Бит (акустика)

Диаграмма частоты ударов

В акустике ритм — это интерференционная картина между двумя звуками слегка разных частот , воспринимаемая как периодическое изменение громкости , скорость которого равна разнице двух частот.

С помощью настроечных инструментов, которые могут воспроизводить устойчивые звуки, можно легко распознать ритмы. Настройка двух тонов в унисон даст своеобразный эффект: когда два тона близки по высоте, но не идентичны, разница в частоте порождает биение. Громкость меняется, как в тремоло , поскольку звуки попеременно мешают конструктивно и деструктивно. По мере того, как два тона постепенно приближаются к унисону, ритм замедляется и может стать настолько медленным, что станет незаметным. По мере того, как эти два тона становятся все дальше друг от друга, их частота биений начинает приближаться к диапазону восприятия высоты звука человеком. биение начинает звучать как нота, и комбинированный тон получается .

Математика и физика битовых тонов

Сумма (синяя) двух синусоидальных волн (красная и зеленая) отображается по мере увеличения частоты одной из волн. Две волны изначально идентичны, затем частота зеленой волны постепенно увеличивается на 25%. Можно увидеть конструктивное и деструктивное вмешательство.

Это явление наиболее известно в акустике или музыке, хотя его можно обнаружить в любой линейной системе:

«По закону суперпозиции два звука, звучащие одновременно, накладываются очень простым способом: складывают их амплитуды».

Если нарисовать график, показывающий функцию, соответствующую общему звучанию двух струн , можно увидеть, что максимумы и минимумы больше не являются постоянными (как при игре чистой ноты), а меняются со временем: когда две волны почти на 180 градусов сдвиг по фазе , максимумы одной волны нейтрализуют минимумы другой, тогда как, когда они почти совпадают по фазе, их максимумы суммируются, увеличивая воспринимаемую громкость.

Можно доказать (с помощью тригонометрического тождества суммы и произведения ), что сумма двух с единичной амплитудой синусоидальных волн может быть выражена как несущая волна с частотой ⁠ f ₁ + f _2/2 ​ ⁠ которого амплитуда модулируется огибающей волной частоты ⁠ ж ₁ - ж _2/2 ​ ⁠ : ​

$\cos(2\pi f_{1}t)+\cos(2\pi f_{2}t)}={2\;\underbrace {\cos \left(2\pi {\frac {f_{1}+f_{2}}{2}}t\right)} _{\text{carrier}}\;\underbrace {\cos \left(2\pi {\frac {f_{1}-f_{2}}{2}}t\right)} _{\text{envelope}}$

Поскольку все остальные импульсы в шаблоне модуляции инвертируются, каждый пик заменяется минимумом и наоборот. Огибающая воспринимается как имеющая в два раза большую частоту модулирующего косинуса, что означает, что слышимая частота биений (если она находится в слышимом диапазоне):

$f_{\text{beat}}=f_{1}-f_{2}\,.$

Продолжительность: 6 секунд. 0:06 A 110 Гц Синусоидальная волна (пурпурный; первые 2 секунды), синусоида 104 Гц G ♯ (голубая; следующие 2 секунды), их сумма (синяя; последние 2 секунды) и соответствующая огибающая (красная)

Бинауральные ритмы

Бинауральные ритмы

Продолжительность: 10 секунд. 0:10

Чтобы ощутить восприятие бинауральных ритмов, лучше всего слушать этот файл в наушниках на умеренной или слабой громкости — звук должен быть легко слышен, но не громким. Кажется, что звук пульсирует только тогда, когда его слышно через оба наушника. Продолжительность времени 10 секунд

Продолжительность: 9 минут 2 секунды. 9:02

Бинауральные ритмы Базовый тон 200 Гц, частота биений от 7 Гц до 12,9 Гц. Продолжительность 9 минут.

