stringtranslate.com

Отсутствует фундаментальный

В нижней волновой форме отсутствует основная частота, 100 герц , и вторая гармоника, 200 герц. Периодичность, тем не менее, ясна при сравнении с волновой формой полного спектра наверху.

Восприятие высоты тона при отсутствии первой гармоники в форме волны называется феноменом отсутствия фундаментальной составляющей. [1]

В психоакустике установлено, что слуховая система, с ее естественной склонностью отличать один тон от другого, будет постоянно присваивать высоту сложному тону при условии, что в спектре присутствует достаточный набор гармоник. [2]

Например, когда нота (не являющаяся чистым тоном ) имеет высоту 100  Гц , она будет состоять из частотных компонентов, которые являются целыми кратными этого значения (например, 100, 200, 300, 400, 500.... Гц). Однако меньшие громкоговорители могут не воспроизводить низкие частоты, поэтому в нашем примере компонент 100 Гц может отсутствовать. Тем не менее, высота тона, соответствующая основному тону, все еще может быть слышна.

Объяснение

НОД частоты всех гармоник является основной гармоникой (пунктирная линия).

Низкий тон (также известный как тон отсутствующего основного тона или виртуальный тон [3] ) иногда можно услышать, когда нет никакого очевидного источника или компонента этой частоты. Это восприятие обусловлено тем, что мозг интерпретирует повторяющиеся паттерны, которые присутствуют. [4] [5] [6]

Когда-то считалось, что этот эффект возник из-за того, что отсутствующий основной тон был заменен искажениями, вносимыми физикой уха. Однако эксперименты впоследствии показали, что при добавлении шума, который замаскировал бы эти искажения, если бы они присутствовали, слушатели все равно слышали высоту тона, соответствующую отсутствующему основному тону, как сообщил Дж. К. Р. Ликлайдер в 1954 году. [7] В настоящее время широко признано, что мозг обрабатывает информацию, присутствующую в обертонах, для вычисления основной частоты. Точный способ, которым он это делает, все еще является предметом споров, но обработка, по-видимому, основана на автокорреляции, включающей синхронизацию нервных импульсов в слуховом нерве. [8] Однако давно отмечено, что какие-либо нейронные механизмы, которые могут выполнять задержку (необходимая операция истинной автокорреляции), не были найдены. [6] По крайней мере одна модель показывает, что временная задержка не является необходимой для создания автокорреляционной модели восприятия высоты тона, апеллируя к фазовым сдвигам между кохлеарными фильтрами ; [9] Однако более ранние исследования показали, что некоторые звуки с выраженным пиком в их автокорреляционной функции не вызывают соответствующего восприятия высоты тона, [10] [11] и что некоторые звуки без пика в их автокорреляционной функции, тем не менее, вызывают высоту тона. [12] [13] Таким образом, автокорреляцию можно считать, в лучшем случае, неполной моделью.

Однако высота тона отсутствующего основного тона, обычно на наибольшем общем делителе присутствующих частот, [14] не всегда воспринимается. Исследования, проведенные в Гейдельбергском университете , показывают, что в условиях узкого стимула с небольшим количеством гармоник общую популяцию можно разделить на тех, кто воспринимает отсутствующие основные тона, и тех, кто в первую очередь слышит обертоны. [15] Это было сделано путем просьбы к испытуемым оценить направление движения (вверх или вниз) двух комплексов подряд . Авторы использовали структурную МРТ и МЭГ, чтобы показать, что предпочтение отсутствующего основного слуха коррелирует с левополушарной латерализацией восприятия высоты тона, тогда как предпочтение спектрального слуха коррелирует с правополушарной латерализацией, и те, кто проявлял последнее предпочтение, как правило, были музыкантами.

