Die Psychoakustik der Zweitonhupe

TL;DR;

  • Die zweistimmige Hupe: Die typische Autohupe besteht aus zwei Lautsprechern, die physikalisch jeweils in der Lage sind, einen einzelnen musikalischen Ton kontinuierlich zu erzeugen. Das Drücken des Knopfes löst aus, dass beide Lautsprecher ihre jeweiligen Töne unisono spielen.
  • Das „Rauigkeits”-Sweet-Spot: Hupen sind typischerweise auf eine große oder kleine Terz gestimmt (Verhältnisse von 5:4 oder 6:5). Dieses Intervall liegt in einem bestimmten Bereich des kritischen Bandes, der durch „Rauigkeit” Dringlichkeit erzeugt, ohne zu unkenntlichem Lärm zu werden.
  • Kortikale Präferenz: Die Tonhöhenverarbeitungsschaltkreise des Gehirns bevorzugen „harmonische Komplexe”. Eine zweistimmige Hupe bietet eine reiche spektrale Struktur, die Kortexneuronen als kohärentes „Objekt” identifizieren, nicht als zufälligen Umgebungsgeräusch.
  • Neuronale Rekrutierung: Zwei Töne, die durch einen hinreichenden Frequenzabstand getrennt sind, rekrutieren mehr auditorische Nervenfasern insgesamt als ein einzelner Ton mit derselben Energie und erzeugen dadurch eine höhere wahrgenommene Lautstärke aufgrund der „spektralen Lautheitssummation”.

„Das Ohr ist der einzige Sinn, der nicht geschlossen werden kann… das Ohr ist immer offen.“
— Zugeschrieben R. Murray Schafer (1977)

1. Die ingenieurtechnische Randbedingung: Lautstärke vs. Gesetz

Bevor man die Wahl der Töne versteht, muss man die Grenze der Lautstärke verstehen. Fahrzeughupen unterliegen strengen Vorschriften (wie der UN/ECE-Regelung Nr. 28), die den maximalen Schalldruckpegel (SPL) begrenzen, typischerweise auf etwa 105–118 dB in 2 Metern Entfernung.123

Da ein Konstrukteur die Dezibel nicht einfach unbegrenzt erhöhen kann, um Aufmerksamkeit zu erregen, muss er die wahrgenommene Lautstärke und Dringlichkeit durch spektrale Manipulation steigern. Hier versagt die Einstimmhupe und die Zweitonhupe ist im Vorteil.

2. Physiologie: Spektrale Lautheitssummation

Der primäre Vorteil einer Zweitonhupe ist ein Phänomen, das spektrale Lautheitssummation genannt wird.4

2.1 Die Basilarmembran als Fourier-Analysator

Das Innenohr (Cochlea) organisiert Schall tonotop. Hohe Frequenzen versetzen die Basis der Basilarmembran in Schwingung; tiefe Frequenzen die Spitze (Apex). Ein einzelner Ton aktiviert eine spezifische, lokalisierte Population von Haarzellen und auditorischen Nervenfasern.

Auditorische Nervenfasern haben einen begrenzten Dynamikbereich. Wenn die Intensität eines einzelnen Tons zunimmt, erreicht die Feuerrate der stimulierten Fasern schließlich ein Plateau – ein Phänomen, das als Sättigung bekannt ist. Mehr Energie in diese einzelne Frequenz zu pumpen, bringt abnehmende Erträge in der neuronalen Antwort.

2.2 Der Sättigung entkommen

Indem man die akustische Energie auf zwei unterschiedliche Frequenzen aufteilt (z. B. 400 Hz und 500 Hz), aktiviert die Hupe zwei getrennte Populationen von Neuronen entlang der Basilarmembran.

Frequency coding in the cochlea" by OpenStax, Anatomy and Physiology, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons.