Бинауральный ритм — это слуховая иллюзия , воспринимаемая чистого тона , когда две разные синусоидальные волны с разницей между ними менее 40 Гц или около того подаются слушателю дихотически (по одной через каждое ухо ).

Например, если чистый тон 530 Гц подается в правое ухо субъекта, а чистый тон 520 Гц — в левое ухо субъекта, слушатель услышит биение с частотой 10 Гц, как если бы эти два тона были представлено моноурально, но избиение также будет иметь элемент бокового движения.

Восприятие бинауральных ритмов происходит в нижних холмиках среднего мозга и верхнем оливковом комплексе ствола мозга , где слуховые сигналы от каждого уха интегрируются и вызывают электрические импульсы по нервным путям через ретикулярную формацию вверх по среднему мозгу к таламусу , слуховой коре , и других областях коры.

Согласно систематическому обзору 2023 года, в исследованиях изучались некоторые из заявленных положительных эффектов в области когнитивной обработки, аффективных состояний (например, тревоги), настроения, восприятия боли, медитации и релаксации, блуждания ума, творчества, но методы не были сопоставимы. и результаты были неубедительными.

Использование

Музыканты обычно объективно используют интерференционные ритмы для проверки настройки в унисон , идеальную пятую часть или другие простые гармонические интервалы. Настройщики фортепиано и органа используют метод, включающий подсчет долей, стремясь к определенному числу в течение определенного интервала.

Композитор . Элвин Люсье написал множество произведений, в которых основное внимание уделяется интерференционным битам Итальянский композитор Джачинто Счелси , стиль которого основан на микротональных колебаниях унисонов, широко исследовал текстурные эффекты интерференционных битов, особенно в своих поздних произведениях, таких как скрипичные соло Xnoybis (1964) и L'âme ailée / L'âme ouverte (1973). ), в которых они выделяются (Счелси рассматривал и отмечал каждую струну инструмента как отдельную партию, так что его скрипичные соло фактически представляют собой квартеты из однострунных инструментов, где разные струны скрипки могут одновременно играть одну и ту же ноту с микротональными сдвигами , так что создаются интерференционные картины). Музыка композитора Фила Ниблока целиком основана на биении, вызванном микротональными различиями. Компьютерный инженер Тосо Панковски изобрел метод, основанный на избиении слуховых помех, для проверки участников онлайн-аудиальных исследований на наличие наушников и дихотического контекста (независимо от того, смешаны ли стереоканалы или полностью разделены).

Радиолюбители используют термины «нулевое биение» или «нулевое биение» для точной настройки на желаемую частоту несущей волны путем ручного уменьшения количества помех. по сути тот же процесс настройки, который используют музыканты.

См. также

• Автономная реакция сенсорного меридиана (АСМР)
• Созвучие и диссонанс
• Гамелан тюнинг
• Гетеродин
• Муаровый узор — форма пространственной интерференции, генерирующая новые частоты.
• Музыка и сон
• Небесный Голос

Дальнейшее чтение

• Таут, Майкл Х. (2005). Ритм, музыка и мозг: научные основы и клиническое применение (1-е изд. в мягкой обложке). Нью-Йорк: Рутледж. ISBN  978-0415973700 .
• Бергер, Джонатан; Туроу, Гейб, ред. (2011). Музыка, наука и ритмичный мозг: культурные и клинические последствия . Рутледж. ISBN  978-0415890595 .

Внешние ссылки

• Учебные материалы, связанные с битом (акустикой), в Викиверситете
• Javascript-апплет , Массачусетский технологический институт
• Акустика и вибрационная анимация , Д.А. Рассел, Университет штата Пенсильвания
• Java-апплет, показывающий образование биений за счет интерференции двух волн немного разных частот.
• Кривые Лиссажу: интерактивное моделирование графических представлений музыкальных интервалов, ударов, интерференции, вибрирующих струн.
• Фейнмановские лекции по физике Vol. Я Ч. 48: Биты