Занимаюсь поиском ответа на этот вопрос много лет. Пока попадаются только обрывочные ответы. Интересные данные о восприятии музыки мозгом есть в книге Оливера Сакса http://www.oliversacks.com/books-by-oliver-sacks/musicophilia/, вроде бы даже переведена на русский http://polyarinov.livejournal.com/28429.html. Там, конечно, не полное объяснение того, как это работает. Но много интересных историй и вопросов - почему некоторые мелодии привязываются и не уходят, даже если не нравятся? - почему некоторые люди вообще не могут слышать музыку, а не которые в 50 после травмы становятся вдруг виртуозными музыкантами?
Мне также попадался TED ролик о том, почему нам нравится музыка с повторениями. https://www.youtube.com/watch?v=1lo8EomDrwA Вкратце: людям нравится знакомое. А еще очень нравится знать, что будет дальше. Ну и совсем супер, если можно потопать ножкой в такт, а для этого тоже нужно повторение.
Вот шикарная статья о том, как мы воспринимаем темп. http://www.sonicscoop.com/2014/06/19/the-resonant-human-the-science-of-how-tempo-affects-us/ Суть в том, что различаем мы темпы от 40 до 300 ударов в минуту. Удобней всего нам на 120bpm, поэтому все жанры танцуют от этой цифры вверх или вниз - если нужно бодро и торопясь или если нужно успокоиться. Есть данные о том, что наш мозг подстраивается под эти темпы, чем более образован в музыке человек, тем он чувствительней.
К той же теме: вот тут разгоняют и замедляют Бетховена, от чего совершенно меняется восприятие музыки http://www.radiolab.org/story/269783-speedy-beet/
Кое-что интересное можно выцепить из теории музыки и сольфеджио. Например, восприятие размеров, мажор и минор, смена тональностей. Мне нравится https://www.amazon.com/Theory-Computer-Musicians-Michael-Hewitt/dp/1598635034 - очень доступно, в том числе частоты, формы и амплитуды волн, размеры и прочее.
Ну и совершенно башнесносная история про диссонанс, ассонанс и как можно потихоньку приучить себя и даже полюбить какофонию. Ну или шранц http://www.radiolab.org/story/91512-musical-language/
[поправлены ссылки]
Если брать сферический мозг в вакууме без личностных предпочтений, то музыка ровного ритма с простой гармоникой и простой ритмической конструкцией, в которой по-хорошему еще и довольно много низкой середины, будет нравиться в большинстве случаев. Не даром попса столь популярна и залипательна :)