lydens fysiske elementer

vores evne til at høre er afgørende for at give information om verden omkring os. Lyd produceres, når et objekt vibrerer luften omkring det, og denne vibration kan repræsenteres som en bølge, der bevæger sig gennem rummet. For eksempel, hvis en gren falder af et træ og rammer jorden, ændres lufttrykket omkring grenen, når det rammer jorden, og som et resultat frembringer luftens vibration en lyd, der stammer fra kollisionen. En ting, som mange mennesker ikke er klar over, er, at lydbølger har fysiske egenskaber og derfor påvirkes af det miljø, hvor de forekommer. I rummets vakuum kan for eksempel lyde ikke forekomme, fordi der i et ægte vakuum ikke er noget at vibrere og forårsage en lydbølge. De to vigtigste fysiske kvaliteter af lyd er frekvens og amplitude. Frekvens er den hastighed, hvormed en lydbølge vibrerer, og den bestemmer tonehøjden for en støj. Højere frekvens lyde har en højere tonehøjde, som en fløjte eller en fugl kvidrende, mens lavere frekvens lyde har en lavere tonehøjde, som en tuba eller en stor hund gøen. Amplituden af en lydbølge kan betragtes som styrken af vibrationerne, når de bevæger sig gennem luften, og det bestemmer lydens opfattede lydstyrke. Som du kan se i Figur 1, når toppen af lydbølgen er mindre, opfattes lyden som mere støjsvag. Hvis toppen er større, vil lyden virke højere. Det kan endda hjælpe med at tænke på lydbølger som bølger i et hav. Hvis du står i stille vand og slipper en sten i nærheden af dine ben, vil det forårsage en lille krusning (en lille bølge), der ikke påvirker dig meget. Men hvis du står i havet under stormvejr, kan de store indkommende bølger være stærke nok til at slå dig ned! Ligesom størrelsen og styrken af vandbølger kan størrelsen og styrken af lydbølger have en stor effekt på det, du hører.

lydbølger interagerer på fascinerende måder med miljøet omkring os. Har du nogensinde bemærket, hvordan en ambulances sirene lyder anderledes, når den er i afstanden sammenlignet med når ambulancen nærmer sig og passerer dig? Dette skyldes, at det tager tid for lyd at rejse fra et punkt til et andet, og lydkildens bevægelse interagerer med bølgefrekvensen, når de når den person, der hører den. Når ambulancen er langt væk, er frekvensen af sirenen lav, men frekvensen øges, når ambulancen nærmer sig dig, hvilket er et fænomen kendt som Doppler-effekten (se figur 2).

lyd påvirkes ikke kun af afstand, men også af andre objekter. Tænk tilbage på en tid, hvor nogen ringede til dig fra et andet rum. Du har sikkert bemærket, at det var sværere at høre dem fra et andet rum, end når han eller hun var lige ved siden af dig. Afstanden mellem dig er ikke den eneste grund til, at en person er sværere at høre, når han eller hun er i et andet rum. Personen er også sværere at høre, fordi lydbølgerne absorberes af genstande i miljøet; jo længere væk den person, der ringer til dig, er, jo flere objekter er der imellem jer to, så mindre af lydbølgerne når til sidst dine ører. Som et resultat kan lydene se ud til at være stille og dæmpede, selv når personen råber højt.

struktur af øret

vores ører er komplekse anatomiske strukturer, der er adskilt i tre hoveddele, kaldet det ydre øre, mellemøret og det indre øre. Det ydre øre er den eneste synlige del af øret og bruges primært til at trække lyd fra miljøet ind i øregangen. Derfra bevæger lyden sig ind i mellemøret, hvor det vibrerer trommehinden og tre små knogler, kaldet knoglerne, der overfører lydenergi til det indre øre. Energien fortsætter med at rejse til det indre øre, hvor det modtages af cochlea. Cochlea er en struktur i øret, der er formet som en snegleskal, og den indeholder Corti-organet, hvor sensoriske “hårceller” er til stede, der kan mærke lydenergien. Når cochlea modtager lyden, forstærker den signalet detekteret af disse hårceller og transmitterer signalet gennem den auditive nerve til hjernen.