В своей книге «Разбор спектральной огибающей: к общей теории окраски вокального тона » (2016) Ян Хауэлл написал, что, хотя не все могут слышать недостающие основы, их можно научить и научиться замечать. [16] У Д. Роберта Лэдда и др. есть похожее исследование, в котором утверждается, что большинство людей могут переключиться с прослушивания высоты звука с очевидных гармоник на поиск этих высот спектрально. [17]

Примеры

Корпуса литавр изменяют режимы вибрации, чтобы соответствовать гармоникам. [18] Красный: Гармоники воспринимаемой высоты тона. Темно-синий: Выраженные режимы вибрации. Играйте C0 арфа-литавры-арфа ⓘ

Литавры производят негармонические обертоны, но сконструированы и настроены так, чтобы производить почти гармонические обертоны к подразумеваемому отсутствующему основному тону. Ударяя обычным способом (половина или три четверти расстояния от центра до края), основная нота литавры очень слаба по отношению к ее вторым по пятый «гармоническим» обертонам. [18] Литавры могут быть настроены так, чтобы производить звук наиболее сильно на частотах 200, 302, 398 и 488 Гц, например, подразумевая отсутствующий основной тон на частоте 100 Гц (хотя фактический приглушенный основной тон составляет 170 Гц). [19]

Самые низкие воздушные и корпусные резонансы скрипки обычно попадают в диапазон от 250 Гц до 300 Гц. Основная частота открытой струны G3 ниже 200 Гц в современных настройках, а также в большинстве исторических настроек , поэтому самые низкие ноты скрипки имеют ослабленную основную частоту, хотя слушатели редко замечают это. [ необходима цитата ]

Большинство обычных телефонов не могут воспроизводить звуки ниже 300 Гц, но мужской голос имеет основную частоту около 150 Гц. Из-за отсутствия основного эффекта основные частоты мужских голосов по-прежнему воспринимаются как их высота тона по телефону. [20] [ нужно обновление? ]

Отсутствующее фундаментальное явление используется в электронном виде некоторыми производителями профессионального аудио, чтобы звуковые системы, казалось, воспроизводили ноты, которые ниже по тону, чем они способны воспроизвести. [21] В аппаратном блоке эффектов или программном плагине фильтр кроссовера устанавливается на низкую частоту, выше которой звуковая система способна безопасно воспроизводить тоны. Музыкальный сигнал, превышающий высокочастотную часть фильтра кроссовера, отправляется на основной выход, который усиливается звуковой системой. Низкочастотный сигнал, расположенный ниже низкочастотной части фильтра кроссовера, отправляется в схему, где синтезируются гармоники выше низких нот. Вновь созданные гармоники микшируются обратно в основной выход, чтобы создать восприятие отфильтрованных низких нот. [22] Использование устройства с этим синтетическим процессом может уменьшить жалобы на низкочастотный шум, проходящий через стены, и его можно использовать для снижения низкочастотного контента в громкой музыке, который в противном случае мог бы вибрировать и повредить хрупкие ценные вещи. [23]

Некоторые духовые органы используют это явление в качестве результирующего тона , что позволяет сравнительно небольшим басовым трубам производить очень низкие звуки.

Приложения для обработки звука

Эта самая концепция «отсутствующего фундаментального тона», воспроизводимого на основе обертонов в тоне, использовалась для создания иллюзии баса в звуковых системах, которые не способны на такой бас. В середине 1999 года Меир Шашуа из Тель-Авива , соучредитель Waves Audio , запатентовал алгоритм для создания ощущения отсутствующего фундаментального тона путем синтеза более высоких гармоник. [24] Waves Audio выпустила плагин MaxxBass , чтобы позволить пользователям компьютеров применять синтезированные гармоники к своим аудиофайлам. Позже Waves Audio выпустила небольшие сабвуферы , которые полагались на концепцию отсутствующего фундаментального тона, чтобы создать иллюзию низкого баса. [25] Оба продукта выборочно обрабатывали определенные обертоны, чтобы помочь небольшим громкоговорителям, которые не могли воспроизводить низкочастотные компоненты, звучать так, как будто они способны на низкий бас. Оба продукта включали фильтр верхних частот , который значительно ослаблял все низкочастотные тоны, которые, как ожидалось, находились за пределами возможностей целевой звуковой системы. [26] Одним из примеров популярной песни, записанной с помощью обработки MaxxBass, является « Lady Marmalade », версия, удостоенная премии Грэмми 2001 года, исполненная Кристиной Агилерой , Lil' Kim , Mýa и Pink , спродюсированная Мисси Эллиотт . [26]

