuschel kann die zentrale Hörbahn eine Schallquelle in der Horizontalen und Vertikalen allein anhand der Signale lokalisieren, die beide Ohren erreichen. Dieselbe Fähigkeit, das von jedem Ohr empfangene Signal zu vergleichen, hilft auch beim Sprachverstehen in lauten Umgebungen: Wenn das Sprachsignal und die Hintergrundgeräusche aus verschiedenen Richtungen eintreffen, nutzt die zentrale Hörbahn die interaurale Zeitdifferenz und die interaurale Pegeldifferenz, um zu unterscheiden, welcher der beiden Töne aus welcher Richtung kommt. Dadurch wird das effektive Signal-Rausch-Verhältnis stärker verbessert, als es jedes Ohr einzeln erreichen könnte.

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