Отсутствует фундаментальный
Высота звука, воспринимаемая при отсутствии первой гармоники в форме волны, называется недостающим фундаментальным явлением. [1]
установлено, В психоакустике что слуховая система, обладая естественной склонностью отличать один тон от другого, будет упорно присваивать высоту сложному тону при наличии в спектре достаточного набора гармоник. [2]
Например, если нота (не являющаяся чистым тоном ) имеет высоту 100 Гц , она будет состоять из частотных составляющих, кратных этому значению (например, 100, 200, 300, 400, 500.... Гц). ). Однако динамики меньшего размера могут не воспроизводить низкие частоты, поэтому в нашем примере компонент 100 Гц может отсутствовать. Тем не менее, звук, соответствующий основному тону, все еще можно услышать.
Объяснение
[ редактировать ]
Низкий тон (также известный как звук отсутствующего основного или виртуального звука). [3] ) иногда можно услышать, когда нет видимого источника или компонента этой частоты. Такое восприятие обусловлено тем, что мозг интерпретирует имеющиеся шаблоны повторения. [4] [5] [6]
Когда-то считалось, что этот эффект возник из-за того, что недостающая основа была заменена искажениями, вносимыми физикой уха. Однако впоследствии эксперименты показали, что когда добавлялся шум, который замаскировал бы эти искажения, если бы они присутствовали, слушатели все равно слышали высоту, соответствующую отсутствующей основной частоте, как сообщил Дж. К. Р. Ликлайдер в 1954 году. [7] В настоящее время широко признано, что мозг обрабатывает информацию, содержащуюся в обертонах, для расчета основной частоты. Точный способ, которым это происходит, до сих пор остается предметом споров, но обработка, по-видимому, основана на автокорреляции, включающей синхронизацию нервных импульсов в слуховом нерве. [8] Однако уже давно замечено, что не обнаружено каких-либо нейронных механизмов, которые могли бы осуществить задержку (необходимую операцию истинной автокорреляции). [6] По крайней мере, одна модель показывает, что временная задержка не является необходимой для создания автокорреляционной модели восприятия высоты звука, апеллирующей к фазовым сдвигам между кохлеарными фильтрами ; [9] однако более ранняя работа показала, что некоторые звуки с заметным пиком автокорреляционной функции не вызывают соответствующего восприятия высоты звука. [10] [11] и что некоторые звуки без пика автокорреляционной функции, тем не менее, вызывают высоту звука. [12] [13] Таким образом, автокорреляцию можно считать в лучшем случае неполной моделью.
Высота недостающей основной тональности, обычно равная наибольшему общему делителю присутствующих частот, [14] однако не всегда осознается. Исследования, проведенные в Гейдельбергском университете, показывают, что в условиях узких стимулов с небольшим количеством гармоник население в целом можно разделить на тех, кто воспринимает недостающие основные моменты, и тех, кто вместо этого в первую очередь слышит обертоны. [15] Для этого испытуемых просили оценить направление движения (вверх или вниз) двух последовательных комплексов . Авторы использовали структурную МРТ и МЭГ, чтобы показать, что предпочтение отсутствия основного слуха коррелирует с латерализацией восприятия высоты в левом полушарии, при этом предпочтение спектрального слуха коррелирует с латерализацией правого полушария, а те, кто проявлял последнее предпочтение, как правило, были музыкантами. .
