¿Por qué los humanos no perciben las ondas sonoras con el doble de la frecuencia que tienen?

Estaba leyendo sobre cómo funcionan los ritmos acústicos.

Si combinamos dos ondas con frecuencias F 1 y F 2 y unidad de amplitud, su combinación es

A = porque ⁡ ( 2 π F 1 X ) + porque ⁡ ( 2 π F 2 X ) = 2 porque ⁡ ( 2 π F 1 − F 2 2 X ) porque ⁡ ( 2 π F 1 + F 2 2 X ) .

Según "Beat (acústica)" , Wikipedia:

Debido a que el oído humano no es sensible a la fase de un sonido, solo se escucha su amplitud o intensidad, solo se escucha la magnitud de la envolvente.

Entonces, obviamente, la frecuencia del pulso es el doble de la envolvente (ya que la estás elevando al cuadrado) y obtienes

F derrotar = F 1 − F 2
y no la mitad de eso.

Ahora considere una onda de coseno regular A = porque ⁡ ( 2 π F T ) con frecuencia F T . Tomando la magnitud (como dice Wikipedia, es decir, elevando al cuadrado A ) le da una frecuencia audible de 2 F T ... entonces, ¿las personas escuchan frecuencias del doble de lo que son en su onda de amplitud?

EDITAR: La respuesta es que SÍ percibimos el doble de la frecuencia: una onda de sonido que definimos con una frecuencia f estimulará nuestros oídos con el doble de esa frecuencia.

Esta frecuencia f es solo un nombre conveniente que le damos a las ondas que hacen nuestras máquinas. Esto no molesta a nadie, ya que la gente no puede oír en cámara lenta y, por ejemplo, contar 200 'ticks' por segundo cuando se reproduce una onda de 100 Hz.

Si lo hicieran, ¿cómo podrías medirlo?
Si los humanos siempre los percibieron como dobles; nunca se darían cuenta de que están escuchando el doble de lo que deberían escuchar. Este es el mismo principio de cómo nuestros ojos funcionan como una cámara oscura (que inherentemente invierte la imagen), pero los humanos corrigen automáticamente su percepción para que el mundo no se vea al revés.
No "escuchamos" frecuencias. Percibimos algo cercano a una transformada logarítmica de Fourier de lo que se mueve en nuestros oídos, procesado e interpretado por nuestros cerebros.
@ThePhoton Probablemente la similitud de esta pregunta con la antigua, "¿Es tu azul el mismo que mi azul?"

Respuestas (5)

Los humanos escuchan la señal perceptiva correcta para una onda de sonido de esa frecuencia.

Realmente no podemos decir mucho más que eso. La psicología de la acústica es muy complicada y podría llenar volúmenes.

Está más cerca de decir que tenemos células que actúan de manera resonante a una frecuencia específica. Nuestro cerebro identifica qué células están resonando en cualquier momento y construye la señal a partir de eso. Nuestros cerebros reciben información de que la célula A o la célula B están enviando señales. La asociación entre esas señales neuronales y frecuencias es una respuesta aprendida que captamos desde el principio, como un bebé o tal vez incluso en el útero.

Sí. Las frecuencias se asignan a diferentes distancias en la cóclea. Solo para bajas frecuencias existe una relación entre los potenciales de acción y la fase de la onda. Esto juega un papel en la detección de dirección binaural.
Ok, ahora entiendo que el sonido es realmente subjetivo a cómo lo perciben nuestras células. Todavía estoy un poco confundido: sé que los humanos escuchamos ondas de sonido cuando hay compresiones y expansiones en nuestros oídos, y no podemos notar la diferencia entre los dos. Una onda de sonido de frecuencia 1 onda por segundo se define como una onda sinusoidal de pico/mínimo (o una compresión y luego una expansión en un segundo). Pero dado que no podemos distinguir la diferencia entre compresión y expansión, ¿nuestros oídos no sentirán que esta onda de frecuencia "1" ocurre dos veces por segundo (es decir, una frecuencia real de "2" señales por segundo)
@MondoDuke Una onda sinusoidal de 100 Hz provoca movimientos de la membrana basilar en una posición diferente a una onda sinusoidal de 200 Hz. Se estimulan diferentes células ciliadas, diferentes "hilos" en el nervio auditivo comienzan a activarse. (Pero si quieres experimentar algo extraño, escucha con auriculares ritmos binaurales).
No "percibimos" cada ciclo de la forma en que lo piensas. Una fibra nerviosa que se utiliza para detectar 2kHz no dispara el doble de rápido que una fibra nerviosa que se utiliza para detectar 1kHz. Ambas fibras transmiten algo más parecido a "aquí está la cantidad de energía que hay donde están mis células", y las células están estructuradas para hacer una especie de transformada de Fourier.
Sin embargo, ¿no son los ritmos diferentes a los tonos? ¿No es esto lo que pregunta el OP?
@MondoDuke Estoy tratando de entender tu confusión. ¿Estás preguntando que, si los picos son indistinguibles de los valles, entonces por qué escuchamos la frecuencia como un período completo de una onda, en lugar de medio período?
+1 para "psicología de la acústica... podría llenar volúmenes"
@CortAmmon Esa es una declaración demasiado fuerte para hacerla. Hay otra teoría de la audición, la teoría temporal , donde las neuronas realmente registran la frecuencia directamente. Tengo la impresión de que ni la teoría temporal ni la suya (llamada teoría del "lugar") pueden explicar todas las observaciones; el proceso real y complicado de escuchar podría usar ambos.
@knzhou Fascinante. Dije que la teoría detrás de cómo escuchamos puede tomar mucho volumen. Me acabas de dar otro volumen completo para aprender =D
Esto no me parece bien. Para las ondas de presión que tienen una frecuencia lo suficientemente alta como para que las escuchemos como notas de volumen constante, sí, el mecanismo de asignación de la frecuencia al tono percibido es muy complicado. Pero, ¿no son modulaciones de amplitud de los latidos que son lo suficientemente lentas como para que podamos percibir directamente la amplitud de la envolvente (es decir, el volumen) cambiando durante períodos de tiempo perceptibles por humanos? Así que es un mecanismo de procesamiento auditivo totalmente diferente, y creo que mucho más sencillo, en el que un humano podría medir directamente la frecuencia con un cronómetro.