Другие компании, занимающиеся программным обеспечением и оборудованием, разработали собственные версии отсутствующих продуктов усиления басов на основе фундаментальных частот. Плохое воспроизведение басов в наушниках-вкладышах было определено как возможная цель для такой обработки. [27] Многие компьютерные звуковые системы не способны воспроизводить низкие басы, и песни, предлагаемые потребителям через компьютер, были определены как те, которые могут выиграть от обработки усиленных басовых гармоник. [28]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Говард, Дэвид М.; Ангус, Дж. А. С. (2017). Акустика и психоакустика, пятое издание (5-е изд.). Нью-Йорк: Routledge. стр. 123. ISBN 9781315716879.
  2. ^ Хартманн, Уильям (декабрь 1996 г.). «Высота тона, периодичность и слуховая организация» (PDF) . Акустическое общество Америки . 100 (6): 3491–3902. doi :10.1121/1.417248. PMID  8969472 – через Университет штата Мичиган.
  3. ^ «Алгоритм виртуального питча Терхардта и расширения».
  4. ^ Ян Шнупп, Исраэль Нелькен и Эндрю Кинг (2011). Слуховая нейронаука. МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-11318-2. Архивировано из оригинала 2012-03-18 . Получено 2018-08-30 .
  5. ^ Джон Кларк, Колин Яллоп и Джанет Флетчер (2007). Введение в фонетику и фонологию. Blackwell Publishing. ISBN 978-1-4051-3083-7.
  6. ^ ab Christopher J. Plack (2005). Pitch: Neural Coding and Perception. Springer. ISBN 978-0-387-23472-4.
  7. ^ Питер М. Тодд и Д. Гарет Лой (1991). Музыка и коннекционизм. MIT Press. ISBN 978-0-262-20081-3.
  8. ^ Cariani, PA; Delgutte, B. (сентябрь 1996 г.). "Нейронные корреляты высоты тона сложных тонов. I. Высота тона и ее заметность" (PDF) . Журнал нейрофизиологии . 76 (3): 1698–1716. doi :10.1152/jn.1996.76.3.1698. PMID  8890286 . Получено 13 ноября 2012 г. .
  9. ^ de Cheveigné, A.; Pressnitzer, D. (июнь 2006 г.). "The case of the missing delay lines: Synthetic delays derived by cross-channel phase interaction" (PDF) . Journal of the Acoustical Society of America . 119 (6): 3908–3918. Bibcode :2006ASAJ..119.3908D. doi :10.1121/1.2195291. PMID  16838534 . Получено 13 ноября 2012 г. .
  10. ^ Kaernbach, C.; Demany, L. (октябрь 1998 г.). «Психофизические доказательства против теории автокорреляции слуховой временной обработки». Журнал акустического общества Америки . 104 (4): 2298–2306. Bibcode : 1998ASAJ..104.2298K. doi : 10.1121/1.423742. PMID  10491694. S2CID  18133681.
  11. ^ Pressnitzer, D.; de Cheveigné, A.; Winter, IM (январь 2002 г.). «Перцептивный сдвиг высоты тона для звуков с похожей автокорреляцией формы волны». Acoustics Research Letters Online . 3 (1): 1–6. doi : 10.1121/1.1416671 . S2CID  123182480.
  12. ^ Бернс, Э. М.; Виемейстер, Н. Ф. (октябрь 1976 г.). «Неспектральная высота тона». Журнал Акустического общества Америки . 60 (4): 863–869. Bibcode : 1976ASAJ...60..863B. doi : 10.1121/1.381166.
  13. ^ Фицджеральд, МБ; Райт, Б. (декабрь 2005 г.). «Исследование перцептивного обучения высоте звука, вызванной амплитудно-модулированным шумом». Журнал Акустического общества Америки . 118 (6): 3794–3803. Bibcode : 2005ASAJ..118.3794F. doi : 10.1121/1.2074687. PMID  16419824.