В книге «Разбор спектральной оболочки: к общей теории цвета голосового тона » (2016) Яна Хауэлла он написал, что, хотя не каждый может услышать недостающие основы, замечая их, можно научить и изучить. [16] Д. Роберт Лэдд и др. есть аналогичное исследование, в котором утверждается, что большинство людей могут переключиться с прослушивания высоты звука на очевидные гармоники на поиск этих звуков спектрально. [17]
Примеры
[ редактировать ]
Литавры производят негармоничные обертоны, но сконструированы и настроены так, чтобы воспроизводить почти гармонические обертоны с подразумеваемым недостающим основным тоном. При обычном ударе (от половины до трех четвертей расстояния от центра до края) основная нота литавр очень слаба по отношению к ее «гармоническим» обертонам со второй по пятую. [18] Например, литавры могут быть настроены на наиболее сильное воспроизведение звука на частотах 200, 302, 398 и 488 Гц, что подразумевает отсутствие основной частоты на частоте 100 Гц (хотя фактическая заглушенная основная частота составляет 170 Гц). [19]
Самые низкие резонансы воздуха и тела скрипки обычно находятся в диапазоне от 250 до 300 Гц. Основная частота открытой струны G3 находится ниже 200 Гц в современных строях, а также в большинстве исторических строев , поэтому самые низкие ноты скрипки имеют ослабленную основную основу, хотя слушатели редко это замечают. [ нужна ссылка ]
Большинство обычных телефонов не могут воспроизводить звуки ниже 300 Гц, однако основная частота мужского голоса составляет примерно 150 Гц. Из-за отсутствия фундаментального эффекта основные частоты мужских голосов по-прежнему воспринимаются как их высота по телефону. [20] [ нужно обновить? ]
Недостающее фундаментальное явление используется в электронном виде некоторыми производителями профессионального аудио, чтобы звуковые системы создавали впечатление, что воспроизводят ноты более низкой высоты, чем они способны воспроизвести. [21] В блоке аппаратных эффектов или программном плагине кроссоверный фильтр устанавливается на низкую частоту, выше которой звуковая система способна безопасно воспроизводить звуки. Содержимое музыкального сигнала выше высокочастотной части кроссоверного фильтра отправляется на основной выход, который усиливается звуковой системой. Низкочастотный контент ниже низкочастотной части кроссоверного фильтра отправляется в схему, где гармоники синтезируются выше низких нот. Вновь созданные гармоники снова смешиваются с основным выходом, чтобы создать ощущение отфильтрованных низких нот. [22] Использование устройства с этим синтетическим процессом может уменьшить жалобы на низкочастотный шум, распространяющийся через стены, и его можно использовать для уменьшения низкочастотного содержания в громкой музыке, которая в противном случае могла бы вибрировать и повредить хрупкие ценности. [23]
Некоторые органы используют это явление в качестве результирующего тона , который позволяет относительно меньшим басовым трубам производить очень низкие звуки.
Приложения для обработки звука
[ редактировать ]Сама концепция «недостающего основного тона», воспроизводимого на основе обертонов тона, использовалась для создания иллюзии баса в звуковых системах, которые не способны воспроизводить такие басы. В середине 1999 года Меир Шашуа из Тель-Авива , соучредитель Waves Audio , запатентовал алгоритм, позволяющий создать ощущение недостающего основного звука путем синтеза высших гармоник. [24] Waves Audio выпустила плагин MaxxBass , позволяющий пользователям компьютеров применять синтезированные гармоники к своим аудиофайлам. Позже Waves Audio выпустила небольшие сабвуферы , в которых использовалась недостающая фундаментальная концепция, создающая иллюзию низких басов. [25] Оба продукта избирательно обрабатывали определенные обертоны, чтобы маленькие громкоговорители, которые не могли воспроизводить низкочастотные компоненты, звучали так, как будто они способны воспроизводить низкие басы. Оба продукта включали фильтр верхних частот , который значительно ослаблял все низкочастотные тона, которые, как ожидалось, находились за пределами возможностей целевой звуковой системы. [26] Одним из примеров популярной песни, записанной с обработкой MaxxBass, является « Lady Marmalade », версия, удостоенная премии Грэмми 2001 года, в исполнении Кристины Агилеры , Лил Ким , Миа и Пинк , спродюсированная Мисси Эллиотт . [26]
Другие компании, занимающиеся программным и аппаратным обеспечением, разработали свои собственные версии недостающих продуктов для усиления басов на фундаментальной основе. Плохое воспроизведение басов в наушниках было определено как возможная цель такой обработки. [27] Многие компьютерные звуковые системы не поддерживают низкие басы, а песни, предлагаемые потребителям через компьютер, были идентифицированы как те, которые могут выиграть от расширенной обработки басовых гармоник. [28]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ховард, Дэвид М.; Ангус, JAS (2017). Акустика и психоакустика Пятое издание (5-е изд.). Нью-Йорк: Рутледж. п. 123. ИСБН 9781315716879 .