Da diese beiden Populationen räumlich getrennt sind, konkurrieren sie nicht um dieselbe neuronale Bandbreite. Das Gehirn summiert die Eingänge aus diesen separaten Kanälen. Folglich klingen zwei Töne von jeweils 70 dB deutlich lauter als ein einzelner Ton von 73 dB (der physikalischen Energiesumme), weil die neuronale Rekrutierung breiter und weniger gesättigt ist.56

3. Die Psychoakustik der Intervalle: Warum eine „Terz”?

Wenn zwei Töne besser sind als einer, warum dann nicht irgendwelche zwei Töne? Die Antwort liegt im kritischen Band.7

3.1 Die kritische Bandbreite

Das Ohr analysiert Schall in diskreten Frequenzbändern. Im Bereich von Autohupen (300–600 Hz) beträgt die kritische Bandbreite ungefähr 100 Hz.

  • Wenn Töne zu nah beieinander liegen (< 50 Hz Abstand): Sie fallen in dasselbe kritische Band. Sie interferieren miteinander, was zu langsamen „Schwebungen” oder Maskierung führt. Der Lautheitsvorteil geht verloren, weil sie um dasselbe neuronale Areal konkurrieren.
  • Wenn Töne weit getrennt sind (> 200 Hz Abstand): Sie klingen wie zwei voneinander unabhängige Ereignisse, was den Hörer potenziell verwirren kann.

3.2 Die Plomp-Levelt-Konsonanzkurve

1965 kartierten Plomp und Levelt, wie Menschen „Rauigkeit” (Dissonanz) in Abhängigkeit vom Frequenzabstand wahrnehmen.78

Sie fanden heraus, dass maximale Rauigkeit auftritt, wenn zwei Töne um etwa 25 % der kritischen Bandbreite getrennt sind. Wenn sich der Abstand der Grenze der kritischen Bandbreite nähert, verschiebt sich die Empfindung von „rau” zu „konsonant”.

Autohupen, typischerweise auf eine kleine Terz (6:5) oder große Terz (5:4) gestimmt, liegen in einer Übergangszone.9101112 Sie sind:

  1. Genügend unterscheidbar, um außerhalb der Maskierungsschwelle zu liegen (maximierte Lautheit).
  2. Ausreichend rau, um „sensorische Dissonanz” auszulösen, die Aufmerksamkeit erzwingt und Dringlichkeit erzeugt.
  3. Hinreichend harmonisch, um als ein einziges mechanisches Gerät wahrgenommen zu werden und nicht als kreischende Anomalie.

4. Neurowissenschaft: Kortikale „Objekt”-Erkennung

Über das Ohr hinaus verfügt das Gehirn über spezifische Schaltkreise zur Identifikation von „Objekten” im Schall.

Die Forschung in der auditorischen Neurowissenschaft hat harmonische Schablonen-Neuronen im auditorischen Kortex identifiziert. Diese Neuronen sind darauf abgestimmt, speziell auf Klänge zu reagieren, die eine Grundfrequenz mit ganzzahligen Obertönen aufweisen – genau die Struktur einer Hupe.131415

Eine Zweitonhupe präsentiert einen „Akkord” aus zwei harmonischen Stapeln. Diese komplexe Struktur ist robuster gegenüber Umgebungsgeräuschen (wie Wind- oder Reifengeräusch), weil das Gehirn, selbst wenn eine Frequenzkomponente durch die Umgebung maskiert wird, das „Objekt” aus den verbleibenden sichtbaren Harmonischen rekonstruieren kann. Ein einzelner reiner Ton bietet keine solche Redundanz; wenn seine spezifische Frequenz maskiert wird, verschwindet das Warnsignal vollständig.

5. Übersichtstabelle: Ein- vs. Zweiton

MerkmalEinstimmige HupeZweitonhupe (große/kleine Terz)
Neuronale RekrutierungLokalisiert; anfällig für SättigungVerteilt; rekrutiert breitere Population
LautheitswahrnehmungLinear in Bezug auf physikalische IntensitätÜberlinear durch Summation
DringlichkeitAbhängig von reiner LautstärkeVerstärkt durch „Rauigkeit” (Schwebungen)
Störgeräusch-ResistenzGering; leicht durch spezifische Geräusche maskiertHoch; redundante harmonische Schablonen

6. Schlussfolgerung für Sicherheitsdesign

Für Radfahrende und Sicherheitsingenieur:innen besteht die Quintessenz darin, dass „Lautstärke” keine einzelne Zahl auf einem Dezibelmesser ist. Sie ist ein neurologisches Ereignis. Durch die Nutzung zweier Töne, die durch ein spezifisches Intervall getrennt sind (etwa 15–20 % der Frequenz), kann ein Warngerät das menschliche auditorische System so „hacken”, dass es lauter, dringlicher und „realer” erscheint als ein einzelner Ton mit äquivalenter Leistung.16171819

