rezumat
v-ați întrebat vreodată cum, cu doar două urechi, putem localiza sunete care vin din jurul nostru? Sau, atunci când joci un joc video, de ce se pare că o explozie a venit chiar din spatele tău, chiar dacă erai în siguranța propriei case? Mintea noastră determină de unde vine sunetul folosind mai multe indicii. Două dintre aceste indicii sunt (1) care ureche sunetul lovește mai întâi și (2) Cât de tare este sunetul atunci când ajunge la fiecare ureche. De exemplu, dacă sunetul vă lovește mai întâi urechea dreaptă, probabil că provine din dreapta corpului. Dacă lovește ambele urechi în același timp, probabil că provine direct din față sau din spatele tău. Creatorii de filme și jocuri video folosesc aceste indicii pentru a ne păcăli mintea—adică pentru a ne da iluzia că anumite sunete provin din direcții specifice. În acest articol, vom explora modul în care creierul dvs. colectează informații din urechi și folosește aceste informații pentru a determina de unde provine un sunet.
elementele fizice ale sunetului
capacitatea noastră de a auzi este crucială pentru furnizarea de informații despre lumea din jurul nostru. Sunetul este produs atunci când un obiect vibrează aerul din jurul său, iar această vibrație poate fi reprezentată ca o undă care călătorește prin spațiu. De exemplu, dacă o ramură cade de pe un copac și lovește solul, presiunea aerului din jurul ramurii se schimbă atunci când lovește pământul și, ca urmare, vibrația aerului produce un sunet provenit din coliziune. Un lucru pe care mulți oameni nu-l realizează este că undele sonore au proprietăți fizice și, prin urmare, sunt influențate de mediul în care apar. În vidul spațiului, de exemplu, sunetele nu pot apărea deoarece, într-un vid adevărat, nu există nimic care să vibreze și să provoace o undă sonoră. Cele mai importante două calități fizice ale sunetului sunt frecvența și amplitudinea. Frecvența este viteza cu care vibrează o undă sonoră și determină înălțimea unui zgomot. Sunetele cu frecvență mai mare au un ton mai mare, cum ar fi un flaut sau un ciripit de pasăre, în timp ce sunetele cu frecvență mai mică au un ton mai mic, cum ar fi o tubă sau un lătrat de câine mare. Amplitudinea unei unde sonore poate fi considerată puterea vibrațiilor în timp ce călătoresc prin aer și determină intensitatea percepută a sunetului. După cum puteți vedea în Figura 1, când vârful undei sonore este mai mic, sunetul va fi perceput ca fiind mai liniștit. Dacă vârful este mai mare, atunci sunetul va părea mai tare. Ar putea ajuta chiar să ne gândim la undele sonore ca valurile dintr-un ocean. Dacă stați în apă liniștită și aruncați o pietricică lângă picioare, aceasta va provoca o mică ondulare (un val mic) care nu vă afectează prea mult. Dar dacă stai în ocean pe vreme furtunoasă, valurile mari de intrare pot fi suficient de puternice pentru a te doborî! La fel ca dimensiunea și puterea undelor de apă, dimensiunea și puterea undelor sonore pot avea un efect mare asupra a ceea ce auziți.
- Figura 1-amplitudinea și frecvența reprezentate ca unde.
- (A) amplitudinea este puterea vibrațiilor pe măsură ce călătoresc prin aer; cu cât amplitudinea este mai mare, cu atât sunetul este mai puternic perceput de observator. (B) frecvența este viteza cu care vibrează o undă sonoră, care determină înălțimea percepută a zgomotului; cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai mare înălțimea sunetului.
undele sonore interacționează în moduri fascinante cu mediul din jurul nostru. Ați observat vreodată cum sirena unei ambulanțe sună diferit atunci când este la distanță în comparație cu momentul în care ambulanța se apropie și vă trece? Acest lucru se datorează faptului că este nevoie de timp pentru ca sunetul să călătorească dintr-un punct în altul, iar mișcarea sursei de sunet interacționează cu frecvența undelor pe măsură ce ajung la persoana care o aude. Când ambulanța este departe, frecvența sirenei este scăzută, dar frecvența crește pe măsură ce ambulanța se apropie de tine, ceea ce este un fenomen cunoscut sub numele de efect Doppler (vezi Figura 2).
