Πως ο εγκέφαλός μας αντιλαμβάνεται τον ήχο;

Posted on 22/02/2013

0


Το μυστήριο για το πώς ο εγκέφαλός μας αντιλαμβάνεται τον ήχο ενισχύεται ύστερα από μια πρόσφατη ανακάλυψη: μια ομάδα μουσικών συνέτριψε το σχετικό με την αντίληψη του ήχου όριο, που έχει επιβληθεί από έναν διάσημο αλγόριθμο.

The superposition of several plane waves. The wave packet becomes increasingly localized with the addition of many waves. The Fourier transform is a mathematical operation that separates a wave packet into its individual plane waves

H υπέρθεση απλών κυματομορφών (αρμονικά κύματα) δίνει ένα κυματοπακέτο. Το κυματοπακέτο γίνεται περισσότερο εντοπισμένο στον χώρο καθώς προστίθενται συνεχώς απλές κυματομορφές. Ο μετασχηματισμός Fourier  αναλύει ένα κυματοπακέτο  στα αρμονικά κύματα που  το συνιστούν.

Ο γνωστός Μετασχηματισμός Fourier, που επινοήθηκε πριν από περίπου 200 χρόνια, είναι μια μαθηματική διαδικασία που διαχωρίζει ένα ηχητικό κύμα στις μεμονωμένες συχνότητες του. Είναι η πιο κοινή μέθοδος για την ψηφιοποίηση αναλογικών σημάτων, και κάποιοι πίστευαν ότι ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί τον ίδιο αλγόριθμο για να μετατρέψει την κακοφωνία και τους θορύβους που μας περιβάλλουν σε μεμονωμένους ήχους και φωνές.

Σύμφωνα με τη θεωρία των σειρών Fourier, μια περιοδική συνάρτηση f(t) μπορεί να εκφραστεί σαν γραμμικός συνδυασμός ημιτόνων και συνημιτόνων:
\displaystyle f(t)=a_0 + \sum_{k=1}^\infty (a_k \cos k 2 \pi f + b_k \sin k 2 \pi f)

Οι ερευνητές Jacob Oppenheim και Marcello Magnasco του Πανεπιστημίου Rockefeller της Νέας Υόρκης, έστρεψαν το ενδιαφέρον τους προς το όριο Gabor, ένα μέρος από τα μαθηματικά του Μετασχηματισμού Fourier, το οποίο επιτρέπει, κατά κάποιο τρόπο, τον προσδιορισμό της έντασης και της διάρκειας του ήχου. Όπως συμβαίνει, όμως, και με την αρχή της αβεβαιότητας της κβαντομηχανικής, με την επιλογή αυτή δεν μπορεί να προσδιοριστεί ταυτόχρονα και με ακρίβεια η συχνότητα και η διάρκεια ενός ήχου.

Στην έρευνα που έγινε στο Πανεπιστήμιο Rockefeller δώδεκα μουσικοί διαφορετικών ειδικοτήτων κλήθηκαν να διακρίνουν, μέσα από ειδικά τεστ, μικρές αλλαγές στην ένταση και τη διάρκεια ήχων την ίδια στιγμή.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι μουσικοί κατάφεραν να υπερβούν κατά πολύ τα γνωστά, έως τώρα, όρια αντίληψης του ήχου, γεγονός που αποδεικνύει ότι ο αλγόριθμος που χρησιμοποιεί ο εγκέφαλός μας για να αντιλαμβάνεται τον ήχο κρατά, ακόμα, καλά κρυμμένα τα μυστικά του.

Η κατανόηση της ανθρώπινης αντίληψης του ήχου θα μπορούσε να εμπνεύσει καλύτερα συστήματα ηχοεντοπισμού, ηχογράφησης και αναγνώρισης της ομιλίας.
ΠΗΓΗ: Γιώργος Καρουζάκης – thalesandfriends.org

Διαβάστε περισσότερα: ΕΔΩ: «Μusical brains smash audio algorithm limits» και  ΕΔΩ: «Ηuman hearing beats the Fourier uncertainty principle»

Ετικέτα: , , ,