Geluidsgolven en het menselijk oor
Geluid bestaat uit drukgolven met specifieke frequenties en amplitudes. Het menselijk oor neemt deze golven waar en zet deze om in zenuwimpulsen die naar onze hersenen worden gestuurd, waar we deze waarnemen als geluid. Maar hoe kan het menselijk oor het onderscheid maken tussen bijvoorbeeld een viool en een gitaar?
In het binnenoor is er een structuur genaamd het slakkenhuis waar de geluidsgolven door vocht een spiraalvormig kanaal reizen. Door deze bochten wordt het geluid van nature gescheiden in hogere frequenties die vroeg in het kanaal worden waargenomen en lage frequenties die verder in het kanaal worden waargenomen. In de fysica en wiskunde bestaat een gelijkaardige manier van periodieke functies zoals golven te analyseren, met name Fouriertransformatie.
Een Fouriertransformatie neemt een golffunctie als input en geeft als output een functie die de amplitude weergeeft van de verschillende eenvoudigere sinusgolven waaruit die golffunctie kan worden opgebouwd. Anders gezegd kan het gesteld worden dat elke golffunctie kan worden uitgedrukt als een som van verschillende sinusfuncties, en de fouriertransformatie is een manier om te analyseren uit welke sinusfuncties een golf bestaat.
Een fouriertransformatie geeft accurater weer hoe mensen geluid in feite waarnemen omdat het menselijk oor op een gelijkaardige manier werkt; het menselijk oor neemt hierin de frequenties waar tussen ongeveer 20 Hz en 20000 Hz. Het staat ons ook toe om te visualiseren hoe bepaalde verstoringen en andere aanpassingen van geluidsgolven een hoorbaar effect hebben; het versterken of verzwakken van verschillende regio’s van het hoorbaar frequentiespectrum, in de muziekproductie gedaan met software genaamd equalizers of EQ, heeft vaak zeer karakteristieke effecten op de klankkwaliteit zoals in deze figuur enkele voorbeelden zijn weergegeven.
