Звуковые иллюзии, которые работают на всех (почти) [Veritasium]
[музыка] Послушайте два звука и скажите, какой из них выше: вот звук А, вот звук Б. Как по мне, первое определённо выше.
Что неверно, ведь частота волны у него 100 Гц, а у Б те же 100 Гц, но плюсом к этому 150 и 200. Получается, мы добавили более высокие частоты, а звук получился ниже. Как так вышло?
Мне кажется, бытует представление о том, что мы просто улавливаем вибрации в окружающем пространстве в диапазоне примерно от 20 до 20.000 Гц. Но наш слух гораздо интереснее! В этом видео мы рассмотрим несколько аудиоиллюзий, которые продемонстрируют, как он работает на самом деле.
Большинство эффектов хорошо слышно с телефона или динамиков ноутбука. Но если есть наушники, советую их надеть, чтобы оценить эффект во всей [музыка] [аплодисменты] [музыка] полноте.
Вам как будто всем телом играть приходится. Да, именно так! Этот орган располагается в Старой сиднейской ратуше в 1890 году. В год установки он считался самым большим в мире. Раньше я об этом не знал, но предполагается, что орган должен звучать так, как будто множество инструментов играют одновременно. Органы — это как будто оркестр из одного [аплодисменты] человека.
Похоже на флейту. Да, похожий звук! А вот это… Сравните с трубой, а вот [музыка] [аплодисменты] [музыка] гобой. Думаю, хорошо слышно тембры разных инструментов. Если хотите, можем заглянуть внутрь, прямо зайти!
Да, давайте! Да! В органе множество труб, они способны издавать звуки, соответствующие тому, как на разных инструментах звучат разные ноты. В этом органе 8000 труб! А зачем так много? Чтобы создать набор всех звуков оркестра.
Снаружи видна лишь небольшая часть инструмента. Только посмотрите, сколько тут всего! Запрятанном металлический звук, а вот эти деревянные звучат более глубоко, больше похожи на флейту.
То есть это как будто клавиатура? Да, по сути, так и есть. Такая раскладка клавиш [музыка]. Отличное интересное положение для игры, когда одновременно вибрируют две трубы одинаковой длины. Они обе играют одну ноту, обе выдают одинаковую основную частоту.
Это самая низкая частота и, как правило, самая громкая. Но две трубы из разных материалов издают разный звук, и тогда мы различим звучание двух разных инструментов. Дело в том, что из каждой будет исходить свой набор более высоких частот.
Они называются артоны, они тише основных частот, и мы их не различаем, но они придают звуку окраску. Это называют тембром, по тембру мы отличаемся [музыка].
Бетоны музыкальных инструментов — это целые кратные основной частоты. Их называют гармоника. Если вот это основная нота, так то вместе с ней мы услышим вот [музыка] что, и все эти ноты как бы окажутся внутри основной.
Когда надо сыграть очень низкие ноты, орган ратуши Сид — один из всего лишь двух инструментов в мире, в которых установлена труба длиной 64 фута. Она настолько велика, что её пришлось загнуть.
А где она? На неё можно посмотреть? Это вопрос, на который у меня нет ответа. Она точно где-то здесь. А вот какой-то громадный кусок дерева! Да, может, это она и есть.
Эта труба издаёт звук частотой 8 Гц. Чувствуем звук, чем слышим. Определённо самая низкая частота для большинства органов — это 16 Гц. Почти на пределе человеческого слуха, её производит труба длиной 32 фута.
И даже она для многих инструментов слишком большая и дорогая. А где двухфутовый? Ну вон там, спереди. Да, они расположены спереди! Вот, например, это 32 фута, то есть почти 10 метров. Если задуматься, на такой высоте довольно страшно.
В X веке в Европе жил популярный органист Георг Йозеф Фоглер. Он хотел объехать с выступлениями весь континент, но для этого нужен был портативный орган, который можно было брать с собой, возить по разным странам. Трубы по 10 метров ради одной ноты сложновато!
Как же ему было добиться нужных низких частот, которые придают органу особое звучание? Фоглер понял, что если играть Гц на более коротких трубках, человеческий мозг воспримет нужный основной звук.
