Con người phân biệt tiếng nói và âm nhạc thông qua sự khác nhau về biên độ dao động âm thanh

Đã bao giờ bạn tự hỏi tại sao bạn có thể dễ dàng phân biệt được tiếng nhạc và tiếng nói mà không cần phải cố gắng quá nhiều? Các nhà khoa học vừa tìm ra được một nguyên nhân khả dĩ khiến bạn có khả năng này: sự khác nhau về biên độ giao động âm thanh giúp não bạn xác định hai loại âm thanh này.

Về cơ bản, khi một âm thanh truyền tới tai nó sẽ được tiếp nhận bơi ốc tai (cochlea), một cấu trúc xoắn ốc chứa đầy dịch trong tai, có vai trò nhận âm thanh, chuyển đổi thành tín hiệu điện và gửi tới não. Tín hiệu này sẽ được truyền tới vùng não tương ứng để tiếp nhận và xử lý. Mặc dù âm nhạc và giọng nói có những sự khác nhau như cao độ, âm sắc, giai điệu, nhưng làm sao não phân biệt được hai loại âm thanh này vẫn còn là một ẩn số.

Ốc tai, phần màu xanh, là nơi tiếp nhận âm thanh và biến đổi thành tín hiệu điện

Có rất nhiều nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng mỗi âm thanh có sự thay đổi biên độ khác nhau (amplitude modulation). Sự thay đổi biên độ này vốn diễn tả cách âm lượng thay đổi nhanh/chậm theo thời gian. Ví dụ, giọng nói thường có biên độ âm cao hơn, với tần số khoảng từ 4 tới 5 Hz. Điều này có nghĩa là trong 1 giây, sóng âm của giọng nói có dao động khoảng 4 - 5 lần. Với âm nhạc, sự giao động này khá là đồng đều nhưng với tần số vào khoảng 1 - 2 Hz. Sự khác biệt này dẫn đến câu hỏi liệu não bộ có sử dụng nó để phân biệt giữa tiếng nói và âm nhạc?

Để kiểm chứng điều này, nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ đại học New York, Đại học Hong Kong và đại học quốc gia Mexico đã thực hiện một thí nghiệm để kiểm tra khả năng phân biệt của não với sự thay đổi biên độ âm thanh. Trước tiên, nhóm đã lên ý tưởng sử dụng white noise để chỉ tập trung vào sự thay đổi của yếu tố này thay vì các yếu tố khác như cao độ, âm sắc. Các đoạn audio ngắn được thiết kế với biên độ thay đổi nhanh chậm khác nhau, và sự thay đổi này được điều chỉnh thêm với các nhịp điệu khác nhau. Anh em có thể thử tìm nghe các âm thanh này tại đây .

Nhóm nghiên cứu sau đó tiến hành thí nghiệm với 300 người, yêu cầu họ xác định âm thanh đó là nhạc hay là tiếng nói. Kết quả cho thấy rằng các clip với sự thay đổi biên độ nhạc thấp hơn và với giai điệu đều hơn thường được xác định là tiếng nhạc và ngược lại: sự thay đổi biên độ âm lớn, bất thường là tiếng nói. Và đây có thể là một cách mà não sử dụng để phân biệt hai loại âm thanh này.

Việc hiểu được cách não phân biệt âm nhạc và giọng nói thông qua biên độ dao động mở ra rất nhiều câu hỏi cần giải đáp

Kết quả này cũng cho thấy sự khác biệt về vai trò của âm nhạc - giọng nói trong suốt quá trình tiến hoá. Con người sử dụng tiếng nói để giao tiếp. Khi nói, loài người sử dụng các cơ mặt, hàm, lưỡi và môi và việc vận động thoải mái sẽ tạo ra âm thanh với nhịp vào khoảng 4 - 5 Hz, vốn cũng là nhịp khiến người nghe tiếp nhận rất hiệu quả. Sự tương thích này không phải là sự trùng hợp nhưng nguyên nhân chưa được lý giải rõ ràng. Trong khi đó, âm nhạc với vai trò tạo kết nối giữa con người thường có biên độ dao động chậm hơn, ở mức 1-2 Hz hoặc thấp hơn, tạo cảm giác thoải mái và gắn kết.

Kết quả nghiên cứu này cũng mở ra hàng loại câu hỏi khác như: Tại sao tiếng nói và tiếng nhạc lại khác nhau về sự thay đổi biên độ như vậy? Hay liệu não có thể phân biệt âm nhạc và tiếng nói từ lúc sinh ra hay đây là kĩ năng học được và quá trình học này sẽ như thế nào?