  14. ^ Schwartz, DA; Purves, D. (май 2004 г.). «Высота тона определяется естественными периодическими звуками» (PDF) . Hearing Research . 194 (1–2): 31–46. doi :10.1016/j.heares.2004.01.019. PMID  15276674. S2CID  40608136. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-12-08 . Получено 4 сентября 2012 г. .
  15. ^ Schneider, P.; Sluming, V.; Roberts, N.; Scherg, M.; Goebel, R.; Specht, H.; Dosch, HG; Bleeck, S.; Stippich, C.; Rupp, A. (август 2005 г.). «Структурная и функциональная асимметрия латеральной извилины Хешля отражает предпочтение восприятия высоты тона» (PDF) . Nature Neuroscience . 8 (9): 1241–1247. doi :10.1038/nn1530. PMID  16116442. S2CID  16010412. Архивировано из оригинала (PDF) 2017-08-09 . Получено 2012-07-22 .
  16. ^ Хауэлл, И. (2017). Анализ спектральной огибающей: к общей теории окраски вокального тона [Докторская диссертация, Консерватория музыки Новой Англии] . https://www.nats.org/_Library/So_You_Want_To_Sing_Book_Series/HOWELL-Parsing-the-spectral-envelope-PROQUEST-FINAL.pdf
  17. ^ Лэдд, Роберт (2013). «Закономерности индивидуальных различий в восприятии отсутствующих основных тонов». Журнал экспериментальной психологии . 39 (5): 1386–1397. doi : 10.1037/a0031261. hdl : 11858/00-001M-0000-0010-247B-4 . PMID  23398251 – через Pubmed.
  18. ^ ab Howard, David M.; Jamie Angus (2006). Акустика и психоакустика. Focal Press. С. 200–3. ISBN 978-0-240-51995-1.
  19. ^ Университет Макгилла. Физический факультет. Гай Д. Мур. Лекция 26: Ударные. Архивировано 24 сентября 2015 г. в Wayback Machine . «Последовательность 1; 1:51; 1:99; 2:44; 2:89 почти равна 1; 1:5; 2; 2:5; 3, что является гармоническим рядом отсутствующего основного тона».
  20. ^ Мазер, Джордж (2006). Основы восприятия. Тейлор и Фрэнсис. стр. 125. ISBN 978-0-86377-835-3. Получено 11 мая 2010 г. .
  21. ^ Waves Car Audio. Технология усиления басов MaxxBass
  22. ^ US 5930373, «Способ и система улучшения качества звукового сигнала» 
  23. ^ "ProSoundWeb. LAB: The Classic Live Audio Board. Re: maxxbass posts by Doug Fowler June 28-29, 2008". Архивировано из оригинала 2011-05-21 . Получено 2008-09-03 .
  24. ^ Патент США 5,930,373
  25. ^ Norem, Josh (май 2004). "MaxxBass MiniWoofer". Максимальный ПК : 78. ISSN  1522-4279 . Получено 11 мая 2010 .
  26. ^ ab Bundschuh, Paul (15–17 апреля 2004 г.). «MaxxBass Applications for Small, Full Range Loudspeakers» (PDF) . Loudspeaker University . Нашуа, Нью-Гемпшир: Waves Audio. Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2011 г. . Получено 11 мая 2010 г. .
  27. ^ Арора, Маниш; Сончхоль Джанг; Хангиль Мун (сентябрь 2006 г.). «Малосложный алгоритм виртуального усиления басов для портативных мультимедийных устройств». Конференция AES . Получено 11 мая 2010 г.
  28. ↑ Houghton, Matt (апрель 2007 г.). «Better Bass: The Complete Guide To Recording, Mixing & Monitoring The Low End». Sound on Sound . Получено 11 мая 2010 г.

Внешние ссылки