Отсутствует фундаментальный - Missing fundamental

В нижнем сигнале отсутствует основная частота, 100 Гц , и вторая гармоника, 200 Гц. Тем не менее, периодичность очевидна по сравнению с полным спектром сигнала сверху.

Гармоники звука , как говорят , иметь не хватает фундаментального , подавляются фундаментальным или фантомный фундаментальным , когда его обертоны предполагают фундаментальную частоту , но звук отсутствует компонент на самой основной частоте. Мозг воспринимает высоту тона не только по его основной частоте, но и по периодичности, подразумеваемой отношениями между высшими гармониками ; мы можем воспринимать ту же высоту звука (возможно, с другим тембром ), даже если основная частота отсутствует в тоне.

Например, если нота (которая не является чистым тоном ) имеет высоту звука 100  Гц , она будет состоять из частотных компонентов, которые являются целыми числами, кратными этому значению (например, 100, 200, 300, 400, 500 .... Гц ). Однако громкоговорители меньшего размера могут не воспроизводить низкие частоты, поэтому в нашем примере компонент 100 Гц может отсутствовать. Тем не менее, высота звука, соответствующая основному тону, все же может быть слышна.

Объяснение

НОД частоты всех гармоник - основная (пунктирная).

Низкий тон (также известный как высота звука отсутствующей основной или виртуальной высоты звука) иногда можно услышать, когда нет видимого источника или компонента этой частоты. Это восприятие происходит из-за того, что мозг интерпретирует присутствующие шаблоны повторения.

Когда-то считалось, что этот эффект был вызван тем, что отсутствующая основная составляющая была заменена искажениями, внесенными физикой уха. Однако впоследствии эксперименты показали, что, когда был добавлен шум, который замаскировал бы эти искажения, если бы они присутствовали, слушатели все еще слышали высоту звука, соответствующую отсутствующей основной гармонике, как сообщил JCR Licklider в 1954 году. В настоящее время широко признано, что процессы в мозге информация, содержащаяся в обертонах, для расчета основной частоты. Точный способ, которым это происходит, все еще является предметом споров, но обработка, похоже, основана на автокорреляции, включающей синхронизацию нервных импульсов в слуховом нерве. Однако уже давно замечено, что какие-либо нейронные механизмы, которые могут выполнять задержку (необходимая операция истинной автокорреляции), не обнаружены. По крайней мере, одна модель показывает, что временная задержка не является необходимой для создания модели автокорреляции восприятия основного тона, обращаясь к фазовым сдвигам между кохлеарными фильтрами ; однако более ранние работы показали, что некоторые звуки с заметным пиком в их функции автокорреляции не вызывают соответствующего восприятия высоты тона, и что некоторые звуки без пика в их функции автокорреляции, тем не менее, вызывают высоту тона. Таким образом, автокорреляцию можно рассматривать в лучшем случае как неполную модель.

Однако высота отсутствующей основной гармоники, обычно равная наибольшему общему делителю присутствующих частот, не всегда воспринимается. Исследования, проведенные в Гейдельбергском университете, показывают, что в условиях узкого стимула с небольшим количеством гармоник население в целом можно разделить на тех, кто воспринимает отсутствующие основы, и тех, кто в первую очередь слышит вместо них обертоны. Для этого испытуемых просили оценить направление движения (вверх или вниз) двух комплексов подряд . Авторы использовали структурную МРТ и МЭГ, чтобы показать, что предпочтение отсутствующего основного слуха коррелирует с латерализацией восприятия высоты тона левым полушарием, где предпочтение спектрального слуха коррелирует с латерализацией правого полушария, а те, кто проявлял последнее предпочтение, как правило, были музыкантами. .

Примеры

Тела литавр изменяют режимы вибрации, чтобы соответствовать гармоникам. Красный: гармоники воспринимаемой высоты тона. Темно-синий: заметные формы вибрации. Играть C0 арфа-тимпано-арфа ( помощь · информация )Об этом звуке 

Здесь можно найти онлайн-примеры звука, в которых сравниваются чистые и сложные тона и комплексы с отсутствующими основами .

