Észlelés: Hogyan alakul ki a hallgatás
Az emberi fül nem egyszerűen úgy érzékeli a mechanikai rezgéseket, mint egy mikrofon átalakítója. Összenyomja a dinamikatartományokat, biológiai szalagok mentén bontja szét a frekvenciaspektrumokat, és zajos környezetből koherens hangobjektumokat épít fel.
Az alaphártya mint biológiai spektrumanalizátor
A csigában nagyjából 16 000–20 000 szőrsejt helyezkedik el az alaphártyán. Ez a szerkezet fizikai merevsége és szélessége mentén változik, 32 milliméteres spirálja mentén. A magas frekvenciájú hangok (egészséges fiatalokban akár 20 000 Hz) maximális kitérést okoznak az ovális ablakhoz legközelebb eső, keskeny, merev alapnál. Az alacsony frekvenciák (akár 20 Hz-ig) egészen a rugalmas, szélesebb csúcsig, a helicotremáig terjednek.
Amikor a belső szőrsejteken lévő sztereocíliumok a fedőhártyának hajlanak, mechanikusan nyitott ioncsatornák nyílnak meg, káliumot és kalciumot szabadítva fel. Ez depolarizálja a sejtet, és akciós potenciálokat hoz létre a hallóidegben (VIII. agyideg). Az agy egy eredendően térben tagolt tonotópiás kódot kap: az, hogy melyik axon tüzel, közvetlenül megfelel a hallott frekvenciának.
„A hallás a leggyorsabb érzékszervi módszerünk. Míg a látás kortikális felismeréséhez nagyjából 20–40 milliszekundumra van szükség, az elsődleges hallójelek 3 milliszekundumon belül érik el az agytörzset.”
— Auditory Neuroscience, Schnupp, Nelken & KingAz egyenlő hangosság és a Fletcher–Munson-görbék
Az emberi hallásérzékenység a frekvenciától függően nemlineáris. Harvey Fletcher és Wilden A. Munson először 1933-ban írta le; az egyenlő hangossági görbék (ma ISO 226:2003 szabvány szerint) azt mutatják, hogy fülünk különösen érzékeny 2000 Hz és 5000 Hz között – éppen abban a frekvenciasávban, amely az emberi mássalhangzók, például az /s/, /t/ és /k/ megkülönböztetéséhez szükséges.
ISO 226 érzékenységi eltérés alacsony amplitúdónál (40 phon)
Alacsony hallgatási szinten a mély basszus (100 Hz alatt) alig hallhatóvá válik, míg a középfrekvenciák tisztán maradnak. A lejátszási hangerő növelésével a görbe kiegyenesedik, ami megmagyarázza, miért szól a zene melegebben és kiegyensúlyozottabban nagyobb hangnyomásszinten.
Kritikus sávok és hallásmaszkolás
Az alaphártya átfedő sávszűrők sorozataként működik, amelyeket kritikus sávoknak nevezünk (Harvey Fletcher fogalmazta meg, Eberhard Zwicker finomította). Ha két különböző frekvencia ugyanabba a kritikus sávba esik (500 Hz alatt nagyjából 100 Hz széles, feljebb a középfrekvencia 20%-a), mechanikusan kölcsönhatásba lépnek, és szenzoros konszonanciát, disszonanciát vagy maszkolást hoznak létre.
Ha egy halk hegedűhang egy hangos oboahanggal szomszédos, pontosan ugyanabban a kritikus sávszélességben szólal meg, a hallóideg rostjai, amelyek abban a tartományban dolgoznak, a hangosabb hangtól telítődnek. A halkabb hang elfedődik, és soha nem érzékelhető, pedig fizikai akusztikus hulláma jelen volt a helyiségben.
Pszichoakusztikai illúziók: az agy következtető gépezete
Mivel az agy következtető motorként működik, szintetikus hangingerekkel is becsapható:
- A Shepard-hang: Oktávokkal elválasztott szinuszhullámok egymásra helyezése, amelyek felfelé mozognak, miközben a magas frekvenciákon simán elhalkulnak, a mélyebb tartományban pedig felerősödnek, végtelenül emelkedő hangmagasság illúzióját keltik.
- Binaurális lebegések: Ha külön fejhallgatón minden fülbe két, enyhén eltérő szinuszhangot juttatunk (pl. 400 Hz bal, 410 Hz jobb fülbe), a felső olivárius komplexum belsőleg 10 Hz-es fázismodulációt számít ki.
- Fantomalapharmonikusok: Amikor mobiltelefon-hangszórók olyan basszusvonalakat játszanak le, amelyeket fizikailag nem képesek 200 Hz alatt sugározni, a felső felharmonikusok becsapják a hallórendszert, és az nem létező basszushangmagasságot hallja.