Neben der Umwandlung von Frequenz- in Ortsinformationen spielen bei der Frequenzanalyse zeitliche Mechanismen eine mindestens ebenso wichtige Rolle.

Die elektrophysischen Impulse einzelner Haarzellen erfolgen mit großer Präzision jeweils in einer bestimmten Phase der Auslenkung der Basilarmembran. Damit folgt die Frequenz der Impulse direkt der Frequenz der anregenden Schwingungen. Dies wird als Phasenkopplung (Phase Locking) bezeichnet.

Dieser Mechanismus unterliegt einer bedeutenden Einschränkung: Auf eine Entladung der Nervenfasern folgt zwingend eine Erholungsphase (Refraktärzeit), wodurch die Geschwindigkeit der Impulsfolge und somit das zeitliche Auflösungsvermögen einzelner Nervenfasern begrenzt ist. Dieses Auflösungsvermögen liegt in der Größenordnung von Millisekunden. Damit liegt die Obergrenze der direkten Übertragung der Frequenz durch Phasenkopplung bei 800-1000 Hz.

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