Немного анатомии

Что и как мы слышим

#howtocreatemusic

Все процессы записи, обработки и воспроизведения звука так или иначе работают на один орган, которым мы воспринимаем звуки — ухо. Две штуки:). Без понимания того, что мы слышим, что нам важно, а что нет, в чем причина тех или иных музыкальных закономерностей — без этих и других мелочей невозможно спроектировать хорошую аудио аппаратуру, нельзя эффективно сжать или обработать звук. То, что здесь описано — лишь самые основы. Да всего описать и нельзя — процесс звуковосприятия еще далеко не до конца изучен. Эти основы, однако, могут показаться интересными даже тем, кто знает, что такое децибел — мы всё же пойдем немного дальше того, что описано в справках к программам обработки звука…

Немного анатомии

(устройство уха — коротко и ясно)

Снаружи мы видим так называемое внешнее ухо. Ничего особенного нас тут не интересует. Затем идет канал — примерно 0.5 см в диаметре и около 3 см в длину. Далее — барабанная перепонка, к которой присоединены кости — среднее ухо. Эти косточки передают вибрацию барабанной перепонки далее — на другую перепонку, во внутреннее ухо — трубку с жидкостью, около 0.2 мм диаметром и еще целых 3-4 см длинной, закрученная как улитка. Смысл наличия среднего уха в том, что колебания воздуха слишком слабы, чтобы напрямую колебать жидкость, и среднее ухо вместе с барабанной перепонкой и перепонкой внутреннего уха составляют гидравлический усилитель — площадь барабанной перепонки во много раз больше перепонки внутреннего уха, поэтому давление (которое равно F/S) усиливается в десятки раз.
Во внутреннем ухе по всей его длине натянута некая штука, напоминающая струну — еще одна вытянутая мембрана, жесткая к началу уха и мягкая к концу.

Определенный участок этой мембраны колеблется в своём диапазоне, низкие частоты — в мягком участке ближе к концу, самые высокие — в самом начале. Вдоль этой мембраны расположены нервы, которые воспринимают колебания и передают их в мозг, используя два принципа:

Первый — ударный принцип. Поскольку нервы еще способны передавать колебания (бинарные импульсы) с частотой до 400-450 Гц, именно этот принцип влоб используется в области низкочастотного слуха. Там сложно иначе — колебания мембраны слишком сильны и затрагивают слишком много нервов. Ударный принцип немного расширяется до примерно 4 кГц с помощью трюка — несколько (до десяти) нервов ударяют в разных фазах, складывая свою пропускную способность. Этот способ хорош тем, что мозг воспринимает информацию более полно — с одной стороны, мы всё таки имеем легкое частотное разделение, а с другой — можем еще смотреть сами колебания, их форму и особенности, а не просто частотный спектр. Этот принцип продлен на самую важную для нас часть — спектр человеческого голоса. Да и вообще, до 4 кГц находится вся наиболее важная для нас информация.

Ну и второй принцип — просто местоположение возбуждаемого нерва, применяется для звуков более 4 кГц. Тут уже кроме факта нас вообще ничего не волнует — ни фаза, ни скважность.