psilogic: (Default)
psilogic ([personal profile] psilogic) wrote2009-01-11 12:37 pm

Звуковая иллюзия - бас, которого нет

Раньше слышал об этом интересном факте, но совсем недавно, так сказать, "руками пощупал". О том, как ухо слышит то, чего реально нет (звуковая иллюзия).

Возьмем какой-нибудь очень низкий (басовый) музыкальный звук. Например, вот этот из начала Раммштайновской композиции Spiel Mit Mir:

Можно посмотреть:

(кликабельно)
(рис. 1)
И можно послушать
А теперь разложим звук в спектр. Что увидим? А вот что:

(кликабельно)
(рис. 2)

Обратите внимание на маленький пик в районе 41 Гц. Это и есть та нота, которую мы слышим - "ми" контроктавы. Все остальные пики - это ее обертоны (гармоники). Несколько из них громче, чем сама нота.

Наше ухо внутри содержит нечто вроде такого анализатора спектра, только он механический - улитка. В ней есть чувствительные волоски, которые реагируют на определенные частоты подобно этому графику: чем выше пик, тем сильнее реакция. В мозг попадает уже не само колебание (рис. 1), а его спектр (рис. 2).

Теперь я уберу гармонику 41 Гц фильтром. Вот, что получится:

(кликабельно)
(рис. 3)
Тут можно послушать

Разница на слух почти незаметна. Слышимая музыкальная нота осталась прежней - ми контроктавы, 41 Гц. Ухо слышит 41 герц там, где его и в помине нет!

Примерно так же дурят нашего брата с помощью пианино. Самые тяжелые струны в басах - они совсем не извлекают частоты порядка 50 Гц и ниже, а вместо них генерируют гармоники. Но ухо успешно обманывается, и мы остаемся довольны.

И это правильно, потому, что эти частоты находятся на границе восприятия, мы их почти не слышим, а музыка требует некой равномерности.

А вот таков чистый звук в 41 Гц. Можете убедиться, что тембр явно другой, но вот нота... та же самая - ми контроктавы.

(кликабельно)
(рис. 4)
Тут можно послушать

Мне пришлось увеличить размах колебаний потому, что иначе его будет трудно услышать, особенно в маленьких наушниках. Если хотите, вот для чистоты эксперимента тот же звук, но с размахом как в первом примере из Раммштайнов.
Тут можно послушать

[identity profile] tpars.livejournal.com 2009-01-13 03:17 am (UTC)(link)
Но в остальном, конечно, наблюдение очень интересное. :)

[identity profile] gaius-julius.livejournal.com 2009-01-13 03:45 am (UTC)(link)
у него даже есть научное объяснение:

http://websound.ru/articles/theory/psychoacoustics.htm искать по фразе "присутствие фундаментальной частоты не обязательно для восприятия высоты"

Вот если бы мы вместе с основным тоном удалили, допустим, все нечетные гармоники, то мозможно, на слух произошло бы повышение на октаву.

Re: круто

[identity profile] baca6u.livejournal.com 2009-01-13 05:23 am (UTC)(link)
Или плохие колонки/усилитель,или хороший фильтр на входе усилителя.

[identity profile] mudak.livejournal.com 2009-01-13 06:57 am (UTC)(link)
Ну не знаю, не знаю. На мониторных наушниках (правда недорогих) test и test2 воспроизводятся как низкий звук без обертонов (то есть вот непонятно, о каком тембре речь - может у вас воспроизводящая техника свои обертона добавляет?), и ничего общего с bass и bass2 не имеют, т.к. в bass и bass2 обертона забивают 41 Гц напрочь, так что есть он там, нет его - разница не слышна. Вот если бы повторить такой эксперимент с хорошо различимым звуком.

[identity profile] pimpinela.livejournal.com 2009-01-13 07:47 am (UTC)(link)
Спасибо! Интересно

[identity profile] psilogic.livejournal.com 2009-01-13 08:50 am (UTC)(link)
барабашка :)

[identity profile] psilogic.livejournal.com 2009-01-13 09:03 am (UTC)(link)
Определенно, маскировка должна вносить дополнительный эффект.

[identity profile] psilogic.livejournal.com 2009-01-13 09:06 am (UTC)(link)
Можно и так интерпретировать: что мы привыкли называть низкими нотами такие пачки высших гармоник.

[identity profile] psilogic.livejournal.com 2009-01-13 09:07 am (UTC)(link)
А на частотах повыше этот эффект постепенно исчезает :)

[identity profile] psilogic.livejournal.com 2009-01-13 09:08 am (UTC)(link)
Типа того. Это объясняет, почему мы не слышим низкие звуки, и почему маленькие наушники плохо их воспроизводят.

[identity profile] janatem.livejournal.com 2009-01-13 09:15 am (UTC)(link)
Я тоже в какой-то момент пришел к вывод, который сформулировал так: "в мозгу есть встроенный фурье-преобразователь". Точнее, делается не обязательно именно фурье, но некое фурьеподобное спектральное преобразование. Про реальное его устройство ничего не могу сказать, поэтому в свете сказанного автором поста (про улитку), мне следует выразиться более осторожно и заменить "в мозгу" на "в голове". В общем, мы _понимаем_ не волну, а спектр.