lyd og hjerne

mens ørerne er ansvarlige for at modtage lyd fra miljøet, er det hjernen, der opfatter og giver mening af disse lyde. Hjernebarken i hjernen er placeret i en region kaldet den temporale lap og er specialiseret til behandling og fortolkning af lyde (Se figur 3). Den auditive bark giver mennesker mulighed for at behandle og forstå tale såvel som andre lyde i miljøet. Hvad ville der ske, hvis signaler fra hørenerven aldrig nåede hørebarken? Når en persons hørebark er beskadiget på grund af en hjerneskade, bliver personen undertiden ude af stand til at forstå lyde; for eksempel forstår de muligvis ikke betydningen af ord, der tales, eller de kan muligvis ikke skelne to forskellige musikinstrumenter fra hinanden. Da mange andre områder af hjernen også er aktive under opfattelsen af lyd, kan personer med skade på hørebarken ofte stadig reagere på lyd. I disse tilfælde, selvom hjernen behandler lyden, er den ikke i stand til at give mening ud fra disse signaler.

høre lyd fra herovre, eller derovre?

en vigtig funktion af menneskelige ører såvel som andre dyrs ører er deres evne til at trække lyde fra miljøet ind i øregangen. Selvom det ydre øre tragte lyd ind i øret, er det mest effektivt, når lyden kommer fra siden af hovedet (snarere end direkte foran eller bag det). Når man hører en lyd fra en ukendt kilde, drejer mennesker typisk deres hoveder for at pege deres øre mod, hvor lyden kan være placeret. Folk gør det ofte uden selv at indse det, som når du er i en bil og hører en ambulance, så bevæg dit hoved rundt for at forsøge at finde, hvor sirenen kommer fra. Nogle dyr, som hunde, er mere effektive til at lokalisere lyd end mennesker er. Nogle gange kan dyr (som nogle hunde og mange katte) endda fysisk bevæge deres ører i retning af lyden!

mennesker bruger to vigtige signaler til at bestemme, hvor en lyd kommer fra. Disse signaler er: (1) hvilket øre lyden rammer først (kendt som interaural tidsforskelle), og (2) Hvor høj lyden er, når den når hvert øre (kendt som interaural intensitetsforskelle). Hvis en hund skulle gø på højre side af din krop, ville du ikke have noget problem med at dreje og kigge i den retning. Dette skyldes, at lydbølgerne produceret af gøen rammer dit højre øre, før du rammer dit venstre øre, hvilket resulterer i, at lyden bliver højere i dit højre øre. Hvorfor er det, at lyden er højere i dit højre øre, når lyden kommer fra højre? Fordi, ligesom genstande i dit hus, der blokerer eller absorberer lyden af nogen, der ringer til dig, er dit eget hoved et solidt objekt, der blokerer lydbølger, der rejser mod dig. Når lyden kommer fra højre side, blokerer dit hoved nogle af lydbølgerne, før de rammer dit venstre øre. Dette resulterer i, at lyden opfattes som højere fra højre og derved signalerer, at det er her lyden kom fra.

du kan udforske dette gennem en sjov aktivitet. Luk øjnene og bede en forælder eller ven om at jingle et sæt nøgler et eller andet sted omkring dit hoved. Gør dette flere gange, og prøv hver gang at pege på placeringen af nøgler, så åbn dine øjne og se, hvor præcis du var. Chancerne er, det er nemt for dig. Dæk nu det ene øre op, og prøv det igen. Med kun et øre til rådighed, kan du opleve, at opgaven er sværere, eller at du er mindre præcis i at pege på den rigtige placering. Dette skyldes, at du har dæmpet et af dine ører og derfor svækket din evne til at bruge signaler om timingen eller intensiteten af lydene, der når hvert øre.

Immersiv lyd i spil og film

når lydingeniører opretter tredimensionel lyd (3D-lyd), skal de tage højde for alle de signaler, der hjælper os med at finde lyd, og de skal bruge disse signaler til at narre os til at opfatte lyd som kommer fra et bestemt sted. Selvom der med 3D-lyd er et begrænset antal fysiske lydkilder, der transmitterer via hovedtelefoner og højttalere (for eksempel kun to med hovedtelefoner), kan lyden virke som om den kommer fra mange flere steder. 3D-lydingeniører kan udføre denne bedrift ved at redegøre for, hvordan lydbølger når dig, baseret på formen på dit hoved og placeringen af dine ører. For eksempel, hvis en lydtekniker ønsker at oprette en lyd, der ser ud til, at den kommer fra foran dig og lidt til højre, vil ingeniøren omhyggeligt designe lyden til først at begynde at spille i højre hovedtelefon og være lidt højere i denne hovedtelefon sammenlignet med venstre.

