¿Cómo escuchamos los armónicos y cómo afecta la fidelidad del audio?

En primer lugar, ¿escuchamos una onda de sonido como una suma de todos los armónicos individuales, en la frecuencia fundamental, o escuchamos todos los armónicos asociados por encima de la frecuencia fundamental y construimos una onda de sonido general a partir de esto?

Si el segundo punto es cierto, entonces seguramente una grabación digital que corta frecuencias por encima de 20kHz (debido a la frecuencia de muestreo de 44kHz) producirá una forma de onda reducida a una grabación analógica, que seguramente no tendrá una frecuencia de "corte", por lo tanto la ¿La onda de sonido grabada será más parecida a la original?

Re, "...una grabación analógica, que seguramente no tendrá una frecuencia de 'corte'". En realidad, todas las tecnologías analógicas que se han inventado para la grabación de audio tienen un ancho de banda limitado. Si el ancho de banda no está limitado por nada más, estará limitado por el tamaño físico de la característica más pequeña (dominio magnético en una cinta, meneo en un surco, mancha en una tira de película, etc.) que el "cabezal" de grabación " puede imprimir en el medio de grabación, en relación con la velocidad lineal a la que la cabeza y el medio se mueven uno al lado del otro.
Nota: Esa es una de las razones por las que los surcos de un disco de audio de vinilo de velocidad angular constante no llegan hasta el centro: el ancho de banda se acerca a cero a medida que la pista se acerca al centro.
¿Seguramente la naturaleza continua de anolgue vería una curva que tiende a 0 a medida que aumenta la frecuencia, hasta el corte que ha mencionado en el diseño real, por lo tanto, capturando una mayor cantidad de armónicos en comparación con digital?
Bien, entiendo lo que dices: la respuesta de frecuencia de cualquier filtro analógico nunca llega a cero en teoría (y eso incluye el filtro definido por la geometría de un cabezal de grabación analógico y la velocidad de sus medios de grabación). Pero más allá de cierto punto, la amplitud de la señal registrada será menor que la amplitud del ruido que está presente en cada sistema.
@MattSmallwood No importa demasiado que haya una frecuencia de corte, porque la cantidad de energía en los componentes de alta frecuencia de la mayoría del sonido es muy pequeña de todos modos. Pero es sumamente importante que el proceso de digitalización no convierta las frecuencias por encima del límite impuesto por la frecuencia de muestreo en frecuencias por debajo de ese límite, que interactúan con la señal "real". Esa es una de las razones por las que las grabaciones de calidad profesional a menudo se realizan con un corte de frecuencia de 48 o incluso 96 kHz, no 20. El segundo paso de filtrar a 20 kHz no tiene que hacerse en tiempo real.
Así que (teóricamente) si dijéramos que una grabación analógica contiene una mayor cantidad de armónicos debido al mayor rango de frecuencias que puede grabar, seguramente esto dará como resultado una forma de onda general que sea más fiel. Sin embargo (prácticamente) cuando se reproduce la grabación analógica, los armónicos de alta frecuencia en realidad no son captados por el oído humano, por lo que seguramente no hay una diferencia práctica entre digital y analógico.
Otro problema es cómo volver a convertir la grabación en sonido. A 20 kHz, la longitud de onda de las ondas sonoras es de unos 17 mm (menos de una pulgada). Si el altavoz tiene un diámetro de cono comparable con ese, y no está escuchando en un punto directamente en frente del altavoz, el sonido generado por el borde del cono del altavoz más cercano a usted interferirá con el sonido generado por el borde más alejado. . Lo que escuche no será lo que se grabó, incluso si la grabación fue "perfecta" (¡lo que sea que eso signifique!) y la cantidad de interferencia variará en diferentes frecuencias, o si se mueve un poco,
Re, "¿no hay realmente una diferencia práctica entre digital y analógico?" Puedes construir un sistema analógico realmente excelente, o puedes construir uno realmente malo. Lo mismo ocurre con lo digital. A medida que la tecnología se acerca al extremo "realmente excelente" del espectro, se vuelve más y más difícil, eventualmente imposible, para los oídos humanos distinguirlos. En el extremo realmente malo del espectro, es muy fácil distinguirlos porque las diferentes tecnologías introducen diferentes tipos de defectos en la señal.

Respuestas (1)

En cuanto al primer párrafo, si está preguntando cómo procesa el sonido el sistema oído-cerebro, la respuesta es que es complicado y no se comprende del todo, y ni los modelos simples en el dominio del tiempo ni los modelos simples en el dominio de la frecuencia pueden explicar todos los datos.

No tengo tan claro lo que estás preguntando en el segundo párrafo. La cóclea no puede responder a frecuencias superiores a unos 20 kHz, por lo que, básicamente, colocar un filtro de paso bajo allí no tiene ningún efecto audible, excepto en el sentido de que no existe un filtro de paso bajo que tenga un perfectamente respuesta plana por debajo del corte.

Si los armónicos sumados crean la forma de onda que escuchamos, que seguramente tendrá elementos de frecuencia fundamental principalmente y luego los armónicos, entonces seguramente los armónicos por encima de 20 khz afectarán la forma de onda de la suma, por lo tanto, una grabación con "menos" contenido armónico será menor. ¿fiel?
@MattSmallwood, una grabación con menos contenido armónico, pero eso no significa que un oído humano pueda notar la diferencia.
@The Photon, seguramente eso significa que escuchamos ondas de sonido casi como armónicos individuales, por lo cual nuestro cerebro construye el sonido general a través de la "interferencia" de los armónicos. Entonces, un perro con un rango de audición más alto literalmente escuchará un sonido como un tono diferente debido a los armónicos más altos que no pudimos escuchar, ¿eso agrega detalles?
@MattSmallwood, sí, según tengo entendido, diferentes estructuras en nuestro oído responden a diferentes bandas de frecuencia. Ninguna estructura captura la forma de onda en el dominio del tiempo. Pero como dice esta respuesta, es "complicado y no completamente entendido" cómo nuestro cerebro interpreta los datos del oído para proporcionar la percepción del sonido.
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