Литавры (барабаны) производят негармоничные обертоны, но сконструированы и настроены так, чтобы производить обертоны, близкие к гармоническим, с подразумеваемой отсутствующей основной. При обычном ударе (от половины до трех четвертей расстояния от центра до обода) основная нота литавры очень слаба по отношению к ее «гармоническим» обертонам со второй по пятую. Литавры могут быть настроены так, чтобы наиболее сильно воспроизводить звук на частотах 200, 302, 398 и 488 Гц, например, что подразумевает отсутствие основной частоты на частоте 100 Гц (хотя фактическая ослабленная основная частота составляет 170 Гц).

Скрипка «S низкий воздух и тело резонансы обычно попадают в диапазоне от 250 Гц до 300 Гц. Основная частота открытой струны G3 ниже 200 Гц в современных строчках, а также в большинстве исторических строев , поэтому самые низкие ноты скрипки имеют ослабленную основную частоту , хотя слушатели редко замечают это.

Большинство обычных телефонов не могут воспроизводить звуки ниже 300 Гц, но мужской голос имеет основную частоту примерно 150 Гц. Из-за отсутствия основного эффекта основные частоты мужских голосов все еще воспринимаются по телефону как их высота.

Отсутствующий фундаментальный феномен используется в электронном виде некоторыми профессиональными производителями аудио, чтобы звуковые системы казались воспроизводящими ноты с более низким тоном, чем они способны воспроизвести. В блоке аппаратных эффектов или программном плагине кроссоверный фильтр устанавливается на низкую частоту, выше которой звуковая система способна безопасно воспроизводить тона. Содержимое музыкального сигнала выше части фильтра верхних частот кроссовера отправляется на основной выход, который усиливается звуковой системой. Низкочастотная составляющая ниже низкочастотной части кроссовера направляется в схему, где гармоники синтезируются над низкими нотами. Вновь созданные гармоники снова смешиваются с основным выходом для создания ощущения отфильтрованных низких нот. Использование устройства с этим синтетическим процессом может уменьшить жалобы на низкочастотный шум, проникающий сквозь стены, и его можно использовать для уменьшения низкочастотного содержания в громкой музыке, которая в противном случае могла бы вибрировать и повредить хрупкие ценности.

Некоторые органы используют это явление в качестве результирующего тона , который позволяет басовым трубам меньшего размера воспроизводить очень низкие звуки.

Приложения для обработки звука

Сама концепция «недостающей основной», воспроизводимая на основе обертонов в тоне, была использована для создания иллюзии баса в звуковых системах, которые не способны к такому басу. В середине 1999 года Меир Шашуа из Тель-Авива , соучредитель Waves Audio , запатентовал алгоритм, позволяющий создать ощущение отсутствующей основной гармоники путем синтеза высших гармоник. Waves Audio выпустила плагин MaxxBass, позволяющий пользователям компьютеров применять синтезированные гармоники к своим аудиофайлам. Позже Waves Audio выпустила небольшие сабвуферы , основанные на отсутствующей фундаментальной концепции, чтобы создать иллюзию низких басов. Оба продукта избирательно обрабатывали определенные обертоны, чтобы маленькие громкоговорители, которые не могли воспроизводить низкочастотные компоненты, звучали так, как если бы они были способны воспроизводить низкие басы. Оба продукта включали фильтр высоких частот, который значительно ослаблял все низкочастотные тона, которые, как ожидалось, выходили за рамки возможностей целевой звуковой системы. Одним из примеров популярной песни, записанной с помощью обработки MaxxBass, является " Lady Marmalade ", версия 2001 года, удостоенная премии Грэмми, в исполнении Кристины Агилеры , Лил Ким , Ми и Пинк , спродюсированная Мисси Эллиотт .

Другие компании, производящие программное и аппаратное обеспечение, разработали свои собственные версии недостающих продуктов для увеличения басов на фундаментальной основе. Плохое воспроизведение низких частот наушниками было определено как возможная цель для такой обработки. 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.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки