Отсутствует фундаментальный - Missing fundamental

В нижнем сигнале отсутствует основная частота, 100 герц, а вторая гармоника - 200 герц. Тем не менее, периодичность очевидна по сравнению с полным спектром сигнала вверху.

А гармонический звук говорят, что имеет отсутствует фундаментальный, подавленный фундаментальный, или же фантомный фундаментальный когда это обертоны предложить основная частота но у звука отсутствует компонент на самой основной частоте. Мозг воспринимает подача тона не только по его основной частоте, но и по периодичности, подразумеваемой отношениями между высшими гармоники; мы можем воспринимать ту же высоту звука (возможно, с другим тембр ), даже если основная частота в тональном сигнале отсутствует.

Например, когда заметка (это не чистый тон ) имеет подача из 100Гц, он будет состоять из частотных компонентов, кратных 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, высоту звука, соответствующую основной гармонике, можно услышать.

Объяснение

НОД частоты всех гармоник - основная (пунктирная линия).

Низкий подача (также известный как высота звука отсутствующей основной или виртуальной высоты) иногда можно услышать, когда нет видимого источника или компонента этой частоты. Это восприятие происходит из-за того, что мозг интерпретирует присутствующие шаблоны повторения.[1][2][3]

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 мог бы замаскировать эти искажения, если бы они присутствовали, слушатели все еще слышали высоту звука, соответствующую отсутствующей основной гармонике, как сообщает Дж. К. Р. Ликлайдер в 1954 г.[4] Сейчас широко признано, что мозг обрабатывает информацию, содержащуюся в обертонах, для вычисления основной частоты. Точный способ, которым это делается, все еще является предметом споров, но обработка, похоже, основана на автокорреляция вовлекает время нервных импульсов в слуховом нерве.[5] Однако уже давно замечено, что какие-либо нейронные механизмы, которые могут выполнять задержку (необходимая операция истинной автокорреляции), не обнаружены.[3] По крайней мере, одна модель показывает, что временная задержка необязательна для создания автокорреляционной модели восприятия основного тона, обращаясь к фазовые сдвиги между кохлеарные фильтры;[6] однако более ранние работы показали, что определенные звуки с заметным пиком в их функции автокорреляции не вызывают соответствующего восприятия высоты звука,[7][8] и что некоторые звуки без пика в их функции автокорреляции, тем не менее, вызывают высоту звука.[9][10] Таким образом, автокорреляцию можно рассматривать в лучшем случае как неполную модель.

Высота отсутствующей основной гармоники, обычно наибольший общий делитель присутствующих частот,[11] однако не всегда воспринимается. Исследования, проведенные в Гейдельбергский университет показывает, что в условиях узкого стимула с небольшим количеством гармоник население в целом можно разделить на тех, кто воспринимает отсутствующие основные принципы, и тех, кто в первую очередь слышит вместо них обертоны.[12] Для этого испытуемым предлагалось оценить направление движения (вверх или вниз) двух комплексов в преемственность. Авторы использовали структурные МРТ и МЭГ показать, что предпочтение отсутствующего основного слуха коррелировало с латерализацией восприятия высоты тона левым полушарием, где предпочтение спектрального слуха коррелировало с латерализацией правого полушария, а те, кто демонстрировал последнее предпочтение, как правило, были музыкантами.

Примеры

Тела литавр изменяют режимы вибрации, чтобы соответствовать гармоникам.[13] Красный: гармоники воспринимаемой высоты звука. Темно-синий: заметные виды вибрации. Об этом звукеИграть C0 арфа-тимпано-арфа (помощь ·Информация )

Он-лайн примеры звука, сравнивающие чистые и сложные тона и комплексы с отсутствующими основами можно найти здесь.

Литавры (котельные барабаны) производить негармоничный обертоны, но построены и настроены для получения почти гармонических обертонов 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.[13] Литавры могут быть настроены так, чтобы наиболее сильно воспроизводить звук на частотах 200, 302, 398 и 488 Гц, например, подразумевая отсутствие основной гармоники на 100 Гц (хотя фактическая ослабленная основная частота составляет 170 Гц).[14]

А скрипка Самые низкие резонансы воздуха и тела обычно находятся в диапазоне от 250 Гц до 300 Гц. Основная частота открытого G3 струна ниже 200 Гц в современных настройках, а также самые исторические настройки, поэтому самые низкие ноты скрипки имеют ослабленную основу, хотя слушатели редко замечают это.

