Unter Universalien der Musikwahrnehmung werden Elemente der Wahrnehmung und Verarbeitung von Musik verstanden, die als angeboren, d. h. kulturunabhängig, betrachtet werden. Universalien der Musikwahrnehmung und -verarbeitung umschreiben Bedingungen für die Ausprägung der Merkmale der Musik verschiedener Kulturen.
Vielfach wird die Ansicht vertreten, Musik sei eine universale Ausdrucksform. Das impliziert die Annahme, dass Musik universale Merkmale besitzt, also Merkmale, die nahezu allen musikalischen Systemen auf der Welt gemeinsam sind, und dass es biologische Bedingungen für die Verarbeitung von Musik gibt. Von einem universalen Merkmal wird gesprochen, wenn es nicht gelernt wird, sondern angeboren und deshalb zumindest latent in allen Personen vorhanden ist (Dissanayake, 2001).
Rahmenbedingungen Einflüsse auf die Hörwahrnehmung Musikwahrnehmung beruht auf einer Reihe unterschiedlicher Einflüsse, bei denen einige nahezu universell gelten, andere dagegen von persönlichen oder gruppenspezifischen Eigenschaften und Einstellungen abhängig sind: Physikalische Einflüsse, d. h. das physikalische Schallsignal und die Art der Weiterleitung zum Gehör, sowie physikalische Rahmenbedingungen und Gesetzmäßigkeiten (z. B. Unschärferelation zwischen Frequenz- und Zeitauflösung). Diese Einflüsse sind universell gültig. Anatomische und physiologische Einflüsse, z. B. Aufbau und Funktion von Außenohr, Mittelohr und Innenohr, Eigenschaften und Verhalten von Nervenzellen, „grundlegende“ Struktur und Verschaltung des Gehirns. Diese Einflüsse sind angeboren und im Allgemeinen für alle Menschen gültig. Ausnahmen kann es bei Menschen geben, bei denen das Gehör geschädigt ist, oder bei angeborenen anatomischen Abweichungen. Für Tiere gelten diese Einflüsse nicht oder in anderer Form. Frühkindliche Einflüsse. Um Sprache verstehen zu können, muss ein Kleinkind lernen, die Fülle von Nervenimpulsen, die das Innenohr und die dahinter liegenden Gehirnareale liefern, zu analysieren, um auf diese Weise die Muster sprachrelevanter Laute zu erkennen. Die dazu gelernten Analysetechniken bilden die Grundlage des Hörens und werden für die Musikwahrnehmung genutzt. Einige grundlegende Sprachkomponenten werden von den meisten Kulturen verwendet (stimmhafte und stimmlose Laute, Tonhöhen- und Lautstärkeveränderungen), sodass einige Grundzüge des Hörens sicherlich kulturübergreifend sind. Kulturelle Unterschiede kann es in Details geben. Erkennendes Hören. Später werden Hörerfahrungen gesammelt, die zur Einordnung und Bewertung des Gehörten dienen. Dazu zählen z. B. die Herausbildung des persönlichen Geschmacks oder die Verknüpfung von Hörereignissen mit persönlichen Erfahrungen. Diese Einflüsse sind hochgradig individuell, bestenfalls noch gruppenspezifisch. Die dadurch geprägten Wahrnehmungen können nicht ohne Weiteres verallgemeinert werden. Individuen-übergreifende Aussagen lassen sich in diesem Bereich nur über statistische Verfahren erzielen. Für allgemeingültige Aussagen müssten möglichst heterogene Gruppen befragt werden.
Als „universell“ können nur die Aussagen gelten, die in physikalischen Gegebenheiten, der menschlichen Anatomie, grundlegenden Signalverarbeitungmethoden des menschlichen Gehörs/Gehirns sowie gruppen- und kulturübergreifenden Aspekten begründet sind.
Wahrnehmung von Schallsignalen Die Schallsignale, die auf das menschliche Ohr treffen, werden über das Außenohr, Mittelohr und Innenohr sowie durch die darauf folgende Signalverarbeitung im Gehirn gefiltert und vorverarbeitet, bevor sie wahrgenommen werden können. Die wahrgenommenen Eigenschaften eines Schalls, (z. B. die wahrgenommene Tonhöhe, die Klangfarbe oder die Lautstärke) können auf Grund der Vorverarbeitung von den physikalisch gemessenen Eigenschaften des Schalls abweichen (z. B. die gemessene Grundfrequenz, der Schalldruckpegel oder dessen Spektrum). Beispiele: Bei Klavierklängen weicht z. B. die mit einem Frequenzmessgerät bestimmte Tonhöhe von der gehörten Tonhöhe ab (siehe auch Streckung). Eine Frequenzkomponente mit einem bestimmten Pegel kann einmal vom Gehör als sehr dominierend empfunden werden, ein andermal vom Gehör aber gar nicht mehr wahrgenommen werden (siehe auch Verdeckung).
Das heißt: Wollen Aussagen über die Wahrnehmung von Musiksignalen erzielt werden, reicht eine physikalische Analyse des Schalls nicht aus, es muss auch die Verarbeitung des Schalls im menschlichen Gehör berücksichtigt werden. Dazu sind psychoakustische Untersuchungen erforderlich.
Eigenschaften von Musiksignalen Eindimensionale Schwinger (z. B. Saiten- und Blasinstrumente)
Für Melodiestimmen werden häufig Musikinstrumente genutzt, die als sogenannte „eindimensionale Schwinger“ beschrieben werden können. Zu den „eindimensionalen Schwingern“ zählen z. B. Saiteninstrumente (eine Saite schwingt auf und ab) oder Blasinstrumente (eine Luftsäule schwingt im Rohr). Die Schwingungen und der abgestrahlte Schall sind nahezu periodisch. Das Spektrum dieser periodischen Schwingungen lässt sich in erster Näherung durch einen Grundton und dessen Obertöne beschreiben, wobei die Obertöne bei ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz erzeugt werden. Die wahrgenommene Tonhöhe entspricht dann der Tonhöhe des Grundtons.
Bei genauer Betrachtung stehen bei realen Musikinstrumenten Grundton und Obertöne nicht immer genau im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen zueinander. Das führt dazu, dass sich Schwebungen entwickeln, die den Klang des Instruments „voller“ klingen lassen.
Bei realen Musikinstrumenten kommen zu den periodischen Schwingungen (z. B. der Saite oder Luftsäule) noch nicht-periodische Anteile bzw. Rauschanteile hinzu. Beispiele hierfür sind Anschlaggeräusche bei Saiteninstrumenten, Anblasgeräusche bei Blasinstrumenten und Orgelpfeifen. Diese Geräusche sind z. T. für den Klangeindruck prägend (der Klang einer Panflöte wäre ohne das Luftrauschen, das beim Anblasen entsteht, kaum wiederzuerkennen).
Bei vielen Musikinstrumenten ändert sich während des Erklingens eines Tons das Spektrum dieses Tons. So sind die spektralen Änderungen, die beim Einschwingen einer Saite oder der Luftsäule entstehen, oft prägend für den Klang eines Musikinstruments. Werden die ersten Zehntelsekunden jeweils ausgeblendet, lassen sich viele Musikinstrumente kaum noch identifizieren.
Zusätzlich kann sich die Frequenz eines Tons während des Erklingens ändern. Es gibt periodische Frequenzänderungen (z. B. Vibrato bei Flöten) oder nicht-periodische Frequenzänderungen (so ist z. B. beim Klavier beim Anschlag die Tonhöhe ein klein wenig höher als beim Ausklingen).
Mehrdimensionale Schwinger (z. B. Trommeln und Glocken)
Rhythmusinstrumente (Trommeln, Pauken, Becken) und Glocken sind „zweidimensionale Schwinger“. Hier breiten sich Schwingungen auf einer Fläche aus (Trommelfell, Metallmantel). Es können sich unterschiedliche Schwingungszonen auf der schwingenden Fläche bilden. Die Gesamtschwingung und der abgestrahlte Schall sind nicht mehr periodisch. Entsprechend den unterschiedlichen angeregten Schwingungen enthält das Schallsignal nicht nur Frequenzen eines Grundtons und dessen ganzzahliger Vielfacher, sondern auch Frequenzanteile bei nicht-ganzzahligen Vielfachen. Die angeregten Frequenzen hängen dabei von Material, Form und Abmessungen des schwingenden Körpers ab. Weichen die Schwingungen nicht allzu stark von periodischen Schwingungen ab oder ergibt sich ein ausgeprägtes spektrales Maximum bei einer Frequenz, so lassen sich diesen Klängen Tonhöhen zuordnen (z. B. bei Pauken und Glocken). Bei starken Abweichungen von periodischen Schwingungen ist eine Tonhöhenzuordnung nicht mehr möglich (z. B. bei Becken).