Что касается моей убежденности в том, что такой преобразователь есть, то я, будучи дилетантом в музыке, некоторое время работал в конторе, которая занималась алгоритмами сжатия звука. Там я научился различать музыкальные инструменты на спектрограмме и, более того, на слух. ;) Если долго разглядывать спектрограммы и сравнивать их с акустическими ощущениями, то приходит ощущение понимания их эквивалентности что ли... Если же сравнить спектрограмму с волновым представлением, то можно заметить, что последнее почти бесполезно для визуального анализа -- там мало что можно "увидеть".

[identity profile] cryinstone.livejournal.com 2009-01-13 10:02 am (UTC)(link)
Замечательно!

[identity profile] goh-dan.livejournal.com 2009-01-19 04:16 pm (UTC)(link)
Как тут не стать солипсистом? :)

(Anonymous) 2009-01-23 11:01 pm (UTC)(link)
Послушал несколько раз подряд чистый 41-герцовый звук на хороших колонках. Сначала вроде бы ничего не услышал, потом уловил еле заметный тихий рокот, а потом и ухи заболели...

Re: круто

[identity profile] vakurov.livejournal.com 2010-10-09 01:23 pm (UTC)(link)
А я услышал.

[identity profile] kray-zemli.livejournal.com 2013-05-06 10:37 pm (UTC)(link)
Я не буду наезжать на тему того, что утверждение "механический анализатор спектра" -- лженаука. Известно, что там происходят довольно сложные процессы, и, в целом, где-то до 3 кГц в мозг приходит полная информация о сигнале, а не только спектр. Что, кстати, как раз и помогает определять направление на источник по разности фаз.

Я наеду по поводе "бас которого нет". Кто вам сказал, что высота ноты -- это именно частота первой гармоники? Первой гармоники в звуке может и не быть. Вообще, в электронной музыке распространены всякие выкрутасы с фильтрами, который могут вообще отсекать пару десятков гармоник. При этом меняется больше тембо, чем ощущаемая высота. Всё-таки, правильнее говорить, что высота -- это период колебаний, который можно определить по расстоянию между гармониками. Что мозг с успехом и делает. Поэтому бас здесь всё-таки есть.

[identity profile] psilogic.livejournal.com 2013-05-06 10:40 pm (UTC)(link)
Высота - субъективно ощущаемая частота. Но этой частоты в спектре нет.

[identity profile] kray-zemli.livejournal.com 2013-05-06 11:18 pm (UTC)(link)
Как показал эксперимент из вот этого самого поста, ощущение высоты больше связано с периодом, а не с частотой. У математиков есть ещё такое умное выражение "автокорреляционная функция", ага.

[identity profile] psilogic.livejournal.com 2013-05-07 05:04 am (UTC)(link)
период с частотой связан взаимно однозначно

[identity profile] kray-zemli.livejournal.com 2013-05-07 12:43 pm (UTC)(link)
Нет, это не так. Периодический сигнал может иметь несколько частот (гармоник), причём основного тона, период колебаний которого равен периоду сигнала, может в составе и не быть, как, например, в примере из поста. То есть, информация о периоде не только недостаточна, чтобы восстановить тембр. Её недостаточно даже для того, чтобы установить наличие в сигнале основного тона.

Хотя если говорить не о частотах гармоник, а о частоте повторения периода, то тогда однозначно. Так, в примере из поста, исключение основного тона не поменяло частоту повторения сигнала.
Edited 2013-05-07 12:44 (UTC)

[identity profile] zsplinter.livejournal.com 2013-05-07 04:45 pm (UTC)(link)
Ну и при чем тут период тогда?

[identity profile] kray-zemli.livejournal.com 2013-05-07 04:59 pm (UTC)(link)
Некоторые люди, больные математизмом головного мозга, при слове "частота" сразу же представляют себе синусоиды и преобразование Фурье с этими его гармониками. А период -- он и есть период, даже в математике он определен как f(t+T)=f(t). Ощущение высоты связано больше с периодом, чем с частотами отдельных гармоник.

[identity profile] zsplinter.livejournal.com 2013-05-07 05:28 pm (UTC)(link)
Сумма двух синусоид с периодами 3t и 7t имеет период 21t, но на слух воспринимается как две частоты: 1/3t и 1/7t.

[identity profile] kray-zemli.livejournal.com 2013-05-07 05:52 pm (UTC)(link)
Это плохой пример, в двух синусах можно при желании что угодно услышать, как в белом шуме. Особенно если, например, в начале добавить ракорд в виде фундаментальной гармоники, а потом его убрать и оставить только 3-ю и 7-ю.

Но если таких синусов взять побольше, да ещё огибающую нормальную им сделать, то восприниматься будет вполне однозначно. Уже с 3-мя гармониками (3,5,7) всё намного чётче.

[identity profile] zsplinter.livejournal.com 2013-05-07 06:18 pm (UTC)(link)
> в двух синусах можно при желании что угодно услышать, как в белом шуме

с чего вы взяли?

Page 4 of 5