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Anmerkungen zum Status der Ordnungsschwelle
 
Erläuterung des bisherigen Invertierungsverfahrens
 
Weiterentwicklung des Verfahrens
 
Autor
   
Literatur
   

 

Sprachsignalinvertierung zur Prüfung der Zeitverarbeitung

1. Anmerkungen zum Status der Ordnungsschwelle 

Die Bestimmung der Ordnungsschwelle wird seit einiger Zeit als diagnostisches Instrument bei Sprachstörungen eingesetzt, wenn ebenfalls eine Störung der Zeitverarbeitung zu vermuten ist. Darüber hinaus wurden Trainingsverfahren zur Herabsetzung der Ordnungsschwelle entwickelt. Diese Verfahren verbinden sich mit der Erwartung, daß eine Normalisierung der Ordnungsschwelle eine Minderung der Sprachstörung bewirkt. Nun ist der Status der Ordnungsschwelle in Hinsicht auf Sprachentwicklung und Sprachverarbeitung aber in vieler Hinsicht unklar. Noch nicht endgültig beantwortet ist die Frage, ob die Ordnungsschwelle eine interne Sprachsignalsegmentierung auf der untersten Ebene mißt. Diese Frage ist aber grundlegend für die Weiterentwicklung diagnostischer und therapeutischer Verfahren (vgl. Kegel 1988). 

Zunächst kann festgehalten werden: 

  • Mit der Bestimmung des Ordnungsschwellenwertes wird eine von mehreren Ebenen des komplexen Zeitverarbeitungssystems gemessen. Diese Messung greift nicht direkt auf Aspekte der Sprachverarbeitung zu. 
  • Ereignisse in einem Zeitabstand unterhalb des Ordnungsschwellenwertes können zwar noch als gesondert wahrgenommen werden, ihre zeitliche Abfolge kann jedoch meist nicht mehr bestimmt werden. 
  • Deutlich erhöhte Ordnungsschwellen gehen gemeinhin mit Störungen der Sprachverarbeitung einher. Das zeigen Untersuchungen von sprachauffälligen Kinder und Aphasikern. 
  • Die bisher erkannten Zusammenhänge zwischen Ordnungsschwelle und Sprachverarbeitung sind korrelativer Natur. Eine Klärung der Kausalverhältnisse steht aus. 
  • Bisherige Ergebnisse lassen es plausibel erscheinen, daß die Ordungsschwelle bis zum Alter von 8 bis 10 Jahren einer Entwicklung unterliegt. Das spräche für die Möglichkeit, die Ordnungsschwelle zu trainieren. 
  • Ob allerdings ein direktes Training der Ordnungsschwelle über auditive Inter-Stimulus-Intervalle zu nachhaltigen Veränderungen des Zeitverarbeitungssystems führt, scheint zur Zeit noch fragwürdig. 
Die Heranziehung des Ordnungsschwellenwertes als diagnostische Größe ist in vielen Fällen sicher sinnvoll. Eine ganz andere Frage stellt die Entscheidung für ein therapeutisches Verfahren dar. Die Zeitverarbeitungsebenen sind nach unseren Ergebnissen keine isolierten, sondern interagierende Systeme. Nach unseren bisherigen Erfahrungen zieht ein erfolgreicher therapeutischer Zugriff auf eine Ebene auch Verbesserungen auf den anderen Ebenen nach sich. Die folgende Tabelle gibt einen kurzen Überblick zu den Zeitverarbeitungsebenen und den zugeordneten Sprachverarbeitungsebenen. 
 
Zeitverarbeitung Takt-Rate Sprachverarbeitung
Ordnungsebene 20 - 40 msec Merkmale von Lauten 
Strukturierungsebene einige 100 msec Silben und Wörter 
Integrationsebene etwa 3 sec Teilsätze und Sätze 

Bevor die Verfahren zum direkten Training der Ordnungsschwelle, die für Patienten ja durchaus anstrengend sind, weiter ausgebaut werden, sollte der Zusammenhang von Ordnungsschwelle und Sprachverarbeitung gründlicher erforscht werden. Es kann nicht mit Selbstverständlichkeit angenommen werden, daß die Ordnungsschwelle - etwa gedacht als eine Art Oszillator oder Metronom - das Sprachsignal in eine Zeitfolge von Segmenten zerteilt. Diesem Gedanken folgend würde z. B. ein Ordnungsschwellenwert von 30 msec das Sprachsignal in Segmente dieser Dauer zerlegen. Sprachliche Ereignisse müßten in verschiedenen Segmenten auftreten, damit sie als einander zeitlich folgend verarbeitet werden könnten. Zur Klärung dieser Frage bedarf es eines Verfahrens, daß ausgehend vom Konzept der Ordnungsschwelle direkt auf die Sprachverarbeitung zugreift. 