Можно попросить вас так сыграть, чтобы послушать? Да, конечно! Квинта — это самый распространённый дополнительный регистр. Квинту добавляют к футу металлической трубе, и в результате слышится более низкий звук.
Вот э труба сама по себе, понятно, добавилась более высокая частота. А я не слышу, чтобы звук шёл вверх! Квинта звучит выше. А мне кажется, что звук низкий. Да в том и суть!
В начале видео проигрывали два звука: один на частоте 100 Гц, а второй состоял из гармоник 50 Гц. То есть вы слышали вот эту основную частоту, хотя её там даже не было. Зато более высокие частоты звучат ниже, чем более низкие, если это гармоники ещё более низкой ноты.
Но, возможно, это не так уж и странно. Если рассмотреть волны гармоник, мы увидим, что более высокие частоты меняют период звука. Он удлиняется и, в итоге, совпадает с периодом основного тона. Если попробовать воссоздать некоторые из гармоник, то проявится больше баса в самом звуке.
Если сыграть гармоники, то можно услышать основной звук, даже если он полностью отсутствует. Да, всё именно так! Итак, если совместить ноты определённых частот, появится тон, который на самом деле вообще не звучит. Но есть кое-что [музыка].
Позатекс КЗ ощущение, что она и сама взбирается, и взбирается, и взбирается наверх бесконечно, как и сама лестница. Это так называемый тон Шепарда. Вот как он звучит [музыка].
Отдельно бесконечно восходящий тон быть не может, потому что у человеческого слуха есть предел 20.000 Гц. Но звук не замолкает и как будто никогда не прекращает подниматься.
Вся хитрость в том, что это не одна нота. Одновременно звучат несколько частот, разделённых октавами. Каждая частота увеличивается, но вместе с тем меняется и громкость. Высокие ноты звучат всё тише, а более низкий выступает на первый план.
Когда высокие ноты окончательно стихают, добавляются новые низкие ноты. Отсюда и берётся иллюзия, что звук вечно поднимается. Получается и такая аудиоверсия "Барбер-пола". Тон Шепарда может вызвать определённый эмоциональный или физический отклик.
В исследованиях ушедшего года выяснили, что, послушав эти звуки, люди испытывают беспокойство и тревогу. Может быть, поэтому в сцене бомбардировки в фильме "Дюнкерк" играет как раз тон Шепарда. Надеюсь, не будет слишком неприятно! Попробуйте узнать, какая известная мелодия зашифрована. Все ноты остались прежними, но их распределили по двум разным [музыка] октава.
Ну что, узнали песню? Вот она же, но в привычном варианте. Теперь попробуйте её раз [музыка].
Интересно, что когда я слушал перемешанный раз, мелодия легко узнавалась. Хотя с первого раза я ничего не понял. Мозг способен отыскивать закономерности и в рядах случайных звуков.
Вот иллюзия фантомных слов, которые представила докторша Поба. Даже написать результат в комментариях. Когда в одном наушнике раздаётся какое-то слово, во втором в тот же момент звучит другое.
По мнению Дианы Дойч, поскольку звуковые сигналы смешиваются, человек получает множество звуков на выбор, и мы сами составляем из них слова. Многое что мы слышим зависит не от звука, а от того, как мы его обрабатываем.
Доктор Дойч заметила, что если включить запись ближе к экзамену, студентам слышалось что-то вроде "Я тупой, я устал, нет времени". А ещё мозг можно подтолкнуть в нужную сторону и услышать то, что хочется, например, с помощью текста.
Вот известная кричалка футбольных фанатов, что прочитали на экране. Такие сочетания называют мандегрины. Название закрепилось по неправильному восприятию строчки стихотворения "Там для некоторых были убиты Граф Амури" и загадочная "О, леди Мондегрин", хотя на самом деле граф погиб один, а затем его убийцы уложили его на траву.
Иногда мандегрины появляются из-за неверного разделения слов. Так, например, из "пули саровской премии" можно получить "цыпочки сюрприз" или что-то вроде. Правильно распознавать слова нам помогает знание диалекта.
Так фанат из Британии узнает известную кричалку "Какое позорище!", а вот американец может этого и не услышать. Но удивительнее, что на то, что мы слышим, могут влиять и неочевидные визуальные подсказки.
