Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с определенного шага )
Перейти к навигации Перейти к поиску
В нотной записи разные вертикальные положения нот указывают на разную высоту звука . Играть вверху ( справка · информация ) и играть внизу ( справка · информация )About this sound About this sound 

Высота звука - это перцептивное свойство звуков, которое позволяет их упорядочивать по шкале , зависящей от частоты [1] или чаще, высота звука - это качество, которое позволяет судить о звуках как о «высших» и «низших» в смысле, связанном с музыкальными произведениями. мелодии . [2] Высота звука может быть определена только в звуках, частота которых достаточно четкая и стабильная, чтобы их можно было отличить от шума . [3] Высота звука - это основной слуховой атрибут музыкальных тонов , наряду с длительностью , громкостью и тембром.. [4]

Высота звука может быть определена количественно как частота , но высота звука не является чисто объективным физическим свойством; это субъективный психоакустический атрибут звука. Исторически сложилось так, что изучение высоты звука и восприятия высоты звука было центральной проблемой психоакустики и сыграло важную роль в формировании и проверке теорий представления, обработки и восприятия звука в слуховой системе. [5]

Восприятие [ править ]

Шаг и частота [ править ]

Высота звука - это слуховое ощущение, при котором слушатель назначает музыкальные тона относительным позициям на музыкальной шкале, основываясь в первую очередь на своем восприятии частоты вибрации. [6] Высота звука тесно связана с частотой, но они не эквивалентны. Частота - это объективный научный атрибут, который можно измерить. Высота звука - это субъективное восприятие звуковой волны каждым человеком , которое нельзя измерить напрямую. Однако это не обязательно означает, что большинство людей не согласятся, какие ноты выше и ниже.

Эти колебания звуковых волн часто могут быть охарактеризованы с точки зрения частоты . Смолы , как правило , связаны с , и , таким образом количественно , как , частот (в циклах в секунду, или герц), сравнивая звуки , оцениваемой в отношении звуков с чистых тонов (те , с периодическими , синусоидальных сигналов). С помощью этого метода часто можно задать высоту звука сложным и апериодическим звуковым волнам . [7] [8] [9]

Согласно Американскому национальному институту стандартов , высота звука - это слуховой атрибут звука, в соответствии с которым звуки могут быть упорядочены по шкале от низкого до высокого. Поскольку высота звука является таким близким показателем частоты, он почти полностью определяется тем, насколько быстро звуковая волна заставляет воздух колебаться, и почти не имеет ничего общего с интенсивностью или амплитудой волны. То есть «высокий» тон означает очень быстрое колебание, а «низкий» - более медленное колебание. Несмотря на это, идиома, связывающая вертикальную высоту с высотой звука, используется в большинстве языков. [10]По крайней мере, в английском языке это всего лишь одна из многих глубоких концептуальных метафор, связанных с верхом и низом. Точная этимологическая история музыкального смысла высокого и низкого тона до сих пор не ясна. Есть свидетельства того, что люди действительно воспринимают источник звука немного выше или ниже в вертикальном пространстве, когда частота звука увеличивается или уменьшается. [10]

В большинстве случаев высота сложных звуков, таких как речь и музыкальные ноты, очень близко соответствует частоте повторения периодических или почти периодических звуков или обратной величине временного интервала между повторением подобных событий в звуковой форме волны. [8] [9]

Высота сложных тонов может быть неоднозначной, что означает, что в зависимости от наблюдателя могут быть восприняты две или более различных высоты тона. [5] Когда фактическая основная частота может быть точно определена посредством физических измерений, она может отличаться от воспринимаемой высоты звука из-за обертонов , также известных как верхние частичные, гармонические или иные. Сложный тон, состоящий из двух синусоидальных волн 1000 и 1200 Гц, иногда может быть слышен как до трех высот: два спектральных звука при 1000 и 1200 Гц, полученные из физических частот чистых тонов, и комбинированный тон.при 200 Гц, что соответствует частоте повторения сигнала. В подобной ситуации восприятие на частоте 200 Гц обычно называют отсутствующей основной гармоникой , которая часто является наибольшим общим делителем присутствующих частот. [11]

