Als Paul McCartney 2001 auf seiner „Back in the U.S.“-Tour „All My Loving“ anstimmt, schießen manchen Konzertbesuchern Tränen in die Augen. Die Kameras, die durchs Publikum streifen, zeigen erwachsene Menschen, die hemmungslos weinen. Vor Glück und vor wachgerufenen Erinnerungen.
Von Mozart bis zu den Beatles: Es gibt nur wenige Dinge, die derart intensiv Emotionen hervorrufen können wie Musik. Aber auch ohne die emotionale Wirkung von Melodien ist das Hören ein hochkomplexer Vorgang. Denn es betrifft nicht nur das Ohr, sondern bezieht auch enorm viele Gehirnprozesse mit ein.
Schall und Schwingung
Rein physikalisch gesehen treten beim Hören nur Schallwellen (die nichts anderes als Schwankungen des Luftdrucks sind) in unser Ohr. Diese bringen die Trommelfelle im linken und rechten Ohr zum Schwingen. Doch aus diesen Schwingungen rekonstruiert das Gehirn eine reichhaltige akustische Welt aus Geräuschen, Sprache oder Musik.
Hören ist aber nicht nur für schöngeistige Vergnügungen da, sondern hat auch ganz zweckmäßige, zum Teil überlebenswichtige Funktionen für den Alltag. Im Straßenverkehr ist es beispielsweise wichtig, hören zu können, aus welcher Richtung ein Auto kommt und wie weit es ungefähr noch von einem entfernt ist.
Eine natürliche Distanzwahrnehmung des Gehörten wird in Fachkreisen „Externalisierung“ genannt. Hier spielt die Ohrmuschel eine besondere Rolle, die als eine Art Trichter den Schall sammelt und die Schwingungen in den Gehörgang leitet. Dabei werden sie entsprechend ihrer Einfallsrichtung von der Ohrmuschel, welche wiederum für jeden Menschen individuell geformt ist, gefiltert. Menschen lernen im Laufe ihres Lebens Verknüpfungen zwischen der Ohrmuschelfilterung und der Position der Schallquelle zu erstellen. Fehlt diese individuelle Schallinformation, wird die Lokalisationsfähigkeit beeinträchtigt und das Schallereignis zumeist an einer unnatürlichen Position innerhalb des Kopfes wahrgenommen. Eine Häufige Ursache für dieses Phänomen ist das Hören mit Kopfhörern oder Hörgeräten, da hier der Ton direkt in den Hörkanal übertragen wird und die Filtereffekte der Ohrmuschel somit ausfallen.
Gehirnaktivitäten messen
Der Schallforscher Robert Baumgartner möchte in seinem Projekt „SpExCue“ die Voraussetzungen dafür schaffen, dass man elektronische Filter nachentwickeln kann, die die Externalisierung selbst bei Kopfhörer- oder Hörgerätewiedergabe möglich machen. Dafür muss herausgefunden werden, welche richtungsabhängigen Eigenschaften der Schallsignale im Gehirn tatsächlich verarbeitet werden, um ein externalisiertes Hörempfinden zu erwecken. Zu diesem Zweck wird der Postdoc vom Institut für Schallforschung (ISF) der Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Experimenten testen, welchen Einfluss bestimmte Komponenten der Ohrmuschelfilterung auf die wahrgenommene Distanz des Geräusches haben und wie sie sich auf das Reaktionsverhalten und auf bestimmte Hirnpotentiale des Hörers auswirken. Dafür werden Testhörern über Kopfhörer individuell angepasste Schallsignale mit gezielt variierten Frequenzkomponenten vorgespielt. Die Hörer werden nach ihrer relativen Distanzschätzung befragt während gleichzeitig ein Elektroenzephalogramm (EEG) die akustisch hervorgerufenen Hirnpotentiale aufzeichnet. Reaktionszeiten können dann sowohl von den Hirnpotentialen sowie von der Distanzantwort abgeleitet werden und es wird angenommen, dass sich das Reaktionsverhalten mit zunehmender Externalisierung verbessert.
Klangwelten für Musikliebhaber und Computergamer
Ziel des mit dem Erwin-Schrödinger-Auslandsstipendium prämierten Projekts ist die Erstellung eines auf objektiven Messgrößen fußenden Externalisierungsmodells, das die neuronale Verarbeitung akustischer Signale beschreibt. Die elektronischen Filter, die auf der Grundlage eines solchen Modells entwickelt werden können, hätten außerhalb der Forschung vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, sowohl in der Hörgeräte-, Hifi- und PC-Spieleindustrie als auch bei der akustischen Planung von Räumen, jeweils mit der Zielsetzung möglichst realistische, dreidimensionale Klangbilder zu schaffen.
Technik und Kunst
Robert Baumgartner, zog es eigens für den Studiengang „Elektrotechnik Toningenieur“ aus seiner Heimat in Niederbayern nach Graz. „Ich hatte mich bewusst in Graz inskribiert, weil das Studium hier in gleichen Teilen an der Technischen- und der Kunst-Universität stattfand. Das war mir wichtig, weil ich mich dem Phänomen des Hörens sowohl von technischer als auch von künstlerischer Seite aus annähern wollte“, sagt der Hörforscher, der schon als Schüler an selbstgebauten Hifi-Boxen getüftelt hat. Nach Abschluss seiner Bachelorarbeit über den Einfluss von Ausstrahlungsmustern auf die Klangfarbe von Flöten und Saxophonen, die der leidenschaftliche Saxophonspieler in Graz schrieb, hängte er eine Master- und Doktorarbeit über Schallquellenlokalisation in Sagittalebenen am ISF an. Die Masterarbeit wurde von der Deutschen Gesellschaft für Akustik prämiert und die Doktorarbeit wurde heuer mit dem Award of Excellence 2015, dem österreichischen Staatspreis für die besten Dissertationen, ausgezeichnet. Im Mai 2016 wird Baumgartner an das renommierte Hearing Research Center (HRC) der Bostoner Universität gehen, um dort die Experimente für sein Projekt SpExCue durchzuführen. „Ich konnte mir für das Auslandsstipendium den Aufenthaltsort selber auswählen und habe mich für Boston entschieden, weil das HRC unter der Leitung von H. Steven Colburn jahrzehntelange Vorreiterrolle im Bereich des räumlichen Hörens besitzt und exzellente Gegebenheiten zur Synergie mit EEG-Technologie bietet“, sagt der 27jährige.
Die Vorteile einer wissenschaftlichen Tätigkeit: „An meinem Beruf gefallen mir das kreative Arbeiten und die spannenden Themen.“ Auch das internationale Arbeitsumfeld ̶ sowohl am Institut als auch auf Konferenzen ̶ gehöre zu den Vorzügen eines Forscherlebens. „Sich mit Wissenschaftlern aus aller Welt austauschen zu können, ist einfach sehr inspirierend“, sagt Baumgartner. Eine Inspiration, die bereits jetzt Gestalt angenommen hat: Nach seiner Rückkehr aus Boston möchte Baumgartner sich seine erweiterte Expertise im Bereich der EEG-Technik zunutze machen, um an seiner wissenschaftlichen Heimat, dem ISF, ein EEG-Labor aufzubauen. Im Forschungsbereich der Psychoakustik wäre es das erste seiner Art in Österreich.
