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Geheimnisse zwischen laut und leise

13.02.2020

Das Rauschen der Blätter im Wald, ein Popkonzert, der Lärm eines Presslufthammers - was all diese unterschiedlichen Ereignisse verbindet, ist: Schall. Um auf seine Bedeutung in der Gegenwart aufmerksam zu machen, wurde 2020 das internationale Jahr des Schalls ausgerufen. Auch an der ÖAW wird zu Schall geforscht - unter anderem mit Wellensittichen, künstlicher Intelligenz und Pavarotti.

“Jeder Mensch begegnet ständig Schall, immer wieder. Ohne Schall gäbe es weder Kommunikation noch Musik”, erklärt Peter Balazs, Direktor des Instituts für Schallforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Wien. Obwohl Schall so alltäglich ist und sich schon Pythagoras Gedanken dazu gemacht hat, gibt es für Forscher/innen noch viel zu tun. “Wir arbeiten hauptsächlich mit Schall im alltäglichen Sinn, also einer Longitudinalwelle, die sich als Druckunterschiede in der Luft ausbreitet. Das Grundprinzip ist natürlich längst verstanden, aber das Gebiet ist so breit, dass wir noch lange nicht zu Ende geforscht haben”, so Balazs.

Offene Fragen gibt es unter anderem zur Speicherung und Visualisierung von Schallsignalen, der Simulation von Geräuschen und möglichen Therapieansätzen für Leute mit teilweisem oder vollständigem Hörverlust. "Von der Erzeugung über die Ausbreitung bis zur Wahrnehmung von Schall gibt es überall noch Bedarf an Grundlagenforschung. Wir verfolgen deshalb am Institut einen interdisziplinären Ansatz zwischen Mathematik, Physik, Biologie, Musik, Sprachwissenschaft und Psychologie", sagt Balazs.

Schall als Werkzeug

Entwickelt haben die Forscher/innen mit diesem Ansatz etwa eine neue Möglichkeit, Schallsignale zu visualisieren. Mit solchen Hilfsmitteln lassen sich die entsprechenden Daten besser analysieren, etwa um Materialien auf Schwachstellen zu untersuchen. Daneben arbeiten die Forscher auch an der Verbesserung von Cochlea-Implantaten, die es manchen Menschen mit totalen oder schweren Hörschäden erlauben, wieder akustische Signale wahrzunehmen und zu verstehen.

"Wie Schall wahrgenommen wird, ist sehr interessant. Jeder Mensch hört anders, weil die Ohrmuschel und der Hörkanal einzigartig sind. Das hilft uns auch zu bestimmen, wo eine Schallquelle ist, weil das Signal sich je nach Richtung auf eine bestimmte Art im Ohr ausbreitet. Links und rechts erkennen wir aber natürlich hauptsächlich durch den Signallaufzeit- und Lautstärkeunterschied zwischen unseren beiden Ohren", erklärt Balazs.

Wellensittiche und Oktaven

Wie Menschen Töne wahrnehmen, ist ebenfalls Gegenstand aktiver Forschung. "Wir versuchen etwa herauszufinden, ob wir in Kopfhörern ein natürliches Hörerlebnis rekonstruieren können, das auch die Lokalisierung von Schallquellen erlaubt. Probieren sie das mit einem Kopfhörer, da ist die Schallquelle dann gefühlt oft im eigenen Kopf", sagt Balazs. Neben einem natürlichen Hörerlebnis spielt auch die Qualität der Töne eine Rolle in der Forschung. Große Firmen designen mittlerweile etwa die Geräusche, die Produkte machen, akribisch. "Schall kann sehr schnell Emotionen transportieren. Große Autofirmen geben viel Geld aus, um die Geräusche zu entwickeln, die eine Autotüre beim Schließen macht", sagt Balazs.

Wenn es sich beim Gehörten um Musik handelt, stellt sich die Frage, welche Hörgewohnheiten gelernt oder kulturell sind und welche auch Tiere haben können. "Wir wissen, dass Menschen Oktaven als ähnliche Töne wahrnehmen. Wir haben herausgefunden, dass das bei Wellensittichen nicht der Fall ist", sagt Balazs. Etwas einfacher gestaltet sich die Herstellung von Musik im Labor. Hier wird auch maschinelles Lernen genutzt, um Fehler in Musikstücken, etwa durch Kratzer in einer Schallplatte, im Signal so zu füllen, dass es dem Hörer nicht auffällt. "Das funktioniert sogar für lange Störungen schon sehr gut, wenn die Hörerinnen und Hörer keine Experten für die betroffene Musik sind", sagt Balazs.

Musik und Lärm

In einem nächsten Schritt können lernfähige Algorithmen auch selbst Musik machen. "Wir versuchen etwa, die Synthese von Opernsängern auf diese Weise zu lösen. Ein Algorithmus, der gelernt hat wie Pavarotti zu klingen, könnte dann beispielsweise 'Enter Sandman' von Metallica singen", sagt Balazs. Wie sich Lärm etwa von Musik unterscheidet, ist aus wissenschaftlicher Sicht nicht so objektiv zu beantworten. "Ich habe hier schon an unserem Tag der offenen Tür am internationalen Tag gegen Lärm Befragungen mit Beispielen gemacht und noch nie einheitliche Ergebnisse erhalten", sagt Balazs.

Eine Definition von Lärm ist “ungewollter Schall”. Dieses Gegenteil von Musik wird am Institut ebenfalls untersucht. “Schall kann auch zu Schäden führen. Wenn es sehr laut ist, geht das sehr schnell. Langfristige moderate Schallbelastung kann Stress und damit auch physiologische Probleme zur Folge haben. Um das Risiko einzuschätzen, müssen wir mehr darüber wissen, wie Schall entsteht, sich ausbreitet, wahrgenommen wird und wie er am besten modelliert und berechnet werden kann”, so Balazs.

Wer jetzt neugierig geworden ist und mehr zu Schall wissen will: Teil des Aktionsjahres zum Schall ist auch der internationale Tag gegen Lärm am 29. April 2020. Am Institut für Schallforschung der ÖAW laden zahlreiche Stationen Erwachsene und Kinder zum Mitmachen und Mithören ein.

AUF EINEN BLICK

Um die Bedeutung des Schalls in der Gegenwart ins Bewusstsein zu rufen, haben mehrere Akustik-Organisationen, wie die Acoustical Society of America und die European Acoustics Association, das Jahr 2020 zum Jahr des Schalls erklärt. Damit wollen sie auch die UNESCO-Resolution "The Importance of Sound in Today's World: Promoting Best Practices" umsetzen, die 2017 beschlossen wurde.

Quelle: Forschungs-Newsletter der ÖAW

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