Высота звука в меньшей степени зависит от уровня звукового давления (громкости, громкости) тона, особенно на частотах ниже 1000 Гц и выше 2000 Гц. Высота нижних тонов становится ниже по мере увеличения звукового давления. Например, очень громкий тон 200 Гц кажется на полутон ниже по высоте, чем если бы он был едва слышен. Выше 2000 Гц высота тона увеличивается по мере того, как звук становится громче. [12] Эти результаты были получены в пионерских работах С. Стивенса [13] и У. Сноу. [14]Более поздние исследования, например, А. Коэна, показали, что в большинстве случаев видимые сдвиги основного тона существенно не отличаются от ошибок согласования основного тона. При усреднении оставшиеся сдвиги следовали направлениям кривых Стивенса, но были небольшими (2% или меньше по частоте, то есть не более полутона). [15]

Теории восприятия высоты звука [ править ]

Теории восприятия высоты звука пытаются объяснить, как физический звук и особая физиология слуховой системы работают вместе, чтобы дать ощущение высоты звука. В целом теории восприятия основного тона можно разделить на кодирование места и временное кодирование . Теория места утверждает, что восприятие высоты звука определяется местом максимального возбуждения на базилярной мембране .

Код места, использующий тонотопию в слуховой системе, должен действовать для восприятия высоких частот, поскольку нейроны имеют верхний предел того, насколько быстро они могут синхронизировать свои потенциалы действия . [6] Однако чисто пространственная теория не может объяснить точность восприятия высоты тона в диапазонах низких и средних частот. Более того, есть некоторые свидетельства того, что у некоторых нечеловеческих приматов отсутствует реакция слуховой коры на высоту звука, несмотря на наличие четких тонотопических карт в слуховой коре, что показывает, что тонотопических кодов мест недостаточно для ответов на высоту звука. [16]

Временные теории предлагают альтернативу, которая обращается к временной структуре потенциалов действия, в основном к фазовой синхронизации и синхронизации мод потенциалов действия к частотам в стимуле. Точный способ, которым эта временная структура помогает кодировать высоту звука на более высоких уровнях, все еще обсуждается, но обработка, похоже, основана на автокорреляции потенциалов действия в слуховом нерве. [17] Однако уже давно замечено, что нейронный механизм, который может выполнять задержку - необходимую операцию истинной автокорреляции - не был найден. [6] По крайней мере, одна модель показывает, что временная задержка не нужна для создания автокорреляционной модели восприятия основного тона, обращаясь к фазовым сдвигам.между кохлеарными фильтрами; [18], однако, более ранние работы показали, что некоторые звуки с заметным пиком в их функции автокорреляции не вызывают соответствующего восприятия высоты тона, [19] [20] и что некоторые звуки без пика в их функции автокорреляции, тем не менее, вызывают высоту звука. [21] [22] Чтобы быть более полной моделью, автокорреляция должна применяться к сигналам, которые представляют выходной сигнал улитки , например, через гистограммы межспайковых интервалов слухового нерва. [20] Некоторые теории восприятия высоты тона утверждают, что тон имеет врожденную октавную неоднозначность, и поэтому лучше всего разложить его на цветность основного тона., a periodic value around the octave, like the note names in western music—and a pitch height, which may be ambiguous, that indicates the octave the pitch is in.[5]

Just-noticeable difference[edit]

The just-noticeable difference (jnd) (the threshold at which a change is perceived) depends on the tone's frequency content. Below 500 Hz, the jnd is about 3 Hz for sine waves, and 1 Hz for complex tones; above 1000 Hz, the jnd for sine waves is about 0.6% (about 10 cents).[23]The jnd is typically tested by playing two tones in quick succession with the listener asked if there was a difference in their pitches.[12] The jnd becomes smaller if the two tones are played simultaneously as the listener is then able to discern beat frequencies. The total number of perceptible pitch steps in the range of human hearing is about 1,400; the total number of notes in the equal-tempered scale, from 16 to 16,000 Hz, is 120.[12]

Aural illusions[edit]

The relative perception of pitch can be fooled, resulting in aural illusions. There are several of these, such as the tritone paradox, but most notably the Shepard scale, where a continuous or discrete sequence of specially formed tones can be made to sound as if the sequence continues ascending or descending forever.

