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Psychoakustik: Hören Sie den Unterschied?

Die CD hat die Schallplatte verdrängt, und dank MP3 passen heute zehnmal mehr Songs als bei der Audio-CD auf eine Silberscheibe. Aber wird unser Ohr durch die Digitalisierung und Komprimierung der Musik nicht betrogen?


Eine zarte Melodie, gespielt von der ersten Violine, erfüllt den Konzertsaal. Das Orchester setzt ein, Pauken und Posaunen führen zum Finale. Wer nach einem solchen Konzerterlebnis nach mehr dürstet, kauft sich eine CD oder sucht – meistens noch illegal – entsprechende Titel im Internet. Doch er erhält stets nur eine Annäherung an das Original: Um die Datenfülle zu beherrschen, wurden Hörmodelle zu Rate gezogen und Informationen entfernt, die angeblich nicht zu hören sind.

So registriert das menschliche Ohr nur Frequenzen zwischen 16 und 20000 Hertz, dementsprechend werden tiefere und höhere Frequenzen für die digitalen Formate nicht berücksichtigt. Das ist aber eine willkürliche Festlegung, weiß Birger Kollmeier, Professor für Medizinische Physik an der Universität Oldenburg. Der Grund für die untere Grenze ist die Hörschwelle: Um tiefere Töne wahrzunehmen, müssten sie so laut sein, dass sie schon das Gleichgewichts­organ stören würden. Und für die weit jenseits von 20000 Hertz fänden sich am Eingang der Hörschnecke keine Sen­soren mehr, um den Schall in bioelektrische Impulse zu verwandeln.

Doch das ist nicht der Weisheit letzter Schluss. Zum Beispiel wurde in Experimenten beobachtet, dass höherfrequente Schallwellen im Innenohr quasi "gefühlt" werden können. Dazu kommen Nebeneffekte: Wenn zwei Töne jenseits von 20000 Hertz miteinander interferieren, entstehen Differenztöne bei niedrigeren und damit hörbaren Frequenzen. Die fehlen dann auf der CD, denn bei der Digitalisierung werden Frequenzen über 22500 Hertz unterdrückt.

Ein ähnliches Phänomen ist als "fehlender Grundton" bekannt. So spielt das Fagott seine Basstöne gar nicht, doch das menschliche Gehirn berechnet die Grundfrequenz und hat damit die Illusion eines Höreindrucks. Kollmeier erklärt: "Der nicht vorhandene Grundton ist das kleinste gemeinsame Vielfache der Periodenlängen aller hörbaren Tonkomponenten."

Noch einen Schritt weiter als die CD gehen Komprimierungsverfahren wie MP3, die alles aus dem Signal entfernen, was laut Hörforschung nicht wahrgenommen wird. Zum Beispiel können laute Töne einer Frequenz leisere einer anderen Frequenz verdecken. Nicht hörbare Frequenzanteile werden bei MP3 nicht übertragen und durch Grundrauschen ersetzt.

"Im Allgemeinen funktioniert MP3 recht gut", meint Birger Kollmeier, "es basiert aber auf Gehörmodellen, die zwanzig bis dreißig Jahre alt sind. Inzwischen gibt es neuere Erkenntnisse über die zeitliche Verarbeitung von Tönen." So verdecken beispielsweise laute Signale auch die unmittelbar darauf gespielten leisen, was Komprimierungsverfahren noch nicht vollständig ausnutzen. Und beim glasklaren Klang von Kastagnetten werden auch die Grenzen von MP3 hörbar: Hier werden die Rausch­anteile, die durch die Komprimierung entstehen, nicht gut genug versteckt.

Der Großteil der Bevölkerung nimmt vermutlich keinen Unterschied wahr. Gut trainierte Hörer und Menschen, die besser hören als andere, müssen jedoch auf weitere Verbesserungen warten. Dazu Kollmeier: "Die Kodierungsverfahren sind nur so gut wie die Gehörmodelle, die dahinter stecken – und auch hier gilt: Die Normierung ist der Forschung immer ein paar Schritte hinterher."

Aus: Spektrum der Wissenschaft 3 / 2003, Seite 87
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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