Звуковая иллюзия - бас, которого нет

[psilogic]

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

Comments

[fregimus.livejournal.com]

Спасибо, это очень интересный эффект (missing fundamental).

Можно я немножечко на Вас наеду? Я бы не стал с такой определенностью и без каких-либо ссылок утверждать вот это: «Наше ухо внутри содержит нечто вроде такого анализатора спектра, только он механический - улитка… В мозг попадает уже не само колебание…, а его спектр…» Я не говорю, будто это не так, но, насколько я знаю, такая теория не может объяснить всего. Missing fundamental, например. :-)

[psilogic.livejournal.com]

Это не теория, это, скорее, анатомия :)

[fregimus.livejournal.com]

Э-э-э… то есть, спектр в ухе можно обнаружить при вскрытии? Ну, тот, который передается в мозг? :-)

[psilogic.livejournal.com]

Что-то типа того - волоски и нервы, к ним подсоединенные :)

[fregimus.livejournal.com]

Это-то, конечно, так. Но тут получается такая закавыка — почему волосок, «настроенный» на 82 Гц, вдруг отзывается на 41?

[psilogic.livejournal.com]

это уже механика: упругий элемент, имеющий собственную частоту колебаний f, особенно сильно реагирует на f, но также и на гармоники - f/2, f/3, f/4,... А некоторые упругие элементы (такие, как струна) также реагируют на 2f, 3f, 4f... Таким образом, от частоты 41 будут колебаться волоски 41, 82, 123, 164 Гц... Но! Волосок 41 очень слабо реагирует ввиду физиологических ограничений и когда 41 Гц есть, и когда его нет. Поэтому для слуха получается примерно одно и то же - что с ним, что без него.

[fregimus.livejournal.com]

Ну, я примерно догадываюсь, что такое резонанс. Тут в другом проблема.

Хорошо ведь известно, что такой подход не объясняет всех экспериментов со слухом. Это долгая история. Я не знаю — может быть, Вы занимались нейроакустикой всю жизнь, но в таком случае Вы должны бы объяснить, почему эта теория (достаточно наивная, одна из первых, кстати — еще к Гельмгольцу с Омом восходит) лучше прочих, и как Вы ее подправите, чтобы избежать ее хорошо известных недостатков, объяснить эксперименты, которые она до сих пор объяснить не смогла. Я не могу понять до сих пор — Вы просто даете наивное, самое простое объяснение этого эксперимента, невзирая на то, что она опровергается другими (да она и этого-то не объясняет), или же Вы над этим работали и оживили старую теорию. Во втором случае мне будет чрезвычайно интересно узнать подробности.

[psilogic.livejournal.com]

А надо ли объяснять все эксперименты со слухом? Я ведь не утверждал, что эта схема объясняет все и вся, а только сказал, что в ухе стоит механический спектрограф, передающий сигналы в мозг. Наличие спектрографа можно утверждать просто на основе его присутствия под микроскопом. А вот если вы хотите чего-то большего, я сначала подумаю прежде, чем что-то утверждать или вообще сказать - мы люди тёмные, консерваториев не кончали... ;)

[fregimus.livejournal.com]

> А надо ли объяснять все эксперименты со слухом?

Ну, это вопрос — нужна ли наука? нужно ли нам знать, как устроена природа? — на который каждый должен для себя ответить сам. Мне кажется, что нужна, но убеждать зазря не буду.

[psilogic.livejournal.com]

Нужна, но не буду же я строить из себя всезнайку :)

[fregimus.livejournal.com]

Вообще-то я не строил из себя всезнайку — напротив, я призывал не торопиться с объяснениями. Эксперимент сам по себе, безусловно, очень интересный. Если это мое замечание приравнивается ко всезнайству — ну, дело Ваше.

[psilogic.livejournal.com]

Не обижайтесь: я вообще-то говорил о себе: "не буду же я строить из себя". Это было в ответ на ваше предложение поделиться моими открытиями: "Я не знаю — может быть, Вы занимались нейроакустикой всю жизнь..." :) Не всю жизнь, допустим, кое-что в "закромах" припасено на будущее, но сейчас я ничего нового не сказал, описал известный эффект.

[fregimus.livejournal.com]

Я не обижаюсь, что Вы, не думайте. Я сам перцепцией занимался мало и уже давно, так что не могу сказать, что знаю современное положение дел в этой области.

[psilogic.livejournal.com]

ну значит все хорошо :) и ежели захотите поделиться какими-то соображениям - всегда welcome :)

[janatem.livejournal.com]

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".