Definite and indefinite pitch[edit]

Not all musical instruments make notes with a clear pitch. The unpitched percussion instrument (a class of percussion instrument) does not produce particular pitches. A sound or note of definite pitch is one where a listener can possibly (or relatively easily) discern the pitch. Sounds with definite pitch have harmonic frequency spectra or close to harmonic spectra.[12]

A sound generated on any instrument produces many modes of vibration that occur simultaneously. A listener hears numerous frequencies at once. The vibration with the lowest frequency is called the fundamental frequency; the other frequencies are overtones.[24]Harmonics are an important class of overtones with frequencies that are integer multiples of the fundamental. Whether or not the higher frequencies are integer multiples, they are collectively called the partials, referring to the different parts that make up the total spectrum.

A sound or note of indefinite pitch is one that a listener finds impossible or relatively difficult to identify as to pitch. Sounds with indefinite pitch do not have harmonic spectra or have altered harmonic spectra—a characteristic known as inharmonicity.

It is still possible for two sounds of indefinite pitch to clearly be higher or lower than one another. For instance, a snare drum sounds higher pitched than a bass drum though both have indefinite pitch, because its sound contains higher frequencies. In other words, it is possible and often easy to roughly discern the relative pitches of two sounds of indefinite pitch, but sounds of indefinite pitch do not neatly correspond to any specific pitch.

Pitch standards and standard pitch[edit]

Main article: Concert pitch

A pitch standard (also concert pitch) is the conventional pitch reference a group of musical instruments are tuned to for a performance. Concert pitch may vary from ensemble to ensemble, and has varied widely over musical history.

Standard pitch is a more widely accepted convention. The A above middle C is usually set at 440 Hz (often written as "A = 440 Hz" or sometimes "A440"), although other frequencies, such as 442 Hz, are also often used as variants. Another standard pitch, the so-called Baroque pitch, has been set in the 20th century as A = 415 Hz—approximately an equal-tempered semitone lower than A440 to facilitate transposition. The Classical pitch can be set to either 427 Hz (about halfway between A415 and A440) or 430 Hz (also between A415 and A440 but slightly sharper than the quarter tone). And ensembles specializing in authentic performance set the A above middle C to 432 Hz or 435 Hz when performing repertoire from the Romantic era.

Transposing instruments have their origin in the variety of pitch standards. In modern times, they conventionally have their parts transposed into different keys from voices and other instruments (and even from each other). As a result, musicians need a way to refer to a particular pitch in an unambiguous manner when talking to each other.

For example, the most common type of clarinet or trumpet, when playing a note written in their part as C, sounds a pitch that is called B♭ on a non-transposing instrument like a violin (which indicates that at one time these wind instruments played at a standard pitch a tone lower than violin pitch). To refer to that pitch unambiguously, a musician calls it concert B♭, meaning, "...the pitch that someone playing a non-transposing instrument like a violin calls B♭."

Labeling pitches[edit]

For a comprehensive list of frequencies of musical notes, see Scientific pitch notation and Frequencies of notes.
Note frequencies, four-octave C major diatonic scale, starting with C1.

Pitches are labeled using:

  • Letters, as in Helmholtz pitch notation[25][26]
  • A combination of letters and numbers—as in scientific pitch notation, where notes are labelled upwards from C0, the 16 Hz C
  • Numbers that represent the frequency in hertz (Hz), the number of cycles per second

For example, one might refer to the A above middle C as a′, A4, or 440 Hz. In standard Western equal temperament, the notion of pitch is insensitive to "spelling": the description "G4 double sharp" refers to the same pitch as A4; in other temperaments, these may be distinct pitches. Human perception of musical intervals is approximately logarithmic with respect to fundamental frequency: the perceived interval between the pitches "A220" and "A440" is the same as the perceived interval between the pitches A440 and A880. Motivated by this logarithmic perception, music theorists sometimes represent pitches using a numerical scale based on the logarithm of fundamental frequency. For example, one can adopt the widely used MIDI standard to map fundamental frequency, f, to a real number, p, as follows