2. Erläuterung des bisherigen Invertierungsverfahrens

Das Signalinvertierungsverfahren wurde von Kegel entwickelt und von Mitarbeitern des Faches experimentell geprüft (vgl. u. a. Kegel 1996, Steffen & Werani 1994). Das Verfahren geht von den folgenden, bis dahin keineswegs geklärten Voraussetzungen aus: 

  • Die Ordnungsschwelle repräsentiert einen automatisierten Basisprozeß der Sprachverarbeitung, der weder von Eigenschaften des Sprachsignals noch von willkürlichen Einwirkungen des Sprecher/Hörers abhängig ist. 
  • Das Zeitverarbeitungssystem auf der Ebene der Ordnungsschwelle zerlegt das Sprachsignal in eine Folge von Segmenten von der Dauer des individuellen Ordnungschwellenwertes. 
  • Die menschliche Zeitverarbeitung auf dieser Ebene stellt sich als eine Vergröberung der physikalischen Zeitverhältnisse dar. 
  • Unterhalb des Ordnungsschwellenwertes können bis hin zur Fusionsschwelle (1 - 2 msec) Aspekte des Sprachsignals zwar isoliert, jedoch nicht in ihrer zeitlichen Abfolge bestimmt werden. Mit anderen Worten: Für die menschliche Sprachverarbeitung erscheinen unterscheidbare Ereignisse unterhalb des Ordnungsschwellenwertes als gleichzeitig. 
  • Die unterste Ebene zur Verarbeitung der Zeitfolge sind die durch den Ordnungsschwellenwert festgelegten Signalsegmente. Nur Ereignisse, die in einander folgenden Segmenten auftreten, können als einander zeitlich folgend verarbeitet werden. 
Aus diesen Voraussetzungen ergibt sich nun der sehr einfache Grundgedanke des Verfahrens zur Signalinvertierung und des hierfür geschriebenen Programms: 
  • Das Programm arbeitet mit natürlichen digitalisierten Sprachsignalen. Ein solches Eingangssignal wird in Segmente von definierter, aber dann für jedes Segment identischer Dauer zerlegt. 
  • Jedes Segment wird invertiert, also bei der akustischen Darbietung des so manipulierten Ausgangssignals "rückwärts" abgespielt. - Die Segmentinvertierung zerstört die im Eingangssignal gegebene Zeitfolge der Ereignisse unterhalb der Segmentdauer. Die Ereignisse selbst bleiben aber grundsätzlich erhalten. Geprüft wird hiermit die Annahme der "Gleichzeitigkeit" von Ereignissen unterhalb des Ordnungsschwellenwertes. 
  • Die Segmentfolge im Ausgangssignal entspricht der Segmentfolge im Eingangssignal. - Die Zeitinformation oberhalb der Segmentdauer bleiben erhalten. Geprüft wird hiermit die Voraussetzung der "Zeitfolge" oberhalb des Ordnungsschwellenwertes. 
  • Treffen die beiden hier geprüften Voraussetzungen zu, dürften bei einer angemessenen, also am Ordungsschwellenwert orientierten Segmentdauer keine gewichtigen Differenzen zwischen der Wahrnehmung des Eingangs- und des Ausgangssignals auftreten. 
Das Verfahren führt zu dem in der folgenden Abbildung gezeigten Ergebnis. Das Oszillogramm stellt das Eingangs- und das Ausgangssignal der ersten 100 msec der Wortes KAMM dar. Gewählt wurde hier eine Segmentdauer von 20 msec. Für das Eingangssignal zeigen Segment 1 und 2 den Plosiv, Segment 3 die Einschwingphase vom Plosiv zum Vokal und Segment 4 und 5 die ersten klaren Vokalschwingungen. Gut erkennbar ist hier, daß sich das Ausgangssignal vom Eingangssignal deutlich unterscheidet. 
 
Das Verfahren zur Invertierung von Sprachsignalen hat in der Vergangenheit zu Mißverständnissen geführt. Die Segmentinvertierung ist lediglich ein naheliegender Kunstgriff zur Zerstörung der segmentinternen Zeitlickeit. Keineswegs wird behauptet, daß bei der menschlichen Sprachverarbeitung derartige oder ähnliche Signalveränderungen ablaufen würden. 

