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  Akustische Grundlagen der Sprache

Der Schall

Die Sprache, die wir hören, ist (wie andere über das Gehör wahrnehmbare Phänomene) physikalisch gesehen Schall.
Schall entsteht aus Schwingungen von Molekülen in elastischen (z. Bsp. Luft) und festen Stoffen. Beim Sprechen werden Luftmoleküle durch die Aktivitäten der Artikulationsorgane und Stimmbänder bewegt. Die in Hin- und Herbewegungen geratenen Luftteilchen stoßen Nachbarteilchen an, die ebenfalls in Schwingungen geraten, so dass eine Kettenreaktion entsteht (wie Dominosteine, die alle umfallen, wenn der erste Stein kippt). Durch die aufeinander folgenden Schwingungsvorgänge entsteht eine Schallwelle. Schallwellen sind eine periodische Folgen von Verdichtungen und Verdünnungen der Luft. Schallwellen in Luft können weder angehalten noch konserviert werden, sie bewegen sich in allen Richtungen gleichzeitig von ihrer Quelle fort. Ihre Schwingungen enden dann, wenn die Energie verbraucht ist. Je nach Anfangsintensität kann eine Schallwelle eine weite Strecke überwinden.

Jeder vibrierende Körper (z. Bsp. Musikinstrumente) kann Schall erzeugen, aber nicht jeder Schall kann von uns wahrgenommen werden. Wir können nur Schall wahrnehmen, der sich innerhalb eines bestimmten Intensitäts- und Frequenzumfangs (Lautstärke und Tonhöhe) befindet. Fledermäuse senden beispielsweise Schall in einem Bereich über unserer Schallempfindung, im Ultraschallbereich (über 20.000 Hertz). Elefanten erzeugen Schwingungen, die so langsam sind, dass sie unterhalb unserer Schallempfindung, im Infraschallbereich (unter 20 Hertz) liegen. Der maximale Hörbereich des Menschen liegt zwischen 16 – 28.000 Hertz.

Wir können dem Schall drei Eigenschaften zuordnen:
  1. die Tonhöhe oder Frequenz
  2. die Lautstärke oder Intensität bzw. Amplitude
  3. die Klangfarbe.
Die Frequenz gibt die Schwingungshäufigkeit und damit die Tonhöhe eines Schallerzeugers an. Der Kammerton a1 hat eine Frequenz von 440 Hertz. Ein Ton mit doppelter Frequenz liegt eine Oktave höher. Ein Ton in einer Oktave niedriger entspricht 220 Hertz. Trotz gleicher Frequenz ergeben sich aber unterschiedliche Klangfarben, wenn beispielsweise der gleiche Ton einmal von einer Geige und einmal von einem Gong erzeugt wird.
Die Amplitude (Ausschlag oder Schwingung) einer Schallwelle entspricht der Stärke der Luftdruckschwankungen, also dem Ausmaß, in dem sich Luftmoleküle infolge der Wellenbewegung ausbreiten. Je größer die Amplitude ist, desto stärker sind die Druckunterschiede am Trommelfell und desto lauter empfindet man den Ton oder das Geräusch.

Die Klangfarbe wird durch Anteile weiterer Frequenzen bestimmt. Lässt man beispielsweise den Kammerton a1   von einer Stimmgabel, einer Geige und einem Klavier erzeugen, haben alle drei zwar den gleichen Ton, aber deutlich unterschiedliche Klangfarben. Der einfachste (reinste) Ton, der nur aus Schwingungen von 440 Hertz besteht, wird von der Stimmgabel abgegeben. Bei der Geige und dem Klavier besteht die Hauptkomponente ebenfalls aus einer Frequenz von 440 Hertz; zusätzlich sind jedoch weitere höhere Frequenzen beteiligt, unter anderem 880 Hertz, 1320 Hertz, 1760 Hertz. Diese Beteiligung höherer Frequenzen, die Obertöne, bewirkt die unterschiedliche Klangfarbe eines Tones. 

Die Hörorgane

Die Hörorgane dienen der Aufnahme und Weiterleitung des Schalls. Zunächst werden Schallwellen durch die besondere Form der Ohrmuschel, gebündelt und in den Gehörgang geleitet. Dort treffen sie auf das Trommelfell, das durch die Bewegungen der Schallwellen in Schwingungen versetzt wird. Diese Luftschwingungen werden von der Gehörknöchelchenkette, von Hammer, Amboss und Steigbügel, aufgenommen, in mechanische Schwingungen umgewandelt, verdichtet und an das Innenohr weitergeleitet. Der Hammer ist einseitig am Trommelfell angewachsen. Alle Gehörknöchelchen sind über Gelenke miteinander verbunden, so dass eine Hebelwirkung entsteht, die bewirkt, dass der Druck am ovalen Fenster etwa 30mal größer ist als am Trommelfell.
Das letzte Glied der Gehörknöchelchenkette, der Steigbügel, leitet die Schwingungen durch das ovale Fenster ins Innenohr. Im Innenohr befindet sich das eigentliche Hörorgan, die Schnecke (Cochlea). Die Schnecke ist mit Flüssigkeit gefüllt, die durch die mechanischen Schwingungen in wellenartige Bewegungen gerät. Die hydraulischen Bewegungen erzeugen wiederum Bewegungen der Sinneshärchen innerhalb der Schnecke. Die Reizung der Haarzellen löst in den darunter liegenden Nervenfasern elektrische Impulse aus. Über ein Faserbündel, das im Inneren der Schnecke ansetzt, den Hörnerv, verlassen die Nervenimpulse die Schnecke.

Das zentrale auditive System

Mit dem Eintritt des Hörnerven in den Hirnstamm beginnt der zentrale Teil der Hörverarbeitung.
Über die Fasern des Hörnerven und mehrere hintereinander geschaltete Reizverarbeitungsstellen (Neuronen innerhalb einer Neuronenkette) gelangen die akustischen Signale auf einem sehr komplexen Weg zum primären Hörzentrum (auditiver Kortex oder Hörrinde) im Schläfenlappen des Großhirns. Hier endet die Hörbahn im so genannten auditiven Analysator, den Hechl’schen Querwindungen.
Auf dem Weg über die Hörbahn und im primären Hörzentrum haben die Neuronen die Aufgabe, nichtsprachliche akustische Reize wahrzunehmen und zu analysieren. Dabei werden charakteristische Eigenschaften des Schalls unterschieden, z. Bsp. zeitliche Abläufe akustischer Signale und Intensitätsunterschiede zwischen rechtem und linkem Ohr. Hier wird auch zwischen nichtsprachlichen Informationen und sprachlichen Informationen (die weitergeleitet werden) unterschieden. Nach dem Eintritt in den Hirnstamm ziehen die Fasern der Hörbahn sowohl auf der gleichen Seite zur Hörrinde des Großhirns als auch zur Hörrinde der Gegenseite. Informationen des rechten und linken Ohres werden so mehrfach ausgetauscht und miteinander verglichen, wodurch z. Bsp. bewusstes Richtungshören möglich ist.
In unmittelbarer Nähe des primären Hörzentrums befinden sich auch Regionen (im mittleren Anteil des Temporallappens), die die akustische Aufmerksamkeit und die Koordination von Körperbewegungen im Horchzustand bewirken. Die analytisch-synthetische Verarbeitung von Sprache leistet das benachbarte Wernicke-Sprachzentrum (benannt nach seinem Entdecker Carl Wernicke, 1848 – 1905) in Zusammenarbeit mit weiteren Regionen der Großhirnrinde.

 

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