a hang fizikai elemei

hallási képességünk elengedhetetlen ahhoz, hogy információt nyújtsunk a körülöttünk lévő világról. A hang akkor keletkezik, amikor egy tárgy vibrálja a körülötte lévő levegőt, és ez a rezgés a térben áthaladó hullámként ábrázolható. Például, ha egy ág leesik egy fáról és a talajnak ütközik, az ág körüli Légnyomás megváltozik, amikor eléri a földet, és ennek eredményeként a levegő rezgése az ütközésből származó hangot eredményez. Az egyik dolog, amit sokan nem vesznek észre, az, hogy a hanghullámoknak fizikai tulajdonságaik vannak, ezért befolyásolja őket a környezet, amelyben előfordulnak. A tér vákuumában például hangok nem jöhetnek létre, mert valódi vákuumban nincs semmi, ami rezgést okozna és hanghullámot okozna. A hang két legfontosabb fizikai tulajdonsága a frekvencia és az amplitúdó. A frekvencia az a sebesség, amellyel a hanghullám rezeg, és meghatározza a zaj hangmagasságát. A magasabb frekvenciájú hangok magasabb hangmagassággal rendelkeznek, mint egy fuvola vagy egy madárcsicsergés, míg az alacsonyabb frekvenciájú hangok alacsonyabb hangmagassággal rendelkeznek, mint egy tuba vagy egy nagy kutya ugat. A hanghullám amplitúdója a levegőben áthaladó rezgések erősségének tekinthető, és ez határozza meg a hang észlelt hangosságát. Amint az 1. ábrán látható, amikor a hanghullám csúcsa kisebb, a hangot csendesebbnek fogják érzékelni. Ha a csúcs nagyobb, akkor a hang hangosabbnak tűnik. Még az is segíthet, ha olyan hanghullámokra gondolunk, mint az óceán hullámai. Ha állóvízben állsz, és egy kavicsot dobsz a lábad közelében, akkor egy kis hullámot (egy apró hullámot) okoz, amely nem sokat érint. De ha viharos időben állsz az óceánban, a nagy bejövő hullámok elég erősek lehetnek ahhoz, hogy leütjenek! Csakúgy, mint a vízhullámok mérete és erőssége, a hanghullámok mérete és erőssége is nagy hatással lehet arra, amit hall.

a hanghullámok lenyűgöző módon lépnek kapcsolatba a körülöttünk lévő környezettel. Észrevetted már, hogy a mentőautó szirénája másképp hangzik, amikor a távolban van, mint amikor a mentő közeledik és elhalad? Ez azért van, mert időbe telik, amíg a hang egyik pontról a másikra halad, és a hangforrás mozgása kölcsönhatásba lép a hullámok frekvenciájával, amikor elérik a halló személyt. Amikor a mentőautó messze van, a sziréna frekvenciája alacsony, de a frekvencia növekszik, amikor a mentő közeledik hozzád, ami a Doppler-effektus néven ismert jelenség (lásd a 2.ábrát).

a hangot azonban nem csak a távolság befolyásolja, hanem más tárgyak is. Gondolj vissza arra az időre, amikor valaki egy másik szobából hívott téged. Valószínűleg észrevette, hogy nehezebb hallani őket egy másik szobából, mint amikor közvetlenül melletted volt. A köztetek lévő távolság nem az egyetlen oka annak, hogy az embert nehezebb hallani, amikor egy másik szobában van. Az embert azért is nehezebb hallani, mert a hanghullámokat a környezetben lévő tárgyak elnyelik; minél távolabb van a hívó személy, annál több tárgy van kettőtök között, így a hanghullámok közül kevesebb éri el a fülét. Ennek eredményeként a hangok csendesnek és tompának tűnhetnek, még akkor is, ha a személy hangosan kiabál.

a fül szerkezete

a fülünk összetett anatómiai struktúrák, amelyek három fő részre oszlanak, a külső fülre, a középfül és a belső fülre. A külső fül a fül egyetlen látható része, amelyet elsősorban arra használnak, hogy a környezetből a hangot a hallójáratba vezesse. Innen a hang eljut a középfülbe, ahol rezeg a dobhártyán és három apró csonton, az úgynevezett ossicles-en, amelyek hangenergiát továbbítanak a belső fülbe. Az energia tovább halad a belső fülbe, ahol a cochlea fogadja. A cochlea a fülben egy csigahéj alakú szerkezet, amely a Corti szervét tartalmazza, ahol szenzoros “szőrsejtek” vannak jelen, amelyek érzékelik a hangenergiát. Amikor a cochlea megkapja a hangot, felerősíti a szőrsejtek által észlelt jelet, és továbbítja a jelet a hallóidegen keresztül az agyba.