Zudem weist das Verfahren einige Nachteile auf: 

  • Die invertierten Segmente stoßen an ihren Grenzen "hart" aufeinander. Man vergleiche etwa den Übergang von Segment 3 zu Segment 4. Das führt zu Knackgeräuchen, deren Anzahl mit der Verkürzung der Segmentdauer zunimmt. Diese Knackgeräusche stören die Wahrnehmung des Ausgangssignals. 
  • Die automatische Segmentierung erzeugt zufällige Artefakte. Das sei an einer Folge Vokal-Plosiv-Vokal verdeutlicht (V steht für ein Vokalanteil, P für ein Plosivanteil, | für die Segmentgrenzen): |V+V|V+P|P+V|V+V| führt zu |V+V|P+V|V+P|V+V| . Diese Artefakte verfremden das Ausgangssignal. 
Für die experimentelle Prüfung wurden die Knackgeräusche durch einige Signalbearbeitungstechniken gemindert (vgl. Steffen & Werani 1994). Die Artefakte wurden in Kauf genommen. Die Eingangssignale wurden zwischen 70 und 20 msec in Schritten von 10 msec segmentiert. Nach einigen Pilotstudien mit deutschem und chinesischem Sprachmaterial wurden in einem Experiment auch sinnlose Sätze und Ketten von Pseudowörtern geprüft. Dahinter stand die Frage, ob das Verfahren allein die Zeitverarbeitung kontrolliert oder ob semantische Strategien quasi ausgleichend auf die Verarbeitung des Ausgangssignals einwirken. Insgesamt zeigten sich folgende Ergebnisse: 
  • Sinnvolle Sätze (deutsche wie chinesische) wurden von native speakern bei einer Segmentdauer von 70 - 50 msec nicht oder nur teilweise verstanden. Näherte sich die Segmentdauer mit 40 msec dem durchschnittlichen Ordnungsschwellenwert, wurden diese Sätze einwandfrei verstanden, obwohl hier ja die störenden Knackgeräusche und die verfremdenden Artefakte zunahmen. 
  • Bei den sinnlosen Sätzen und verstärkt bei den Ketten von Pseudowörtern fiel die Verstehensleistung schlechter aus. Offenkundig waren semantische Techniken bei der Verarbeitung der Ausgangssignale involviert, die hier weniger oder überhaupt nicht greifen konnten. 
  • Die Experimente führen damit nicht zu dem gewünschten klaren Ergebnis, nämlich einer Annahme oder einer Verwerfung der Verfahrensvoraussetzungen bezüglich der "Gleichzeitigkeit" von Ereignissen unterhalb des Ordnungsschwellenwertes und der "Zeitfolge" oberhalb des Ordnungsschwellenwertes. 
3. Weiterentwicklung des Verfahrens

Um zu klaren Ergebnissen zu kommen, muß das Invertierungsverfahren überarbeitet werden: 

  • Die automatisch erzeugten Segmentgrenzen sind auf den nächstliegenden Nulldurchgang des Eingangssignals zu setzen. 
  • Hörbare Artefakte sind zu reduzieren, hier ist insbesondere durch geeignete Segmentierung die unerwünschte Erzeugung künstlicher Plosiv-Vokal-Einheiten zu vermeiden. 
  • Auf die im Ursprungsverfahren eingesetzten Techniken der Signalbearbeitung zur Dämpfung von Störgeräuschen im Ausgangssignal kann verzichtet werden. Die Segmentgrenzen bei den Nulldurchgängen und die Redzierung der hörbaren Artefakte in Anzahl und Ausmaß dürften zu einer befriedigenden Qualität des Ausgangssignals führen. 
  • Für die experimentelle Prüfung sollte neben korrekten Sätzen semantisch unvollständiges und bedeutungsloses Material eingesetzt werden. 


Prof. Dr. Gerd Kegel

Sprechwissenschaft & Psycholinguistik
Ludwig-Maximilians-Universität München

e-Mail: kegel@psycholinguistik.uni-muenchen.de


 
Literatur 
  • Kegel, G. (1994): Was kann die Spracherwerbsforschung aus der Sprachpathologieforschung lernen? Das Beispiel der Zeitverarbeitung. In: K. Ehlich (Hrsg.): Kindliche Sprachentwicklung. Opladen. 
  • Kegel, G. (1998): Störungen der Sprach- und Zeitverarbeitung - Konsequenzen für Diagnose und Therapie. http://www.psycholinguistik.uni-muenchen.de/publ/
    stoer_sprach_zeit.html 
  • Steffen, A. & Werani, A. (1996): Ein Experiment zur Zeitverarbeitung bei der Sprachwahrnehmung. In: G. Kegel et al. (Hrsg.): Sprechwissenschaft & Psycholinguistik 6. Opladen. 
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© ADOLPH Verlag GmbH - Letztes Update 03.05.2004