No linealidades de la cóclea permiten al oído humano batir el principio de incertidumbre de Fourier

Aunque es más conocido por su aplicación a operadores lineales de mecánica cuántica, el principio de incertidumbre o indeterminación es un concepto puramente matemático, no físico.

Aplicado a la detección de sonidos, el principio establece que no es posible identificar simultáneamente la frecuencia y la duración de un sonido con una precisión mayor de un límite teórico. Vamos, que si determinas muy precisamente el tono musical, no podrás a la vez conocer la duración exacta del sonido. Y viceversa.

Cada punto representa la respuesta de un sujeto al determinar la duración (eje horizontal) y la frecuencia (eje vertical) de los tonos de prueba. Los que caen dentro del rectángulo negro violan el principio de indeterminación. Créditos: Oppenheim y Magnasco (C) 2013 American Physical Society.

Pues bien: esa hipótesis, que asumiría que nuestro aparato auditivo funciona linealmente, se ha demostrado falsa en un trabajo de Jacob Oppenheim y Marcelo Magnasco (Rockefeller University, New York). Los sujetos que fueron expuestos a la prueba de determinar la duración y frecuencia de una serie de tonos consiguieron una precisión 13 veces mejor de la esperable por el principio de incertidumbre.

Uno de los sujetos, que trabaja en edición musical, consiguió el récord al determinar la duración de sonidos con errores por debajo de 3ms. Todas las pruebas (cinco en total) consistieron en comparar dos sonidos consecutivos y decir cuáles eran más largos o tenían un tono más alto.

Los autores reconocen que el resultado era de esperar, ya que se sospechaba que la estructura espiral de la cóclea introducía fuertes efectos no lineales. Si quieres leer más u oír algunos sonidos que formaron parte del test, os recomiendo esta página (en inglés).

Fuente: 1
Artículo: 

  • Jacob N. Oppenheim and Marcelo O. Magnasco. “Human Time-Frequency Acuity Beats the Fourier Uncertainty Principle.” PRL 110, 044301 (2013). DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.044301

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