Наиболее общий телефоны не может 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 звука.[15][нужно обновление? ]

Отсутствующий фундаментальный феномен используется в электронном виде некоторыми профессиональными производителями звука, чтобы звуковые системы казались воспроизводящими ноты с более низким тоном, чем они способны воспроизвести.[16] В аппаратном блок эффектов или программный плагин, кроссовер фильтр устанавливается на низкую частоту, выше которой звуковая система способна безопасно воспроизводить тоны. Музыкальный сигнал, находящийся над высокочастотной частью кроссовера, направляется на основной выход, который усиливается звуковой системой. Низкочастотная составляющая ниже низкочастотной части кроссоверного фильтра отправляется в схему, где гармоники синтезируются над низкими нотами. Вновь созданные гармоники снова смешиваются с основным выходом для создания ощущения отфильтрованных низких нот.[17] 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, которое в противном случае могло бы вибрировать и повредить хрупкие ценности.[18]

Немного органы трубы использует это явление как результирующий тон, что позволяет относительно небольшим басовым трубам 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-Авив, соучредитель Волны Аудио, запатентовал алгоритм для создания ощущения отсутствующей основной гармоники путем синтеза высших гармоник.[19] Waves Audio выпустили MaxxBass плагин чтобы пользователи компьютеров могли применять синтезированные гармоники к своим аудиофайлам. Позже Waves Audio выпустила небольшие сабвуферы который опирался на отсутствующую фундаментальную концепцию, чтобы создать иллюзию низкого баса.[20] 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 ослабил все низкочастотные тона, которые, как ожидалось, выходили за рамки возможностей целевой звуковой системы.[21] Одним из примеров популярной песни, записанной с помощью обработки MaxxBass, является "леди Мармелад ", версия 2001 года, удостоенная премии Грэмми, в исполнении Кристина Агилера, Lil 'Kim, Mýa, и Розовый, произведено Мисси Эллиотт.[21]

