Τι συμβαίνει και τι ακούμε

Η λέξη «ήχος» χρησιμοποιείται για να περιγράψει δύο διαφορετικά φαινόμενα :
•   Την ακουστική αίσθηση στο αυτί
•   Την διαταραχή ενός μέσου, η οποία μπορεί να προκαλέσει αύτη την αίσθηση.

Η επιστήμη του ήχου, η ακουστική,  συνιστά ένα πεδίο που περιλαμβάνει  αρχές της φυσικής, της μηχανικής, της ψυχολογίας , της μουσικής, της ιατρικής και άλλων επιστημών.

Τα ηχητικά κύματα διαδίδονται με τη βοήθεια ενός στερεού ή υγρού ή αερίου μέσου.   Η κίνηση ενός δονούμενου σώματος προς τα εμπρός πιέζει τον αέρα που βρίσκεται μπροστά από το σώμα και τον σπρώχνει ενώ η ίδια κίνηση δημιουργεί αραίωση του αέρα πίσω από το σώμα. Ο αέρας γύρω από το δονούμενο σώμα τίθεται σε κίνηση και έτσι δημιουργείται ένα ηχητικό κύμα. Ως τέτοιο μεταφέρει ενέργεια.

Μετρήσιμα μεγέθη
Η πλήρης περιγραφή μιας απλής αρμονικής κίνησης απαιτεί τη διατύπωση τριών παραμέτρων : της περιόδου της κίνησης, του πλάτους της ταλάντωσης και της αρχικής φάσης. Με αυτό τον τρόπο μπορεί να περιγραφεί και ένας σύνθετος ήχος ( όπως αυτός της κιθάρας) χάρη στην ανάλυση Fourier, σύμφωνα με την οποία κάθε σύνθετη κυματομορφή μπορεί να αναλυθεί σε μια σειρά ημιτονοειδών κυματομορφών με καθορισμένες συχνότητες, πλάτη και φάσεις. Κάθε κυματομορφή από τη σειρά, λέγεται συνιστώσα συχνότητας του σύνθετου ήχου ή αρμονική.

Η δομή ενός ήχου με τη βοήθεια των αρμονικών του συχνά παρουσιάζεται με το φάσμα του, δηλαδή ένα διάγραμμα του πλάτους ( ή της ενέργειας) ως προς τη συχνότητα. Η αρμονική δομή ενός ήχου εκφράζεται με τον αριθμό, την ένταση, τη διασπορά και τη διαφορά φάσης των συνιστωσών.

(για τις έννοιες πλάτος, φάσμα, κυματομορφή,αρμονική,συχνότητα και περίοδος σας παραπέμπω εδώ)

Η αντίληψη των μετρήσιμων φυσικών μεγεθών από τον άνθρωπο.
Ο τρόπος που αντιλαμβάνεται ένας άνθρωπος έναν τόνο ή ένα μουσικό διάστημα εξαρτάται από τα φυσικά και τα ψυχολογικά χαρακτηριστικά της μουσικής.

Τα ψυχολογικά χαρακτηριστικά της μουσικής διακρίνονται γενικά σε τονικά, δυναμικά και χρονικά. 

Τα δυναμικά αφορούν κυρίως στη στάθμη ακουστότητας και σχετίζονται με αυτό που οι μουσικοί ονομάζουν «δυναμικές». Η ακουστότητα είναι το χαρακτηριστικό εκείνο γνώρισμα που κάνει αντιληπτό έναν ήχο ως ισχυρό ή ασθενή. Πρόκειται δηλαδή για το μέγεθος της προκαλούμενης ακουστικής αίσθησης. Εξαρτάται από το πλάτος του κύματος, τη συχνότητα και το είδος του ήχου. Η στάθμη ακουστότητας ενός ήχου καθορίζεται ως η στάθμη πίεσης ενός προτύπου τόνου 1000Hz, όταν αυτός ηχεί εξίσου δυνατά με τον υπό εξέταση ήχο.