hang és az agy

míg a fülek felelősek a környezetből érkező hangok fogadásáért, az agy érzékeli és értelmezi ezeket a hangokat. Az agy hallókérege a temporális lebenynek nevezett régióban helyezkedik el, és a hangok feldolgozására és értelmezésére szakosodott (lásd 3.ábra). A hallókéreg lehetővé teszi az emberek számára, hogy feldolgozzák és megértsék a beszédet, valamint a környezet egyéb hangjait. Mi történne, ha a hallóideg jelei soha nem jutnának el a hallókéregbe? Amikor egy személy hallókéregét agyi sérülés miatt károsítják, a személy néha képtelenné válik a zajok megértésére; például nem értik a kimondott szavak jelentését, vagy nem tudják megkülönböztetni két különböző hangszert. Mivel az agy sok más területe is aktív a hang észlelése során, a hallókéreg károsodásával küzdő egyének gyakran még mindig reagálhatnak a hangra. Ezekben az esetekben, annak ellenére, hogy az agy feldolgozza a hangot, nem képes értelmet adni ezekből a jelekből.

hangokat hallasz innen, vagy onnan?

az emberi fül, valamint más állatok fülének egyik fontos funkciója az, hogy képesek a környezetből származó hangokat a hallójáratba juttatni. Bár a külső fülcsatornák a fülbe szólnak, ez csak akkor a leghatékonyabb, ha a hang a fej oldaláról érkezik (nem pedig közvetlenül előtte vagy mögötte). Amikor ismeretlen forrásból származó hangot hall, az emberek általában elfordítják a fejüket, hogy a fülüket a hang helye felé mutassák. Az emberek ezt gyakran anélkül teszik, hogy észrevennék, például amikor autóban ülsz, és mentőautót hallasz, majd mozgassa a fejét, hogy megpróbálja megtalálni, honnan jön a sziréna. Egyes állatok, mint a kutyák, hatékonyabban találják meg a hangot, mint az emberek. Néha az állatok (például néhány kutya és sok macska) akár fizikailag is mozgathatják a fülüket a hang irányába!

az emberek két fontos jelzést használnak annak meghatározására, hogy honnan jön a hang. Ezek a jelek: (1) Melyik fülbe üt a hang először (interaurális időkülönbségekként ismert), és (2) milyen hangos a hang, amikor eléri az egyes füleket (interaurális intenzitáskülönbségekként ismert). Ha egy kutya a test jobb oldalán ugatna, akkor nem lenne gondod megfordulni és abba az irányba nézni. Az ugatás által keltett hanghullámok ugyanis a jobb fülébe ütköznek, mielőtt a bal fülébe ütnének, aminek eredményeként a hang hangosabb lesz a jobb fülében. Miért van az, hogy a hang hangosabb a jobb fülében, amikor a hang jobbról származik? Mert, mint a házban lévő tárgyak, amelyek blokkolják vagy elnyelik valaki hívásának hangját, a saját fejed egy szilárd tárgy, amely blokkolja az Ön felé haladó hanghullámokat. Amikor a hang a jobb oldalról érkezik, a feje blokkolja a hanghullámok egy részét, mielőtt azok a bal fülébe érnének. Ez azt eredményezi, hogy a hangot jobbról hangosabbnak érzékelik, ezáltal jelezve, hogy innen származik a hang.

ezt egy szórakoztató tevékenység révén fedezheti fel. Csukd be a szemed, és kérd meg egy szülőt vagy barátot, hogy csilingeljen egy kulcskészletet valahol a fejed körül. Tegye ezt többször, és minden alkalommal próbálja meg mutatni a kulcsok helyét, majd nyissa ki a szemét, és nézze meg, mennyire pontos voltál. A lehetőségek, ez könnyű az Ön számára. Most takarja el az egyik fülét, és próbálja újra. Ha csak egy fül áll rendelkezésre, előfordulhat, hogy a feladat nehezebb, vagy hogy kevésbé pontos a megfelelő helyre mutat. Ennek oka az, hogy elfojtotta az egyik fülét, ezért gyengítette annak képességét, hogy jeleket használjon az egyes füleket elérő hangok időzítéséről vagy intenzitásáról.

