音、特に周波数についての質問です。

質問

高校物理において、音というのは、空気の粗密が鼓膜に伝わることで認識される、ということを
勉強しました。
そこで質問したいことがあります。
世の中は、たくさんの音で溢れています。我々は、常に１種類（１つの周波数）の音を聞いているわけではなく、様々な音を同時に認識しています。
震える鼓膜は一つ、（両耳だと２つですが）なのにもかかわらず、同時認識が出来る、というのはどのような仕組みなのでしょうか？

回答No.4

noname#223065 · ベストアンサー

分かりやすさのため、お考えのように「鼓膜は一つ」で単純化してみることにします。

　複数の音源があって、それぞれからの音が鼓膜に到達しるとします。このとき、鼓膜がどう振動するか。音は空気の粗密という波です。二つの音が同時に届くとき、音の波は合成されます。合成というのは、足し算のことだと考えてください。

　要は、二つの波が合わさった、元の音より複雑な形の一つの波になるわけですね。数学的には単純な波（正弦波）でも多数を合成すると、どんな波の形でもできることが分かっていて、フーリエ級数と呼ばれています。

　鼓膜はその複雑な波形の一つの波に合わせて振動しています。それが脳に伝わります。やはり複雑な形の一つの波の情報です。ここで、脳が複雑な形の一つの波から、元の音の二つの波に分解するのです。数学的にはフーリエ級数を作るのと逆の操作で、フーリエ変換と呼ばれたりします。

　数学的には、複数の音源が一つのフーリエ級数を作り、鼓膜はそのフーリエ級数を受け取って脳に伝え、脳がフーリエ変換を行って、複数の音源に分解しているわけです。

　音楽をやる人が、ドミソの和音を聞いて、「これは、ドとミとソだ」と言い当てたりします。それと同じようなことです。

　音楽をやる人はドとミとソの音をよく覚えているからこそ、和音を聞いてもドとミとソの合成だと分かるのと同様、我々が複数の音源（例えば複数の人の話し声）を聞いても、それぞれの音源の音（同時に話している人々のそれぞれの話し声）を知っているからこそ、元の音が同時にしているということが分かります。知らない音が2種類、同時に響いたら、おそらく一つの何かの音としか分からないでしょう。

　こういう脳の音を分解する仕組みに加え、耳が2つあることから、二つの耳に聞こえる音の差も使って、音源の位置が分かり、位置から複数の音の合成と分かったりもします。しかし、両耳で聞いて二つ以上の音源と分かる音は、片耳をふさいでも二つ以上と分かることが多いですから、おそらく位置による聞き分けは補助的なものになるかと思います。

お礼

ありがとうございます。納得できました。

回答No.3

mshr1962

単純に言えば、脳みそが取捨選択してるからです。
よく雑踏の中で自分の名前を呼ぶ声だけが聞きとれるということがあります。
カクテルパーティ効果で調べれば、いろいろ出てきますよ。

回答No.2

aokii

脳による音の解析ですが、まだ良く解っていません。方向、周波数や揺らぎ、音程、繰返し、パターン等と、興味の有無や、その分離方法に関係すると思われます。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%81%B4%E8%A6%9A
内耳は側頭骨の中に位置し、直径1cm程度で2回り半巻いておりカタツムリのような形をした蝸牛（かぎゅう）、半規管、前庭よりなる。蝸牛は内部が3層構造になっており（上から前庭階、蝸牛管、鼓室階）それぞれリンパ液などで満たされている。あぶみ骨の振動が蝸牛の入り口の小窓（卵円窓：らんえんそう）に伝わり、内部のリンパ液を振動させ、コルチ器を載せた基底膜を振動させる。このとき最も強く振動する基底膜の位置が音の周波数により異なり、高い音の方が入り口付近、低い音の方が入り口から遠い位置の基底膜を振動させる。この振動がコルチ器のうちの内有毛細胞の不動毛を変形させ、イオンチャネルを開かせ細胞を電気的に興奮させ、内耳神経へと伝えられる。
このような基底膜の物理的な周波数特性に加え、内有毛細胞の特定の周波数への「チューニング」という生物的な要素により、我々は音声認知の初期から、周波数情報を神経細胞興奮という情報に変換しているのである。基底膜の周波数特性を発見したベケシー（Georg von Békésy）はその業績で1961年のノーベル医学生理学賞を受賞している。
その後、内耳神経に伝達された神経興奮は背側と腹側の蝸牛神経核を経て、ほとんどは対側の（一部同側の）上オリーブ核に中継され、外側毛帯、下丘、内側膝状体を経て大脳の聴覚皮質に伝達される。

回答No.1

t_ohta

たくさんの音が一つの空気の振動で伝わってくるのと同じです。
沢山の周波数が合成されて空気を震わせ、その合成された空気の震えが鼓膜を振動させ受容器に伝わるのです。

マイクだって一つの振動板でいろいろな音を拾って電気信号に変え、スピーカーも一つの振動板で複雑な音を発します。

特定の周波数の振動だけが伝わるのでは無く、いろんな周波数の振動が合成されて伝わっているのです。