Что я здесь произношу? Если вы услышали "р Медведь", то всё правильно! А какое слово я говорю здесь? Готов поспорить, вы услышали "фр честно", но если перемотать и послушать не глядя на экран, то поймёте, что аудио одно и то же.
Мы изменили только видео с движением рта. И я докажу сейчас: на экране появятся оба видео, а то, какое слово вы услышите, будет зависеть от того, куда смотрите.
То, что мы видим, влияет на то, что слышим. И наоборот, если смотреть на шарики без звука, кажется, что они летят каждый в свою сторону. Но если добавить в нужный момент стук, то мы увидим, что они отскакивают друг от друга.
То, что мы видим, и то, что слышим, неразрывно связано, потому что в реальном мире чувства дополняют и корректируют друг друга. Но что, если нет никакой визуальной опоры?
Авиадиспетчеры, которые общались с пилотами, сажали в общее помещение, и, к сожалению, сообщения от всех пилотов выводились через одну и ту же колонку. Голоса накладывались, и из-за этого отдельно разобрать было сложно. Это ещё называют эффектом коктейльной вечеринки, когда из общего шума приходится выхватывать один голос.
Справиться с этой задачей могут многие, но из всех разговоров выбираем среди них только определённый звуковой рисунок. На пути до наших ушей волны сплетаются, значит, распутать их будет не так уж и просто.
Если знаете английский, попробуйте разобрать, кто говорит о рейсе. Мне кажется, это довольно сложно.
Но если сначала проиграть именно этот голос, то сделать проще. Если у вас получилось, то вам помогла способность по контексту и построению предложений угадывать, какие слова прозвучат дальше.
Есть другой способ сосредоточиться на отдельном голосе — определить, откуда исходит звук. Послушайте ещё раз и обратите внимание на пилота, который говорит из левого наушника.
На вечеринке вы можете сосредоточиться на разговоре с другом, если перестанете обращать внимание на звуки от других источников. Как только исследователи это поняли, они настояли на том, чтобы пилотов выводили на колонки, расположенные в разных частях помещения.
Так диспетчерам стало проще вовремя реагировать на запросы своего [музыка] пилота. Как мы определяем, откуда исходит звук? Я надену, а моя жена будет ходить вокруг меня и хлопать то тут, то там, а я попробую указать, где она находится.
Посмотрим, что будет! Обычно люди угадывают источник звука с точностью до пары градусов. Определить место помогают четыре параметра.
Ну, как во-первых, громкость: звук справа будет громче для правого уха, чем для левого, перед которым есть своего рода преграда — голова. Второй фактор: та же преграда сильнее заглушает высокие частоты, чем низкие.
Представьте, что у ваших соседей вечеринка. Вы не разберёте текст песни, но вот басы будет слышно, потому что низкие частоты лучше преодолевают расстояния и препятствия. Третье — задержка: звук проходит сквозь голову за половину миллисекунды, поэтому одним ухом мы слышим его раньше, чем другим.
Послушайте сигнал из левого наушника, теперь и справа. Если паузу между ними сделать меньше, сигналы перестанут звучать как два звука и получится один звук, который раздаётся слева.
Последний признак, по которому мы ищем источник звука, — это точка цикла волны, которой она дошла до уха, или фаза волны. Её максимум или минимум. Волна доходит в одной фазе, а до второго — в другой.
Немного сложнее, если источник звука расположен строго перед вами, позади или в вертикальной плоскости, которую можно провести через центр головы. Тогда расстояние от источника до уши одинаковое, и перечисленные признаки не очень помогают.
У усов, например, это компенсируется тем, что уши асимметричны: левая у них расположена ниже, чем правая. И звук, скажем, снизу в левом ухе оказывается громче.
У людей уши обычно на одинаковом уровне, но важна их форма. Пора обратить внимание на внешнюю часть уха, собственно на то, что мы понимаем под ухом. Но вообще это называется ушная раковина.
В зависимости от расположения источника и частоты звуки по-разному отражаются от впадины и выступов ушной раковины, а затем попадают на барабанную перепонку. И разные частоты при этом изменяются по-разному в зависимости от их местоположения.