This creates a linear pitch space in which octaves have size 12, semitones (the distance between adjacent keys on the piano keyboard) have size 1, and A440 is assigned the number 69. (See Frequencies of notes.) Distance in this space corresponds to musical intervals as understood by musicians. An equal-tempered semitone is subdivided into 100 cents. The system is flexible enough to include "microtones" not found on standard piano keyboards. For example, the pitch halfway between C (60) and C♯ (61) can be labeled 60.5.

The following table shows frequencies in Hertz for notes in various octaves, named according to the "German method" of octave nomenclature:

NoteSub-contraContraGreatSmallOne-linedTwo-linedThree-linedFour-linedFive-lined
B♯/C16.3532.7065.41130.81261.63523.251046.502093.004186.01
C♯/D♭17.3234.6569.30138.59277.18554.371108.732217.464434.92
D18.3536.7173.42146.83293.66587.331174.662349.324698.64
D♯/E♭19.4538.8977.78155.56311.13622.251244.512489.024978.03
E/F♭20.6041.2082.41164.81329.63659.261318.512637.025274.04
E♯/F21.8343.6587.31174.61349.23698.461396.912793.835587.65
F♯/G♭23.1246.2592.50185.00369.99739.991479.982959.965919.91
G24.5049.0098.00196.00392.00783.991567.993135.966271.93
G♯/A♭25.9651.91103.83207.65415.30830.611661.223322.446644.88
A27.5055.00110.00220.00440.00880.001760.003520.007040.00
A♯/B♭29.1458.27116.54233.08466.16932.331864.663729.317458.62
B/C♭30.8761.74123.47246.94493.88987.771975.533951.077902.13

Scales[edit]

The relative pitches of individual notes in a scale may be determined by one of a number of tuning systems. In the west, the twelve-note chromatic scale is the most common method of organization, with equal temperament now the most widely used method of tuning that scale. In it, the pitch ratio between any two successive notes of the scale is exactly the twelfth root of two (or about 1.05946). In well-tempered systems (as used in the time of Johann Sebastian Bach, for example), different methods of musical tuning were used.

In almost all of these systems interval of the octave doubles the frequency of a note; for example, an octave above A440 is 880 Hz. If however the first overtone is sharp due to inharmonicity, as in the extremes of the piano, tuners resort to octave stretching.

Other musical meanings of pitch[edit]

In atonal, twelve tone, or musical set theory a "pitch" is a specific frequency while a pitch class is all the octaves of a frequency. In many analytic discussions of atonal and post-tonal music, pitches are named with integers because of octave and enharmonic equivalency (for example, in a serial system, C♯ and D♭ are considered the same pitch, while C4 and C5 are functionally the same, one octave apart).

Discrete pitches, rather than continuously variable pitches, are virtually universal, with exceptions including "tumbling strains"[27] and "indeterminate-pitch chants".[28] Gliding pitches are used in most cultures, but are related to the discrete pitches they reference or embellish.[29]

See also[edit]

  • 3rd bridge (harmonic resonance based on equal string divisions)
  • Absolute pitch
  • Diplacusis
  • Eight foot pitch
  • Harmonic pitch class profiles
  • Just intonation
  • Meantone temperament
  • Music and mathematics
  • Piano key frequencies
  • Pitch circularity
  • Pitch class
  • Pitch detection algorithm
  • Pitch of brass instruments
  • Pitch shifter
  • Pitch pipe
  • Relative pitch
  • Scale of vowels
  • Vocal and instrumental pitch ranges

References[edit]