Другие компании, производящие программное и аппаратное обеспечение, разработали свои собственные версии недостающих продуктов для увеличения басов на фундаментальной основе. Плохое воспроизведение низких частот наушники был определен как возможная цель для такой обработки.[22] Многие компьютерные звуковые системы не способны воспроизводить низкие частоты, и песни, предлагаемые потребителям через компьютер, были определены как те, которые могут выиграть от обработки усиленных басов.[23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ян Шнупп, Исраэль Нелькен и Эндрю Кинг (2011). Слуховая неврология. MIT Press. ISBN  978-0-262-11318-2. Архивировано из оригинал на 2012-03-18. Получено 2018-08-30.
  2. ^ Джон Кларк, Колин Яллоп и Джанет Флетчер (2007). Введение в фонетику и фонологию. Блэквелл Паблишинг. ISBN  978-1-4051-3083-7.
  3. ^ а б Кристофер Дж. Плак (2005). Шаг: нейронное кодирование и восприятие. Springer. ISBN  978-0-387-23472-4.
  4. ^ Питер М. Тодд и Д. Гарет Лой (1991). Музыка и коннекционизм. MIT Press. ISBN  978-0-262-20081-3.
  5. ^ Cariani, P.A .; Делгутте, Б. (сентябрь 1996 г.). "Нейронные корреляты высоты звука сложных тонов. I. Высота звука и высота звука" (PDF). Журнал нейрофизиологии. 76 (3): 1698–1716. Дои:10.1152 / jn.1996.76.3.1698. PMID  8890286. Получено 13 ноября 2012.
  6. ^ de Cheveigné, A .; Пресснитцер, Д. (июнь 2006 г.). «Случай отсутствия линий задержки: синтетические задержки, полученные за счет межканального фазового взаимодействия» (PDF). Журнал Акустического общества Америки. 119 (6): 3908–3918. Bibcode:2006ASAJ..119.3908D. Дои:10.1121/1.2195291. PMID  16838534. Получено 13 ноября 2012.
  7. ^ Kaernbach, C .; Демани, Л. (октябрь 1998 г.). «Психофизические доказательства против теории автокорреляции слуховой временной обработки». Журнал Акустического общества Америки. 104 (4): 2298–2306. Bibcode:1998ASAJ..104.2298K. Дои:10.1121/1.423742. PMID  10491694. S2CID  18133681.
  8. ^ Pressnitzer, D .; de Cheveigné, A .; Винтер, И.М. (январь 2002 г.). «Перцепционный сдвиг высоты звука для звуков с аналогичной автокорреляцией формы волны». Письма об исследованиях акустики в Интернете. 3 (1): 1–6. Дои:10.1121/1.1416671. S2CID  123182480.
  9. ^ Burns, E.M .; Вимейстер, Н.Ф. (Октябрь 1976 г.). «Неспектральная высота». Журнал Акустического общества Америки. 60 (4): 863–869. Bibcode:1976ASAJ ... 60..863B. Дои:10.1121/1.381166.
  10. ^ Фитцджеральд, МБ; Райт, Б. (декабрь 2005 г.). «Исследование восприятия обучения высоты звука, вызванное амплитудно-модулированным шумом». Журнал Акустического общества Америки. 118 (6): 3794–3803. Bibcode:2005ASAJ..118.3794F. Дои:10.1121/1.2074687. PMID  16419824.
  11. ^ Schwartz, D.A .; Первес, Д. (май 2004 г.). «Высота звука определяется естественными периодическими звуками» (PDF). Слуховые исследования. 194 (1–2): 31–46. Дои:10.1016 / j.heares.2004.01.019. PMID  15276674. S2CID  40608136. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-12-08. Получено 4 сентября 2012.
  12. ^ Schneider, P .; Слюминь, В .; Roberts, N .; Scherg, M .; Goebel, R .; Specht, H .; Dosch, H.G .; Bleeck, S .; Stippich, C .; Рупп, А. (август 2005 г.). «Структурная и функциональная асимметрия боковой извилины Хешля отражает предпочтение восприятия звука» (PDF). Природа Неврологии. 8 (9): 1241–1247. Дои:10.1038 / nn1530. PMID  16116442. S2CID  16010412.
  13. ^ а б Ховард, Дэвид М .; Джейми Ангус (2006). Акустика и психоакустика. Focal Press. С. 200–3. ISBN  978-0-240-51995-1.
  14. ^ Университет Макгилла. Физический факультет. Гай Д. Мур. Лекция 26: Перкуссия. «Последовательность 1; 1:51; 1:99; 2:44; 2:89 - это почти 1; 1: 5; 2; 2: 5; 3, которая представляет собой гармонический ряд отсутствующей основной гармоники».
  15. ^ Мазер, Джордж (2006). Основы восприятия. Тейлор и Фрэнсис. п. 125. ISBN  978-0-86377-835-3. Получено 11 мая, 2010.
  16. ^ Волны Автозвук. Технология улучшения басов MaxxBass
  17. ^ США Способ и система повышения качества звукового сигнала 5930373 
  18. ^ "ProSoundWeb. LAB: Классическая доска для живого звука. Re: maxxbass сообщения Дуга Фаулера 28-29 июня 2008 г. ". Архивировано из оригинал на 2011-05-21. Получено 2008-09-03.
  19. ^ Патент США 5,930,373
  20. ^ Норем, Джош (май 2004 г.). "MaxxBass MiniWoofer". Максимальный ПК: 78. ISSN  1522-4279. Получено 11 мая, 2010.
  21. ^ а б Bundschuh, Пол (15–17 апреля 2004 г.). «Приложения MaxxBass для малых, широкополосных громкоговорителей» (PDF). Громкоговоритель Университет. Нашуа, Нью-Гэмпшир: Waves Audio. Получено 11 мая, 2010.
  22. ^ Арора, Маниш; Сончхол Чан; Хангил Мун (сентябрь 2006 г.). «Алгоритм виртуального усиления низких частот низкой сложности для портативного мультимедийного устройства». Конференция AES. Получено 11 мая, 2010.
  23. ^ Хоутон, Мэтт (апрель 2007 г.). «Better Bass: полное руководство по записи, микшированию и мониторингу низких частот». Звук на звуке. Получено 11 мая, 2010.

внешняя ссылка