Чтобы измерить эти изменения, исследователи помещали в уши испытуемых маленькие микрофончики. Они выяснили, что, например, звук с частотой 6000 Гц при источнике над человеком может усилиться на 10 дБ. А если разместить источник снизу, он настолько же ослабляется.
Точное число зависит от индивидуальных особенностей хряща в ухе. То есть каждый из нас по-своему воспринимает разные частоты, исходящие из разных точек. С течением времени мозг привыкает к тому, как звуки меняются на ушной раковине, и на основе этой информации мы определяем, где расположен источник звука.
Итак, у каждого своя индивидуальная форма ушной раковины. Что будет, если она поменяется? В 1998 году исследователи поместили добровольцам в уши небольшие вставки, которые имели форму раковины.
Данные поно из Иту реа находились источники звука — розовые точки. Попытки испытуемого их найти, а изогнутая решётка усреднённые значения догадок. На первом этапе без вставок в ушах добровольцы довольно неплохо угадывали, откуда идёт звук, а со вставками буквально посыпались.
Но с каждым днём испытуемые привыкали к новому восприятию звуков и стали успешнее определять место источника. То есть к таким изменениям мозг вполне способен адаптироваться.
Когда вставки убрали, участники эксперимента безо всяких сложностей вернулись к старому привычному слуху. К слову, оказалось, что форма ушной раковины так важна для восприятия звуков виртуальной реальности, что некоторые компании, например Apple и Sony, сканируют уши пользователей, чтобы создавать индивидуальное пространственное аудио.
Попытки освоить и усилить человеческую способность определять источник звука начались уже давно. В 1880 году профессор Альфред Р представил тоон для обнаружения кораблей в условиях тумана. Тоон состоял из двух подвижных слуховых конусов.
Меняя угол расстояния между ними, моряки определяли, откуда исходит звук корабельного гудка. К сожалению, устройство мало чем пригодилось, потому что звуковые волны взаимодействуют с туманом. Но во времена Первой мировой стало очень важно обнаруживать приближающиеся бомбардировщики.
Тогда были разработаны звуковые зека, которые в основном зеркала координировали друг с другом и засекали вражеские самолёты на 15 минут раньше. Но самолёты стали быстрее, отражатели потеряли эффективность, а с изобретением радаров о причудливом устройстве вовсе забыли.
Но пусть технология устарела, конструкция не потеряла актуальности. Специалисты по радарам применили ту самую идею координации станции, которая разрабатывалась для звуковых отражателей. Связанные между собой станции стали неотъемлемой частью обороны в битве за Британию. [музыка]
Это вокса Ангелика, так называемый Небесный регистр. Когда две трубы немного расходятся по звуку, он начинает слегка пульсировать.
Сейчас заиграют чистые тоны, чтобы вам было лучше слышно. Вот волна частотой 261 Гц. А вот волна 263 Гц. Если они зазвучат одновременно, начнётся интерференция компрессионных и рефрактор волн. Иногда они сходятся в максимумах, и звук получается громче. Иногда максимум приходится на минимум, и звук смолкает.
Частоты отличаются на 2 Герца, поэтому раз в секунду дважды можно услышать более громкую ноту. Такой вот эффект биения. Сейчас их должно быть хорошо слышно. Это довольно очевидно.
Но что произойдёт, если волна частотой 261 Гц будет попадать в одно ухо, а в другое — волна частотой 263 Гц? Что вы слышите? Эти два звука не взаимодействовали друг с другом, но пульсация всё равно есть. Правда, нейроны в мозге срабатывают с частотой, совпадающей с разницей в фазах. Отсюда эффект пульсации.
Когда такое случается, это называют бинауральным. О них кое-кто на Ютюбе даже уверен, что они улучшают концентрацию и память. Но судя по исследованию 2020 года, ничего определённого сказать нельзя, и нужны более точные стандартизированные методы проверки.
Звуковые иллюзии говорят совсем не о том, что наш слух несовершенен. Этот мир — место шумное, человеческий мозг работает множеством способов снять двусмысленности. Лакуны мы заполняем на основе опыта и ожиданий.
Если бы мы этого не делали, коктейльная вечеринка всегда оставалась бы для нас неразборчивой какофонией. Демонстрируют, где восприятие нас подводит, но система при этом работает вполне неплохо.
Переведено и озвучено студией Верт Дайдер.