  1. ^ Anssi Klapuri, "Introduction to Music Transcription", in Signal Processing Methods for Music Transcription, edited by Anssi Klapuri and Manuel Davy, 1–20 (New York: Springer, 2006): p. 8. ISBN 978-0-387-30667-4.
  2. ^ Plack, Christopher J.; Andrew J. Oxenham; Richard R. Fay, eds. (2005). Pitch: Neural Coding and Perception. New York: Springer. ISBN 978-0-387-23472-4. For the purposes of this book we decided to take a conservative approach, and to focus on the relationship between pitch and musical melodies. Following the earlier ASA definition, we define pitch as 'that attribute of sensation whose variation is associated with musical melodies.' Although some might find this too restrictive, an advantage of this definition is that it provides a clear procedure for testing whether or not a stimulus evokes a pitch, and a clear limitation on the range of stimuli that we need to consider in our discussions.
  3. ^ Harold S. Powers, "Melody", The Harvard Dictionary of Music, fourth edition, edited by Don Michael Randel, 499–502 (Cambridge: Belknap Press for Harvard University Press, 2003) ISBN 978-0-674-01163-2. "Melody: In the most general case, a coherent succession of pitches. Here pitch means a stretch of sound whose frequency is clear and stable enough to be heard as not noise; succession means that several pitches occur; and coherent means that the succession of pitches is accepted as belonging together" (p. 499).
  4. ^ Roy D. Patterson; Etienne Gaudrain & Thomas C. Walters (2010). "The Perception of Family and Register in Musical Tones". In Mari Riess Jones; Richard R. Fay & Arthur N. Popper (eds.). Music Perception. Springer. pp. 37–38. ISBN 978-1-4419-6113-6.
  5. ^ a b c Hartmann, William Morris (1997). Signals, Sound, and Sensation. Springer. pp. 145, 284, 287. ISBN 978-1-56396-283-7.
  6. ^ a b c Plack, Christopher J.; Andrew J. Oxenham; Richard R. Fay, eds. (2005). Pitch: Neural Coding and Perception. Springer. ISBN 978-0-387-23472-4.
  7. ^ Robert A. Dobie & Susan B. Van Hemel (2005). Hearing Loss: Determining Eligibility for Social Security Benefits. National Academies Press. pp. 50–51. ISBN 978-0-309-09296-8.
  8. ^ a b E. Bruce Goldstein (2001). Blackwell Handbook of Perception (4th ed.). Wiley-Blackwell. p. 381. ISBN 978-0-631-20683-5.
  9. ^ a b Richard Lyon & Shihab Shamma (1996). "Auditory Representation of Timbre and Pitch". In Harold L. Hawkins & Teresa A. McMullen (eds.). Auditory Computation. Springer. pp. 221–23. ISBN 978-0-387-97843-7.
  10. ^ a b Carroll C. Pratt, "The Spatial Character of High and Low Tones", Journal of Experimental Psychology 13 (1930): 278–85.
  11. ^ Schwartz, David A.; Dale Purves (May 2004). "Pitch Is Determined by Naturally Occurring Periodic Sounds". Hearing Research. 194 (1–2): 31–46. doi:10.1016/j.heares.2004.01.019. PMID 15276674. S2CID 40608136.
  12. ^ a b c d Olson, Harry F. (1967). Music, Physics and Engineering. Dover Publications. pp. 171, 248–251. ISBN 978-0-486-21769-7.
  13. ^ Stevens S. S. The relation of pitch to intensity//J. Acoust. Soc. Amer. 1935. Vol. 6. P. 150-154.
  14. ^ Snow W. B. (1936) Change of Pitch with Loudness at Low Frequencies. J. Acoust. Soc. Am/ 8:14–19.
  15. ^ Cohen, A. (1961). Further investigation of the effects of intensity upon the pitch of pure tones. Journal of the Acoustical Society of America, 33, 1363–1376. https://dx.doi.org/10.1121/1.1908441
  16. ^ Norman-Haignere, S.V.; Kanwisher, N.G.; McDermott, J.; Conway, B.R. (10 June 2019). "Divergence in the functional organization of human and macaque auditory cortex revealed by fMRI responses to harmonic tones". Nature Neuroscience. 22 (7): 1057–1060. doi:10.1038/s41593-019-0410-7. ISSN 1097-6256. PMC 6592717. PMID 31182868.