- Figura 2 – modul în care frecvențele undelor sonore sunt afectate (și percepute) pe măsură ce o sirenă se apropie sau se îndepărtează de un individ.
- pe măsură ce ambulanța se apropie de un individ, frecvența sunetului crește și, prin urmare, este percepută ca având un pas mai mare. Pe măsură ce ambulanța se îndepărtează mai mult de un individ, frecvența scade, determinând perceperea sunetului ca având un pas mai mic.
sunetul nu este afectat doar de distanță, ci și de alte obiecte. Gândiți-vă la un moment în care cineva a fost de asteptare pentru tine dintr-o altă cameră. Probabil ai observat că era mai greu să le auzi dintr-o altă cameră decât atunci când el sau ea era chiar lângă tine. Distanța dintre voi nu este singurul motiv pentru care o persoană este mai greu de auzit atunci când se află într-o altă cameră. Persoana este, de asemenea, mai greu de auzit, deoarece undele sonore sunt absorbite de obiectele din mediu; cu cât persoana care vă sună este mai departe, cu atât mai multe obiecte există între voi doi, astfel încât mai puține dintre undele sonore ajung în cele din urmă la urechi. Drept urmare, sunetele pot părea liniștite și înăbușite, chiar și atunci când persoana țipă tare.
structura urechii
urechile noastre sunt structuri anatomice complexe care sunt separate în trei părți principale, numite urechea exterioară, urechea medie și urechea internă. Urechea exterioară este singura parte vizibilă a urechii și este utilizată în principal pentru canalizarea sunetului din mediu în canalul urechii. De acolo, sunetul se deplasează în urechea medie, unde vibrează timpanul și trei oase minuscule, numite osicule, care transmit energie sonoră către urechea internă. Energia continuă să călătorească către urechea internă, unde este primită de cohlee. Cohleea este o structură în ureche care are forma unei cochilii de melc și conține organul Corti, unde sunt prezente „celule de păr” senzoriale care pot simți energia sonoră. Când cohleea primește sunetul, amplifică semnalul detectat de aceste celule de păr și transmite semnalul prin nervul auditiv către creier.
sunetul și creierul
în timp ce urechile sunt responsabile pentru primirea sunetului din mediu, creierul este cel care percepe și dă sens acestor sunete. Cortexul auditiv al creierului este situat într-o regiune numită lobul temporal și este specializat pentru procesarea și interpretarea sunetelor (vezi Figura 3). Cortexul auditiv permite oamenilor să proceseze și să înțeleagă vorbirea, precum și alte sunete din mediu. Ce s-ar întâmpla dacă semnalele de la nervul auditiv nu ar ajunge niciodată la cortexul auditiv? Atunci când cortexul auditiv al unei persoane este deteriorat din cauza unei leziuni cerebrale, persoana devine uneori incapabilă să înțeleagă zgomotele; de exemplu, este posibil să nu înțeleagă semnificația cuvintelor rostite sau să nu poată distinge două instrumente muzicale diferite. Deoarece multe alte zone ale creierului sunt, de asemenea, active în timpul percepției sunetului, persoanele cu leziuni ale cortexului auditiv pot reacționa adesea la sunet. În aceste cazuri, chiar dacă creierul procesează sunetul, nu este capabil să facă sens din aceste semnale.
- Figura 3-diagrama unei surse de sunet care călătorește prin canalul urechii și se transformă în semnale neuronale care ajung la cortexul auditiv.
- sunetul este direcționat în canalul urechii de către urechea exterioară și ulterior este transformat în semnale neuronale de către cohlee. Acest semnal este apoi transmis cortexului auditiv, unde sensul Este atribuit sunetului.
auzi sunete de aici sau de acolo?
o funcție importantă a urechilor umane, precum și a urechilor altor animale, este capacitatea lor de a canaliza sunetele din mediu în canalul urechii. Deși urechea externă canalizează sunetul în ureche, acest lucru este cel mai eficient numai atunci când sunetul vine din partea laterală a capului (mai degrabă decât direct în față sau în spatele acestuia). Când aud un sunet dintr-o sursă necunoscută, oamenii își întorc de obicei capul pentru a-și îndrepta urechea spre locul în care ar putea fi localizat sunetul. Oamenii fac adesea acest lucru fără să-și dea seama, ca atunci când vă aflați într-o mașină și auziți o ambulanță, apoi mișcați-vă capul pentru a încerca să localizați de unde vine sirena. Unele animale, cum ar fi câinii, sunt mai eficiente la localizarea sunetului decât oamenii. Uneori, animalele (cum ar fi unii câini și multe pisici) își pot mișca fizic urechile în direcția sunetului!
oamenii folosesc două indicii importante pentru a ajuta la determinarea de unde provine un sunet. Aceste indicii sunt: (1) care ureche sunetul lovește mai întâi (cunoscut sub numele de diferențe de timp interaurale) și (2) Cât de tare este sunetul atunci când ajunge la fiecare ureche (cunoscut sub numele de diferențe de intensitate interaurală). Dacă un câine ar lătra pe partea dreaptă a corpului tău, nu ai avea nicio problemă să te întorci și să privești în acea direcție. Acest lucru se datorează faptului că undele sonore produse de lătrat vă lovesc urechea dreaptă înainte de a vă lovi urechea stângă, rezultând ca sunetul să fie mai puternic în urechea dreaptă. De ce sunetul este mai puternic în urechea dreaptă când sunetul vine din dreapta? Pentru că, la fel ca obiectele din casa ta care blochează sau absorb sunetul cuiva care te sună, propriul tău cap este un obiect solid care blochează undele sonore care călătoresc spre tine. Când sunetul vine din partea dreaptă, capul dvs. va bloca unele dintre undele sonore înainte de a vă lovi urechea stângă. Acest lucru are ca rezultat ca sunetul să fie perceput ca mai tare din dreapta, semnalizând astfel că de acolo a venit sunetul.
puteți explora acest lucru printr-o activitate distractivă. Închideți ochii și rugați un părinte sau un prieten să jingle un set de chei undeva în jurul capului. Faceți acest lucru de mai multe ori și, de fiecare dată, încercați să indicați locația cheilor, apoi deschideți ochii și vedeți cât de exact ați fost. Șansele sunt, acest lucru este ușor pentru tine. Acum acoperă o ureche și încearcă din nou. Cu o singură ureche disponibilă, puteți constata că sarcina este mai grea sau că sunteți mai puțin precis în a indica locația potrivită. Acest lucru se datorează faptului că v-ați înăbușit una dintre urechi și, prin urmare, v-ați slăbit capacitatea de a utiliza semnale despre momentul sau intensitatea sunetelor care ajung la fiecare ureche.
Audio imersiv în jocuri și filme
când inginerii audio creează audio tridimensional (audio 3D), trebuie să ia în considerare toate indicii care ne ajută să localizăm sunetul și trebuie să folosească aceste indicii pentru a ne păcăli să percepem sunetul ca provenind dintr-o anumită locație. Chiar dacă cu audio 3D există un număr limitat de surse de sunet fizic care transmit prin căști și difuzoare (de exemplu, doar două cu căști), sunetul poate părea că provine din mai multe locații. Inginerii audio 3D pot realiza acest lucru prin contabilizarea modului în care undele sonore vă ajung, pe baza formei capului și a locației urechilor. De exemplu, dacă un inginer audio dorește să creeze un sunet care pare că vine din fața dvs. și ușor spre dreapta, inginerul va proiecta cu atenție sunetul pentru a începe să joace mai întâi în căștile din dreapta și pentru a fi ușor mai tare în acest căști în comparație cu stânga.