Immersive Audio in Games and Movies

amikor a hangmérnökök háromdimenziós hangot (3D audio) hoznak létre, figyelembe kell venniük az összes jelet, amelyek segítenek megtalálni a hangot, és ezeket a jeleket arra kell használniuk, hogy megtévesszenek minket abban, hogy a hangot egy adott helyről érkező hangnak érzékeljük. Annak ellenére, hogy a 3D audio esetében korlátozott számú fizikai hangforrás továbbít fejhallgatón és hangszórókon keresztül (például csak kettő fejhallgatóval), a hang úgy tűnhet, mintha sokkal több helyről érkezne. A 3D-s hangmérnökök ezt a bravúrt úgy érhetik el, hogy számba veszik, hogyan érik el a hanghullámok a fejed alakját és a füled helyét. Például, ha egy hangmérnök olyan hangot akar létrehozni, amely úgy tűnik, hogy előtted és kissé jobbra érkezik, a mérnök gondosan megtervezi a hangot, hogy először a jobb fejhallgatóban kezdjen el játszani, és kissé hangosabb legyen ebben a fejhallgatóban a balhoz képest.

a videojátékok és a filmek magával ragadóbbá és életszerűbbé válnak, ha párosítják ezeket a 3D-s audió trükköket. Filmnézés közben például a moziban lévő hangszórókészletek fókuszálhatják a hang irányát, hogy lehetővé tegyék a látottak és a hallottak közötti egyezést. Képzelje el például, hogy filmet néz, a színésznő pedig telefonbeszélgetést folytat a képernyő jobb oldalán. Beszéde többnyire a jobb hangszórókon keresztül kezdődik, de ahogy a képernyőn jobbról balra mozog,a hang fokozatosan és simán követi. Ez a hatás annak az eredménye, hogy számos hangszóró szoros szinkronban dolgozik, hogy lehetővé tegye a 3D audio effektust.

a virtuális valóság (VR) ezt a magával ragadó élményt magasabb szintre emeli azáltal, hogy megváltoztatja a hang irányát annak alapján, hogy hol keres vagy hol helyezkedik el a virtuális térben. A VR-ben definíció szerint gyakorlatilag egy jelenetbe kerülsz, és mind a vizuális, mind a hallási élményeknek tükrözniük kell a valós világ tapasztalatait. Egy sikeres VR szimuláció során a fejmozgások iránya és a keresett hely határozza meg, hogy honnan érzékeli a hangot. Nézz közvetlenül egy űrhajóra, és a motorjainak hangja egyenesen előtted jön, de fordulj balra,és most a hang jobbról jön. Mozgás mögött egy nagy tárgy, és most a virtuális hanghullámok megüt a tárgy közvetlenül, és megüt közvetve, tompítja a hangot, és így inkább úgy tűnik, tompa és csendesebb.

következtetés

kutatás a film-és videojáték-ipar tudósai és szakemberei szimulált hangokat használtak, hogy többet megtudjanak a hallásról, és javítsák szórakoztató élményeinket. Egyes tudósok arra összpontosítanak, hogy az agy hogyan dolgozza fel a hangokat, míg mások maguk elemzik a hanghullámok fizikai tulajdonságait, például hogyan ugrálnak vagy más módon megszakadnak. Néhányan még azt is vizsgálják, hogy más állatok hogyan hallják és hasonlítják össze képességeiket a miénkkel. A film-és videojáték-ipar szakemberei viszont ezt a kutatást arra használják, hogy a filmnézők és a játékosok élményét magával ragadóbbá tegyék. Virtuális környezetben a tervezők a virtuális hanghullámokat úgy viselkedhetik, mint a hanghullámok a való életben. Amikor videojátékot játszik vagy filmet néz, könnyű magától értetődőnek venni azt a kutatást és időt, amely ennek az élménynek a megteremtéséhez vezetett. Lehet, hogy a következő előrelépés a magával ragadó hangtechnikában veled és a saját kíváncsiságoddal kezdődik a hanghullámok és a hallórendszer működése iránt!

szószedet

amplitúdó: a hanghullám mérete; a hang azon tulajdonsága, amely befolyásolja a hang észlelt hangosságát.

hangmagasság: a rezgések frekvenciájának vagy sebességének függvényében tapasztalt hangminőség; a hang vagy hang fenségének vagy alacsonyságának észlelt mértéke.

Doppler-effektus: a hanghullám frekvenciájának növekedése vagy csökkenése, amikor a zaj forrása és a megfigyelő egymás felé vagy távolodik.

Cochlea: (többnyire) üreges cső a belső fülben, amelyet általában csigahéjként tekercselnek, és amely a hallás érzékszerveit tartalmazza.

hallókéreg: az agynak a temporális lebenyben elhelyezkedő területe, amely a hallás útján kapott információkat feldolgozza.

Interaurális Időkülönbség: A két fül által kapott hang érkezési idejének különbsége.

Interaurális Intenzitáskülönbség: a két fül által vett hang hangerejének és frekvenciájának különbsége.

háromdimenziós hang: olyan hanghatások csoportja, amelyek a sztereó hangszórók vagy fejhallgatók által előállított anyagok manipulálására szolgálnak, beleértve a hangforrások észlelt elhelyezését bárhol a háromdimenziós térben.

összeférhetetlenségi nyilatkozat

a szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.