  17. ^ Cariani, P.A.; Delgutte, B. (September 1996). "Neural Correlates of the Pitch of Complex Tones. I. Pitch and Pitch Salience" (PDF). Journal of Neurophysiology. 76 (3): 1698–1716. doi:10.1152/jn.1996.76.3.1698. PMID 8890286. Retrieved 13 November 2012.
  18. ^ Cheveigné, A. de; Pressnitzer, D. (June 2006). "The Case of the Missing Delay Lines: Synthetic Delays Obtained 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. Retrieved 13 November 2012.
  19. ^ Kaernbach, C.; Demany, L. (October 1998). "Psychophysical Evidence Against the Autocorrelation Theory of Auditory Temporal Processing". Journal of the Acoustical Society of America. 104 (4): 2298–2306. Bibcode:1998ASAJ..104.2298K. doi:10.1121/1.423742. PMID 10491694.
  20. ^ a b Pressnitzer, D.; Cheveigné, A. de; Winter, I.M. (January 2002). "Perceptual Pitch Shift for Sounds with Similar Waveform Autocorrelation". Acoustics Research Letters Online. 3 (1): 1–6. doi:10.1121/1.1416671.
  21. ^ Burns, E.M.; Viemeister, N. F. (October 1976). "Nonspectral Pitch". Journal of the Acoustical Society of America. 60 (4): 863–69. Bibcode:1976ASAJ...60..863B. doi:10.1121/1.381166.
  22. ^ Fitzgerald, M. B.; Wright, B. (December 2005). "A Perceptual Learning Investigation of the Pitch Elicited by Amplitude-Modulated Noise". Journal of the Acoustical Society of America. 118 (6): 3794–3803. Bibcode:2005ASAJ..118.3794F. doi:10.1121/1.2074687. PMID 16419824.
  23. ^ Birger Kollmeier; Thomas Brand & B. Meyer (2008). "Perception of Speech and Sound". In Jacob Benesty; M. Mohan Sondhi & Yiteng Huang (eds.). Springer Handbook of Speech Processing. Springer. p. 65. ISBN 978-3-540-49125-5.
  24. ^ Levitin, Daniel (2007). This Is Your Brain on Music. New York: Penguin Group. p. 40. ISBN 978-0-452-28852-2. The one with the slowest vibration rate—the one lowest in pitch—is referred to as the fundamental frequency, and the others are collectively called overtones.
  25. ^ The Concise Grove Dictionary of Music: Hermann von Helmholtz, Oxford University Press (1994), Answers.com. Retrieved 3 August 2007.
  26. ^ Helmholtz, Hermann (1885). On the Sensations of Tone (English Translation). p. 15. ISBN 9781602066397.
  27. ^ Sachs, C. and Kunst, J. (1962). In The Wellsprings of Music, edited by J. Kunst. The Hague: Marinus Nijhoff. Cited in Burns (1999).
  28. ^ Malm, W.P. (1967). Music Cultures of the Pacific, the Near East, and Asia. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. Cited in Burns (1999).
  29. ^ Burns, Edward M. (1999). "Intervals, Scales, and Tuning", The Psychology of Music, second edition. Deutsch, Diana, ed. San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-213564-4.

Further reading[edit]

  • Moore, B.C. & Glasberg, B.R. (1986) "Thresholds for Hearing Mistuned Partials as Separate Tones in Harmonic Complexes". Journal of the Acoustical Society of America, 80, 479–83.
  • Parncutt, R. (1989). Harmony: A Psychoacoustical Approach. Berlin: Springer-Verlag, 1989.
  • Schneider, P.; Sluming, V.; Roberts, N.; Scherg, M.; Goebel, R.; Specht, H.-J.; Dosch, H.G.; Bleeck, S.; Stippich, C.; Rupp, A. (2005). "Structural and Functional Asymmetry of Lateral Heschl's Gyrus Reflects Pitch Perception Preference". Nat. Neurosci.[full citation needed] 8, 1241–47.
  • Terhardt, E., Stoll, G. and Seewann, M. (1982). "Algorithm for Extraction of Pitch and Pitch Salience from Complex Tonal Signals". Journal of the Acoustical Society of America, 71, 679–88.

External links[edit]