В акустике биение — это интерференционная картина двух звуков с немного разными частотами , воспринимаемая как периодическое изменение громкости , скорость которого равна разнице двух частот.
С помощью инструментов настройки , которые могут производить устойчивые тоны, биения можно легко распознать. Настройка двух тонов в унисон даст своеобразный эффект: когда два тона близки по высоте, но не идентичны, разница в частоте генерирует биения. Громкость меняется, как в тремоло, поскольку звуки попеременно мешают конструктивно и деструктивно. По мере того, как два тона постепенно приближаются к унисону, биения замедляются и могут стать настолько медленными, что станут незаметными. По мере того, как два тона отдаляются друг от друга, их частота биений начинает приближаться к диапазону человеческого восприятия высоты звука, [1] биения начинают звучать как нота, и получается комбинированный тон .
Это явление наиболее известно в акустике и музыке, хотя его можно обнаружить в любой линейной системе:
«Согласно закону суперпозиции , два тона, звучащие одновременно, накладываются друг на друга очень простым способом: складывают их амплитуды» [2] .
Если построить график, демонстрирующий функцию, соответствующую общему звучанию двух струн , можно увидеть, что максимумы и минимумы больше не постоянны (как при игре чистой ноты), а изменяются со временем: когда две волны сдвинуты по фазе почти на 180 градусов , максимумы одной волны аннулируют 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 синусоид с единичной амплитудой может быть выражена как несущая волна частоты ф 1 + ф 2/2 амплитуда которого модулируется огибающей волной частоты ф 1 - ф 2/2 : [3]
Поскольку каждый второй всплеск в шаблоне модуляции инвертируется, каждый пик заменяется впадиной и наоборот. Огибающая воспринимается как имеющая удвоенную частоту модулирующего косинуса, что означает, что слышимая частота биений (если она находится в слышимом диапазоне) равна: [4]
«Моноуральные ритмы — это когда есть только один тон, который пульсирует в определенном ритме. При наличии только одного тона (в отличие от двух тонов при бинауральных ритмах) вашему мозгу гораздо проще настраивать связь, и нет необходимости балансировать отдельные тона.
Моноуральные ритмы объединяются в один звук еще до того, как они достигают человеческого уха, в отличие от частичной их формулировки самим мозгом, что происходит при бинауральных ритмах.
Это означает, что монофонические ритмы можно эффективно использовать как через наушники, так и через динамики. Это также означает, что те, у кого нет двух ушей, могут слушать и получать пользу." - Эбони Аллард [5]
«Бинауральные ритмы были впервые обнаружены физиком Генрихом Вильгельмом Доувом в 1839 году. Это слуховая иллюзия, которая воспринимается, когда две разные синусоидальные волны чистого тона, обе с частотами ниже 1500 Гц и разницей между ними менее 40 Гц, предъявляются слушателю дихотически (по одной через каждое ухо). Это означает, что их лучше всего слушать через наушники». - Эбони Аллард [5]
Например, если на правое ухо субъекта подается чистый тон частотой 530 Гц, а на левое — чистый тон частотой 520 Гц, то слушатель услышит биение с частотой 10 Гц, как если бы два тона подавались монофонически, но биение также будет содержать элемент бокового движения.
Восприятие бинауральных ритмов возникает в нижнем холмике среднего мозга и верхнем оливном 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 другим областям коры. [6]
Согласно систематическому обзору 2023 года, исследования изучали некоторые из заявленных положительных эффектов в областях когнитивной обработки, аффективных состояний (например, тревожности), настроения, восприятия боли, медитации и релаксации, блуждания ума, творчества, но методы были несопоставимы, а результаты неубедительны. Из четырнадцати рассмотренных исследований пять сообщили о результатах, соответствующих гипотезе захвата мозговых волн , восемь исследований сообщили о противоречивых результатах, а одно дало смешанные результаты. Авторы рекомендуют стандартизацию в подходах к исследованиям для будущих исследований, чтобы результаты можно было более эффективно сравнивать. [7]
Музыканты обычно используют интерференционные удары объективно, чтобы проверить настройку в унисон , чистую квинту или другие простые гармонические интервалы. [8] Настройщики фортепиано и органов используют метод, включающий подсчет ударов, стремясь к определенному числу для определенного интервала.
Композитор Элвин Люсье написал много произведений, в которых интерференционные ритмы являются их основным фокусом. Итальянский композитор Джачинто Шелси , чей стиль основан на микротональных колебаниях унисон, широко исследовал текстурные эффекты интерференционных ритмов, особенно в своих поздних работах, таких как скрипичные соло Xnoybis (1964) и L'âme ailée / L'âme ouverte (1973), в которых они занимают видное место (Шельси рассматривал и нотировал каждую струну инструмента как отдельную партию, так что его скрипичные соло фактически являются квартетами из одной струны, где разные струны скрипки могут одновременно играть одну и ту же ноту с микротональными сдвигами, так что создаются интерференционные узоры). Музыка композитора Фила Ниблока полностью основана на биениях, вызванных микротональными различиями. [9] Инженер-компьютерщик Тосо Панковски изобрел метод, основанный на слуховых интерференционных битах, для проверки участников онлайн-аудиологических исследований для наушников и дихотического контекста (смешаны ли стереоканалы или полностью разделены). [10]
Радиолюбители используют термины «нулевые биения» или «нулевые биения» для точной настройки на нужную частоту несущей волны путем ручного уменьшения количества интерференционных биений [11] , что по сути является тем же процессом настройки, который используют музыканты.
Учебные материалы по теме «Бит (акустика)» в Викиверситете