Entonces, obviamente, la frecuencia audible es el doble de la envolvente.

Lo siento, eso está mal. Si toca dos tonos (digamos 440 Hz y 267 Hz), simplemente escucha dos tonos en dos frecuencias diferentes y tiene dos excitaciones en diferentes puntos de la membrana basilar y dos conjuntos diferentes de nervios que se activan. No escuchas la envolvente en absoluto, solo suenan como dos tonos de estado estable.

Los "golpes" solo ocurren cuando tienes dos frecuencias que están MUY juntas, digamos 237 Hz y 238 Hz. En este caso, su oído ya no puede resolver la diferencia de frecuencia, pero escucha un solo tono a 237,5 Hz que está modulado en amplitud a 1 Hz.

Tomar la magnitud (como dice wikipedia, es decir, elevando al cuadrado A) te da una frecuencia audible de 2fT

No. Puede elevar al cuadrado la amplitud para estimar la potencia o la energía, pero no existe ningún mecanismo que eleve al cuadrado la forma de onda real. Si toca 100 Hz, escucha 100 Hz, eso es todo.

Aunque, las ondas sinusoidales aparentes trazadas por la envolvente tienen 1/2 Hz. Ejemplo
Esa es una declaración demasiado fuerte para hacer. Hay otra teoría de la audición, la teoría temporal , donde las neuronas realmente registran la frecuencia directamente. Tengo la impresión de que ni la teoría temporal ni la suya (llamada teoría del "lugar") pueden explicar todas las observaciones; el proceso real y complicado de escuchar podría usar ambos.

La percepción humana de una onda en frecuencia. F es la percepción humana de una onda a la frecuencia F . No hay qualia "objetivos" para la frecuencia F aparte de lo que la gente percibe, por lo que no tiene sentido preguntar si la gente, cuando oye F , percibir 2 F ; no tiene sentido "percibir 2 F que no sea "experimentar los qualia asociados con 2 F ", y claramente cuando alguien escucha F , experimentan ese qualia asociado con F , no 2 F .

El oído humano es básicamente un dispositivo para detectar componentes de la transformada de Fourier del sonido. La razón que F 2 − F 1 domina con beats es que si F 2 + F 1 es lo suficientemente alto, entonces el F 2 − F 1 componente no se verá significativamente afectado al multiplicar por un F 2 + F 1 ola.

Esto es cierto para la percepción del tono de una señal de amplitud constante. Pero no es cierto para los latidos, que funcionan a través de un mecanismo muy diferente. Con los latidos, diriges la modulación en la amplitud de la envolvente, no la oscilación de fase. Y esta modulación se produce en escalas de tiempo lo suficientemente lentas como para poder medirla directamente, por ejemplo, con un cronómetro. Escuchas los latidos como una oscilación periódica en volumen , no como un tono.

Tu intuición es correcta. Parece que te has perdido esta declaración en el mismo artículo de Wikipedia que confirma lo que estás preguntando:

Por lo tanto, subjetivamente, la frecuencia de la envolvente parece tener el doble de la frecuencia del coseno modulador, lo que significa que la frecuencia del latido audible es:

F derrotar = F 1 − F 2

Básicamente, la longitud de onda de un latido, en lo que respecta a la audición, es la duración entre máximos de amplitud sucesivos, y no la onda coseno moduladora abstracta que tiene el doble de esa longitud.

Creo que ambos dijimos las mismas cosas jajaja. en otras palabras, estamos en la misma onda

El oído humano solo es sensible a la amplitud en el sentido de que no se puede diferenciar s i norte ( t ) y s i norte ( t + ϕ ) . No significa que no puedas distinguir s i norte ( t ) y s i norte 2 ( t ) : este último se escuchará como el doble de la frecuencia a la mitad del volumen.

@Jasper, creo que quiso decir sensible a la amplitud y la frecuencia, pero no a la fase (como sugiere el resto de la oración).
¿Por qué los humanos no perciben las ondas sonoras con el doble de la frecuencia que tienen?
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