videospil og film bliver mere fordybende og livagtige, når de parres med disse tricks af 3D-lyd. Når du ser en film, for eksempel, sæt højttalere i biografen kan fokusere lydretningen for at give mulighed for en kamp mellem det, du ser, og det, du hører. Forestil dig for eksempel, at du ser en film, og en skuespillerinde har en telefonsamtale på højre side af skærmen. Hendes tale begynder at spille mest gennem de rigtige højttalere, men når hun bevæger sig på skærmen fra højre til venstre, følger lyden hende gradvist og glat. Denne effekt er resultatet af adskillige højttalere, der arbejder i tæt synkronisering, for at gøre 3D-lydeffekten mulig.

Virtual reality (VR) tager denne fordybende oplevelse til et højere niveau ved at ændre lydens retning baseret på, hvor du kigger eller er placeret i det virtuelle rum. Definition praktisk talt placeret i en scene, og både de visuelle og auditive oplevelser skal afspejle din oplevelse af den virkelige verden. I en vellykket VR-simulering bestemmer retningen af dine hovedbevægelser, og hvor du kigger, hvor du opfatter lyden som stammer fra. Se direkte på et rumskib, og lyden fra dets motorer kommer lige foran dig, men drej til venstre, og nu kommer lyden til dig fra højre. Bevæg dig bag et stort objekt, og nu rammer de virtuelle lydbølger objektet direkte og rammer dig indirekte, dæmper lyden og får den til at virke mere dæmpet og mere støjsvag.

konklusion

forskere og fagfolk inden for film-og videospilindustrien har brugt simulerede lyde til at lære mere om hørelse og til at forbedre vores underholdningsoplevelser. Nogle forskere fokuserer på, hvordan hjernen behandler lyde, mens andre analyserer de fysiske egenskaber ved lydbølger selv, såsom hvordan de hopper eller på anden måde forstyrres. Nogle undersøger endda, hvordan andre dyr hører og sammenligner deres evner med vores egne. Til gengæld har fagfolk i film-og videospilindustrien brugt denne forskning til at gøre oplevelsen af filmgæster og spillere mere fordybende. I virtuelle miljøer kan designere få virtuelle lydbølger til at opføre sig som lydbølger gør i det virkelige liv. Når du spiller et videospil eller ser en film, er det let at tage for givet den forskning og tid, der gik til at skabe denne oplevelse. Måske starter den næste udvikling inden for fordybende lydteknologi med dig og din egen nysgerrighed omkring lydbølger, og hvordan det auditive system fungerer!

ordliste

Amplitude: størrelsen på lydbølgen; attributten til en lyd, der påvirker den opfattede lydstyrke af den lyd.

tonehøjde: kvaliteten af lyd, der opleves som en funktion af frekvensen eller hastigheden af vibrationerne; den opfattede grad af højhed eller lavhed af en tone eller lyd.

Doppler-effekt: en stigning eller fald i frekvensen af en lydbølge, når støjkilden og observatøren bevæger sig mod eller væk fra hinanden.

Cochlea: et (for det meste) hult rør i det indre øre, der normalt er viklet som en snegleskal, og som indeholder høreapparatets sanseorganer.

auditiv hjernebark: det område af hjernen, der er placeret i den temporale lobe, der behandler information modtaget gennem hørelse.

Interaural Tidsforskel: Forskellen i ankomsttidspunktet for lyd modtaget af de to ører.

Interaural Intensitetsforskel: forskellen i lydstyrken og frekvensen af en lyd modtaget af de to ører.

tredimensionel lyd: en gruppe lydeffekter, der bruges til at manipulere det, der produceres af stereohøjttalere eller hovedtelefoner, der involverer den opfattede placering af lydkilder overalt i et tredimensionelt rum.

interessekonflikt Erklæring

forfatterne erklærer, at forskningen blev udført i mangel af kommercielle eller økonomiske forhold, der kunne fortolkes som en potentiel interessekonflikt.