jocurile Video și filmele devin mai captivante și mai asemănătoare vieții atunci când sunt asociate cu aceste trucuri audio 3D. Când vizionați un film, de exemplu, seturile de difuzoare din cinematograf pot focaliza direcția sunetului pentru a permite o potrivire între ceea ce vedeți și ceea ce auziți. De exemplu, imaginați-vă că vizionați un film și o actriță poartă o conversație telefonică în partea dreaptă a ecranului. Discursul ei începe să se joace mai ales prin difuzoarele potrivite, dar pe măsură ce se mișcă pe ecran de la dreapta la stânga, sunetul o urmărește treptat și fără probleme. Acest efect este rezultatul numeroaselor difuzoare care lucrează în sincronizare strânsă, pentru a face posibil efectul audio 3D.
realitatea virtuală (VR) duce această experiență imersivă la un nivel superior schimbând direcția sunetului în funcție de locul în care căutați sau sunteți poziționat în spațiul virtual. În VR, prin definiție, sunteți practic plasați într-o scenă și atât experiențele vizuale, cât și cele auditive ar trebui să reflecte experiența dvs. din lumea reală. Într-o simulare VR de succes, direcția mișcărilor capului și locul în care căutați determină de unde percepeți sunetul ca provenind. Uită-te direct la o navă spațială și sunetul motoarelor sale provin de la drept înainte de tine, dar rândul său, la stânga și acum sunetul vine la tine de la dreapta. Deplasați-vă în spatele unui obiect mare și acum undele sonore virtuale lovesc obiectul direct și vă lovesc indirect, atenuând sunetul și făcându-l să pară mai înăbușit și mai liniștit.
concluzie
oamenii de știință și profesioniștii din industria filmului și a jocurilor video au folosit sunete simulate pentru a afla mai multe despre auz și pentru a îmbunătăți experiențele noastre de divertisment. Unii oameni de știință se concentrează asupra modului în care creierul procesează sunetele, în timp ce alții analizează proprietățile fizice ale undelor sonore, cum ar fi modul în care acestea sări sau sunt perturbate în alt mod. Unii chiar investighează modul în care alte animale aud și compară abilitățile lor cu ale noastre. La rândul lor, profesioniștii din industria filmului și a jocurilor video au folosit această cercetare pentru a ajuta experiența cinematografilor și a jucătorilor să fie mai imersivă. În mediile virtuale, designerii pot face ca undele sonore virtuale să se comporte ca undele sonore în viața reală. Când jucați un joc video sau vizionați un film, este ușor să luați de la sine cercetarea și timpul care au dus la crearea acestei experiențe. Poate că următoarea avansare în tehnologia sunetului imersiv va începe cu tine și cu propria ta curiozitate despre undele sonore și despre modul în care funcționează sistemul auditiv!
Glosar
amplitudine: dimensiunea undei sonore; atributul unui sunet care influențează intensitatea sonoră percepută a acelui sunet.
Pitch: calitatea sunetului care este experimentată în funcție de frecvența sau viteza vibrațiilor; gradul perceput de înălțime sau joasă a unui ton sau sunet.
efect Doppler: o creștere sau scădere a frecvenței unei unde sonore pe măsură ce sursa zgomotului și a Observatorului se deplasează unul spre celălalt sau se îndepărtează unul de celălalt.
cohlee: un tub gol (în cea mai mare parte) din urechea internă care este de obicei înfășurat ca o coajă de melc și care conține organele senzoriale ale auzului.
cortexul auditiv: zona creierului situată în lobul temporal care procesează informațiile primite prin auz.
Diferența De Timp Interaurală: Diferența în timpul sosirii sunetului primit de cele două urechi.
diferența de intensitate Interaurală: diferența de intensitate și frecvență a unui sunet primit de cele două urechi.
Audio tridimensional: Un grup de efecte sonore care sunt folosite pentru a manipula ceea ce este produs de difuzoare stereo sau căști, care implică plasarea percepută a surselor de sunet oriunde într-un spațiu tridimensional.
Declarație privind conflictul de interese
autorii declară că cercetarea a fost realizată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.