Analyse von Musiksignalen Zur Analyse von Musiksignalen gibt es mehrere Ansätze: Analyse der Schwingungsmechanik Dabei wird versucht, das Schwingungsverhalten der einzelnen Bestandteile eines Musikinstruments zu messen oder zu modellieren (z. B. Schwingungsverhalten von Saiten, Verteilung von Schwingungen auf dem Klangkörper, Aufbau und Abbau der mechanischen Schwingungen). Beispiel: Welche Schwingungen führen Saiten und Klangkörper einer Stradivari aus? Und was unterscheidet die Schwingungsverteilung auf dem Klangkörper einer Stradivari von der anderer Geigen? Signaltheoretische Analyse Dabei wird versucht, das akustische Signal, das ein Musikinstrument abgibt, genauer zu analysieren (z. B. Analyse der zeitlichen Verläufe von Spektrum, Pegel, Grundfrequenz). Beispiel: Wie sieht das akustische Signal einer Stradivari aus? Wie entwickeln sich Grundfrequenz und Spektrum während eines Stradivari-Tons? Und worin besteht der Unterschied zu anderen Geigen? Psychoakustische Analyse Dabei wird versucht, die Wahrnehmungen zu analysieren, die ein Mensch beim Erklingen des Musikinstruments hat (z. B. wahrgenommene Tonhöhe, wahrgenommene Lautstärke, wahrgenommener Klang). Beispiel: Wie wird der Klang einer Stradivari wahrgenommen? Welche Komponenten der Klangwahrnehmung sind wichtig für einen Stradivari-Klang? Und worin besteht der Unterschied in der Wahrnehmung im Vergleich zu andern Geigen?
Da Musikinstrumente relativ komplexe Schwingungen durchführen können und auch die Strukturen ihrer akustischen Signale nicht einfach sind, kann die Analyse der Schwingungsmechanik oder des akustischen Signals eine mathematisch anspruchsvolle Aufgabe darstellen. Gleiches gilt für die Analyse der dadurch hervorgerufenen Wahrnehmungen des Menschen.
Physiologische Grundlagen der Musikwahrnehmung Hörfläche Dem Bereich, in dem Musik wahrgenommen werden kann, sind Grenzen durch die Hörfläche des Menschen gesetzt. Er kann Frequenzen zwischen 16 Hz und 20 kHz wahrnehmen. Im Wesentlichen beschränkt sich aber der für Musik verwendete Frequenzbereich auf Frequenzen zwischen 40 Hz und 10 kHz.
Das menschliche Gehör ist an der oberen und unteren Grenze des wahrnehmbaren Frequenzbereichs am unempfindlichsten und im Bereich zwischen 1000 und 5000 Hz, wo sich für das Sprachverstehen wichtige Frequenzbereiche befinden, am empfindlichsten.
Tonhöhenwahrnehmung Die Tonhöhenwahrnehmung und die Auflösung der Frequenzen im Hörbereich ist eng verbunden mit der Physiologie des Innenohres und des auditorischen Gehirns. Das Innenohr führt eine Frequenzanalyse des gehörten Signals durch, indem es unterschiedliche Frequenzen entlang der Haarzellenreihe im Cortischen Organ der Cochlea (Hörschnecke) herausfiltert. Dort befinden sich die Synapsen (Anschlussstellen) von Nervenzellen, die die Signale für die jeweiligen Frequenzen zur Verarbeitung an das Gehirn weiterleiten.
Zur Tonhöhenwahrnehmung stehen dem Gehör zwei unterschiedliche Mechanismen zur Verfügung: thumb|300px|Zusammenhang zwischen Frequenz und wahrgenommener Tonhöhe (Tonheit in Mel) Auswertung der Schwingungsperiode eines Tons (gestrichelte Linie im Bild rechts). Zur Auswertung der Schwingungsperiode werden die Erregungsmuster der Nervenzellen im auditorischen Mittelhirn (Colliculus inferior) auf Periodizitäten untersucht. Die wahrgenommene Tonhöhe entspricht dann der Grundfrequenz des Tons. Diese Auswertung ist nur möglich, so lange das Gehör der Periode des Signals noch folgen kann. Das ist, individuell unterschiedlich, bis zu Frequenzen zwischen 800 Hz (Ton g2) und 1600 Hz (Ton g3) der Fall. Auswertung des Orts auf der Cochlea, an dem Nervenzellen angeregt werden. (gepunktete Linie im Bild rechts) Die wahrgenommene Tonhöhe ergibt sich dabei aus dem Abstand zwischen der Position maximaler Erregung der Haarzellenreihe und dem Ende der Cochlea. Der Ort auf der Cochlea wird zur Bestimmung der Tonhöhe angewandt, wenn das Gehör die Periode des Signals nicht mehr verfolgen kann, d. h. für Grundfrequenzen oberhalb von 800 bis 1600 Hz.
Diese beiden Mechanismen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Wahrnehmung von Tonintervallen.