Literatur

Footnotes

  1. United Nations Economic Commission for Europe. „Regulation No. 28: Audible warning devices.” Konsolidierter Text (2010). EUR-Lex PDF. ↩

  2. American Academy of Audiology. „Levels of noise in decibels (dB).” Lehrposter, das Autohupen mit ≈110 dB und gängige Umgebungsgeräusche auflistet. PDF. ↩

  3. World Health Organization. „Deafness and hearing loss: Safe listening.” Q&A (2025). WHO safe listening. ↩

  4. Cedolin, L., & Delgutte, B. „Spatiotemporal representation of the pitch of harmonic complex tones in the auditory nerve.” Journal of Neuroscience 30(4), 12734–12744 (2010). PMC article. ↩

  5. Larsen, E., & Delgutte, B. „Pitch representations in the auditory nerve: two concurrent complex tones.” Journal of the Acoustical Society of America 123(3), 1637–1655 (2008). MIT DSpace summary. ↩

  6. Su, Y., Delgutte, B., & Colburn, H. S. „Pitch of harmonic complex tones: rate-place coding of pitch in the auditory nerve.” bioRxiv 2019. Preprint. ↩

  7. Plomp, R., & Levelt, W. J. M. „Tonal consonance and critical bandwidth.” Journal of the Acoustical Society of America 38(4), 548–560 (1965). JASA abstract. ↩ ↩2

  8. Vassilakis, P. N. „Perceptual and physical properties of amplitude fluctuation and their musical significance.” Music Perception 21(3), 313–336 (2004). (Zusammengefasst und erweitert in späteren Konsonanzmodellen, die auf Plomp & Levelt aufbauen.) Überblick in Semantic Scholar summary of Plomp–Levelt. ↩

  9. „Vehicle horn.” Wikipedia (rev. 2025). Abschnitt über Hupenfrequenzen und Zweiton-Designs. Vehicle horn article. ↩

  10. Lemaitre, G., Susini, P., Winsberg, S., McAdams, S., & Letinturier, B. „The sound quality of car horns: A psychoacoustical study of timbre.” Acta Acustica united with Acustica 93, 457–468 (2007). PDF. ↩

  11. Toyota / Hella. „Electric twin horn, frequency 400 Hz low tone / 500 Hz high tone.” Produktbeschreibung (Zugriff 2025). Example product. ↩

  12. PIAA Corporation. Marketingmaterial und unabhängige Tests, die 400/500-Hz-Zweiton-Sporthupen beschreiben (2019–2024). Beispielvergleich: BMWSportTouring horn tests. ↩

  13. Feng, L., & Wang, X. „Harmonic template neurons in primate auditory cortex underlying complex sound processing.” Proceedings of the National Academy of Sciences 114(5), E840–E848 (2017). PNAS article. ↩

  14. Fishman, Y. I., Micheyl, C., & Steinschneider, M. „Neural representation of concurrent harmonic sounds in monkey primary auditory cortex.” Journal of Neuroscience 34(37), 12425–12438 (2014). JNeurosci article. ↩

  15. Wang, X. „The harmonic organization of auditory cortex.” Frontiers in Systems Neuroscience 7, 114 (2013). PMC article. ↩

  16. Kang, H. S., Park, S. H., & Lee, K. H. „Quality index of dual shell horns of passenger cars based on a spectrum decay slope.” International Journal of Automotive Technology 16, 237–244 (2015). Springer article. ↩

  17. Mollah, A. A., et al. „Intelligent classification of automotive horn sound quality.” Transportation Research Record (2024). TRID record. ↩

  18. Kim, S. Y., et al. „Methodology for sound quality analysis of motors using psychoacoustic parameters.” Applied Sciences 12(17), 8549 (2022). PMC article. ↩

  19. Wang, Y. S., et al. „A sound quality model for objective synthesis evaluation of vehicle interior noise.” Applied Acoustics 74(10), 1141–1149 (2013). ScienceDirect. ↩

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