Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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 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 основной гармонике, все же может быть слышна.

Объяснение [ править ]

НОД частоты всех гармоник - основная (пунктирная).

Низкий тон (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 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. [4] В настоящее время широко признано, что мозг обрабатывает информацию, содержащуюся в обертонах, для вычисления 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. [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 не нужна для создания модели автокорреляции восприятия основного тона, обращаясь к фазовым сдвигам между кохлеарными фильтрами ; [6], однако, более ранние работы показали, что некоторые звуки с заметным пиком в их функции автокорреляции не вызывают соответствующего восприятия высоты тона, [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 равная наибольшему общему делителю присутствующих частот [11] , однако, 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. [12] Это было сделано, когда испытуемых просили оценить направление движения (вверх или вниз) двух комплексов подряд . Авторы использовали структурную 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 [ править ]

Тела литавр изменяют режимы вибрации, чтобы соответствовать гармоникам. [13] Красный: гармоники воспринимаемой высоты звука. Темно-синий: заметные формы вибрации. Играть C0 арфа-тимпано-арфа ( помощь · информация ) 

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. [13] Литавры могут быть настроены для получения звука наиболее сильно 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]

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. [ необходима цитата ]

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 по-прежнему воспринимаются по телефону как их высота. [15] [ требуется обновление? ]

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. [16] 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.[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, которая в противном случае могла бы вибрировать и повредить хрупкие ценности. [18]

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

Приложения для обработки звука [ править ]

Сама концепция «недостающей основной», воспроизводимая на основе обертонов в тоне, использовалась 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. [19] 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. [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 ослаблял 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 " Lady Marmalade ", версия 2001 года, удостоенная премии Грэмми, в исполнении Кристины Агилеры , Лил Ким , Майи и Пинк , спродюсированная 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 наушниками было определено 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 басовых гармоник. [23]

См. Также [ править ]

  • Психоакустика
  • Субгармоника

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ян Шнупп, Исраэль Нелькен и Эндрю Кинг (2011). Слуховая неврология . MIT Press. ISBN 978-0-262-11318-2. Архивировано из оригинала на 2012-03-18 . Проверено 30 августа 2018 .
  2. ^ Джон Кларк, Колин Яллоп и Джанет Флетчер (2007). Введение в фонетику и фонологию . Блэквелл Паблишинг. ISBN 978-1-4051-3083-7.
  3. ^ a b Кристофер Дж. Плак (2005). Питч: 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. ^ Кариани, Пенсильвания; Делгутте, Б. (сентябрь 1996 г.). "Нейронные корреляты высоты звука сложных тонов. I. Высота звука и высота звука" (PDF) . Журнал нейрофизиологии . 76 (3): 1698–1716. DOI : 10,1152 / jn.1996.76.3.1698 . PMID 8890286 . Проверено 13 ноября 2012 года .   CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  6. ^ de Cheveigné, A .; Пресснитцер, Д. (июнь 2006 г.). «Случай отсутствия линий задержки: синтетические задержки, полученные путем межканального фазового взаимодействия» (PDF) . Журнал Акустического общества Америки . 119 (6): 3908–3918. Bibcode : 2006ASAJ..119.3908D . DOI : 10.1121 / 1.2195291 . PMID 16838534 . Проверено 13 ноября 2012 года .   CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  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 . DOI : 10.1121 / 1.423742 . PMID 10491694 . S2CID 18133681 .  
  8. ^ Pressnitzer, D .; de Cheveigné, A .; Winter, IM (январь 2002 г.). «Перцепционный сдвиг высоты звука для звуков с автокорреляцией одинаковой формы волны» . Письма об исследованиях акустики в Интернете . 3 (1): 1–6. DOI : 10.1121 / 1.1416671 . S2CID 123182480 . 
  9. ^ Бернс, EM; Viemeister, NF (октябрь 1976 г.). «Неспектральная высота». Журнал Акустического общества Америки . 60 (4): 863–869. Bibcode : 1976ASAJ ... 60..863B . DOI : 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 . DOI : 10.1121 / 1.2074687 . PMID 16419824 . 
  11. ^ Шварц, DA; Первес, Д. (май 2004 г.). «Высота звука определяется естественными периодическими звуками» (PDF) . Слуховые исследования . 194 (1-2): 31–46. DOI : 10.1016 / j.heares.2004.01.019 . PMID 15276674 . S2CID 40608136 . Архивировано из оригинального (PDF) 8 декабря 2012 года . Проверено 4 сентября 2012 года .    CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  12. ^ Schneider, P .; Слюминь, В .; Roberts, N .; Scherg, M .; Goebel, R .; Specht, H .; Dosch, HG; Bleeck, S .; Stippich, C .; Рупп, А. (август 2005 г.). «Структурная и функциональная асимметрия боковой извилины Хешля отражает предпочтение восприятия высоты звука» (PDF) . Природа Неврологии . 8 (9): 1241–1247. DOI : 10.1038 / nn1530 . PMID 16116442 . S2CID 16010412 .   
  13. ^ a b 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: Ударные . «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. Проверено 11 мая 2010 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  16. ^ Волны Car Audio. Технология улучшения басов MaxxBass
  17. ^ США Метод и система улучшения качества звукового сигнала 5930373 
  18. ^ "ProSoundWeb. LAB: Classic Live Audio Board. Re: maxxbass сообщения Дуга Фаулера 28-29 июня 2008 г." . Архивировано из оригинала на 2011-05-21 . Проверено 3 сентября 2008 .
  19. ^ Патент США 5,930,373
  20. ^ Норем, Джош (май 2004). "MaxxBass MiniWoofer" . Максимальное количество ПК : 78. ISSN 1522-4279 . Проверено 11 мая 2010 года .  CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  21. ^ a b Bundschuh, Пол (15–17 апреля 2004 г.). «Приложения MaxxBass для малых, широкополосных громкоговорителей» (PDF) . Громкоговоритель Университет . Нашуа, Нью-Гэмпшир: Waves Audio . Проверено 11 мая 2010 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  22. ^ Арора, Маниш; Сончхол Чан; Хангил Мун (сентябрь 2006 г.). «Алгоритм виртуального усиления низких частот низкой сложности для портативного мультимедийного устройства» . Конференция AES . Проверено 11 мая 2010 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  23. ^ Houghton, Мэтт (апрель 2007 г.). «Лучший бас: полное руководство по записи, микшированию и мониторингу низких частот» . Звук на Звук . Проверено 11 мая 2010 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )

Внешние ссылки [ править ]

  • Шаг парадоксальный
  • Структурная и функциональная асимметрия латеральной извилины Хешля отражает предпочтение восприятия звука - отрывок из исследования Гейдельберга, опубликованного в Nature Neuroscience 8, 1241–1247 (2005); загрузка полной статьи требует оплаты
  • Как вы слышите тоны? - ветка дискуссионного форума об исследовании Гейдельберга со ссылкой на звуковой файл, использованный в исследовании, чтобы читатели могли определить, являются ли они фундаментальными слушателями или слушателями обертона