Τα τονικά ψυχολογικά χαρακτηριστικά ενός ήχου περιλαμβάνουν :
•   Το ύψος (pitch) που σχετίζεται με τη συχνότητα ενός απλού τόνου ή τη θεμελιώδη συχνότητα ενός σύνθετου τόνου
•   Τη χροιά ή ποιότητα που καθορίζεται από την αρμονική δομή του ήχου
•   Τη μελωδία
•   Την αρμονία ή την κακοφωνία που εξαρτώνται από την καθαρότητα, την ομαλότητα και το συνδυασμό ήχων.

Το μουσικό ύψος ενός τόνου είναι εκείνο το χαρακτηριστικό της ακουστικής αίσθησης, σύμφωνα με το οποίο οι ήχοι μπορούν να κατανεμηθούν σε μια κλίμακα  που τους περιγράφει από χαμηλούς ως ψηλούς
Η ικανότητα να διακρίνει κανείς δύο σχεδόν ίδια ακουστικά ερεθίσματα προσδιορίζεται από την «μόλις αντιληπτή διαφορά» τους (just noticeable difference, JND). Δύο ερεθίσματα θα θεωρηθούν ίδια αν η διαφορά τους είναι μικρότερη από τη jnd 
Η jnd για το μουσικό ύψος, έχει βρεθεί ότι εξαρτάται από τη συχνότητα, την ένταση και τη διάρκεια ενός τόνου, καθώς και από  τη μουσική εκπαίδευση του ακροατή. Στην περιοχή 1000-4000Hz, η jnd ισούται περίπου με το 1/12 του ημιτονίου.

Η χροιά ορίζεται ως το χαρακτηριστικό γνώρισμα ενός ήχου , που επιτρέπει σε έναν ακροατή να περιγράψει δύο ήχους με ίδια στάθμη ακουστότητας και ίδιο μουσικό ύψος ως διαφορετικούς.

Η έννοια της χροιάς σχετίζεται με εκείνα τα στοιχεία ενός μουσικού τόνου, που αν διαφοροποιηθούν δεν επηρεάζεται το μουσικό ύψος, η διάρκεια και η στάθμη ακουστότητας της νότας . Τέτοια στοιχεία είναι οι φασματικές συνιστώσες και ο τρόπος που αυτές μεταβάλουν τις συχνότητες και τα πλάτη τους κατά τη διάρκεια του ήχου.

Η διάκριση της χροιάς είναι υποκειμενική και δεν υπάρχει κάποιο πείραμα που να βοηθήσει στο να κατανεμηθούν οι διαφορετικές χροιές σε μια κλίμακα, καθώς δεν υπάρχει σωστή διατύπωση στην περιγραφή μιας χροιάς.

Σύνοψη

Μετριέται συχνότητα αλλά το αυτί αντιλαμβάνεται μουσικό ύψος, είναι μετρήσιμο το πλάτος ενός κύματος ή η ενέργεια του ενώ το αυτί αντιλαμβάνεται στάθμη ακουστότητας, ένας σύνθετος ήχος αναλύεται στις αρμονικές του, όμως το αυτί αντιλαμβάνεται χροιά.

Πολλά από τα ψυχοακουστικά φαινόμενα έχουν παρατηρηθεί πειραματικά ως εξής : πλήρως ελεγχόμενοι, ως προς τα φυσικά τους χαρακτηριστικά, ήχοι αναπαράγονται σε ακροατές των οποίων οι αντιδράσεις καταγράφονται. Για παράδειγμα τους ζητείται να γίνει σύγκριση δύο ήχων και να προσδιορίσουν ποιός έχει μεγαλύτερο μουσικό ύψος, ποιος ακούγεται πιο δυνατός σε ένταση ή πιο λαμπερός σαν χροιά. Η ψυχοακουστική αποτελεί ένα εξελισσόμενο ερευνητικό πεδίο, όμως, τα αποτελέσματα τέτοιων πειραμάτων θεμελιώνουν την κατανόηση της φύσης της ανθρώπινης αντίληψης των μουσικών τόνων.


Πηγες/Σχετική Βιβλιογραφία :

Acoustics and Psychoacoustics, Davis M. Howard/ James Angus, Focal Press
The Science of Sound, Rossing, Moore & Wheeler
Φυσική και Μουσική Ακουστική, Χ. Σπυρίδης, εκδόσεις Grapholine