- ^ Хартманн, Уильям (декабрь 1996 г.). «Высота звука, периодичность и слуховая организация» (PDF) . Акустическое общество Америки . 100 (6): 3491–3902. дои : 10.1121/1.417248 . PMID 8969472 – через Университет штата Мичиган.
- ^ «Алгоритм виртуального шага Терхардта и расширений» .
- ^ Ян Шнупп, Исраэль Нелькен и Эндрю Кинг (2011). Слуховая нейронаука . С Прессой. ISBN 978-0-262-11318-2 . Архивировано из оригинала 18 марта 2012 г. Проверено 30 августа 2018 г.
- ^ Джон Кларк, Колин Яллоп и Джанет Флетчер (2007). Введение в фонетику и фонологию . Издательство Блэквелл. ISBN 978-1-4051-3083-7 .
- ^ Jump up to: а б Кристофер Дж. Плак (2005). Питч: нейронное кодирование и восприятие . Спрингер. ISBN 978-0-387-23472-4 .
- ^ Питер М. Тодд и Д. Гарет Лой (1991). Музыка и коннекционизм . МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-20081-3 .
- ^ Кариани, Пенсильвания; Дельгутте, Б. (сентябрь 1996 г.). «Нейронные корреляты высоты сложных тонов. I. Высота и значимость высоты звука» (PDF) . Журнал нейрофизиологии . 76 (3): 1698–1716. дои : 10.1152/jn.1996.76.3.1698 . ПМИД 8890286 . Проверено 13 ноября 2012 г.
- ^ де Шевенье, А.; Пресснитцер, Д. (июнь 2006 г.). «Случай отсутствия линий задержки: синтетические задержки, полученные в результате межканального фазового взаимодействия» (PDF) . Журнал Акустического общества Америки . 119 (6): 3908–3918. Бибкод : 2006ASAJ..119.3908D . дои : 10.1121/1.2195291 . ПМИД 16838534 . Проверено 13 ноября 2012 г.
- ^ Кернбах, К.; Демани, Л. (октябрь 1998 г.). «Психофизические доказательства против теории автокорреляции слуховой временной обработки». Журнал Акустического общества Америки . 104 (4): 2298–2306. Бибкод : 1998ASAJ..104.2298K . дои : 10.1121/1.423742 . ПМИД 10491694 . S2CID 18133681 .
- ^ Прессницер, Д.; де Шевенье, А.; Зима, ИМ (январь 2002 г.). «Перцепционный сдвиг высоты звука для звуков с похожей автокорреляцией формы волны» . Письма об акустических исследованиях в Интернете . 3 (1): 1–6. дои : 10.1121/1.1416671 . S2CID 123182480 .
- ^ Бернс, Э.М.; Вимейстер, Н.Ф. (октябрь 1976 г.). «Неспектральный слух». Журнал Акустического общества Америки . 60 (4): 863–869. Бибкод : 1976ASAJ...60..863B . дои : 10.1121/1.381166 .
- ^ Фицджеральд, МБ; Райт, Б. (декабрь 2005 г.). «Исследование перцептивного обучения высоте звука, вызываемого амплитудно-модулированным шумом». Журнал Акустического общества Америки . 118 (6): 3794–3803. Бибкод : 2005ASAJ..118.3794F . дои : 10.1121/1.2074687 . ПМИД 16419824 .
- ^ Шварц, Д.А.; Первс, Д. (май 2004 г.). «Высота звука определяется естественными периодическими звуками» (PDF) . Исследование слуха . 194 (1–2): 31–46. дои : 10.1016/j.heares.2004.01.019 . ПМИД 15276674 . S2CID 40608136 . Архивировано из оригинала (PDF) 8 декабря 2012 г. Проверено 4 сентября 2012 г.
- ^ Шнайдер, П.; Слюминг, В.; Робертс, Н.; Шерг, М.; Гебель, Р.; Шпехт, Х.; Дош, Х.Г.; Блик, С.; Стиппич, К.; Рупп, А. (август 2005 г.). «Структурная и функциональная асимметрия латеральной извилины Хешля отражает предпочтение восприятия высоты звука» (PDF) . Природная неврология . 8 (9): 1241–1247. дои : 10.1038/nn1530 . ПМИД 16116442 . S2CID 16010412 . Архивировано из оригинала (PDF) 9 августа 2017 г. Проверено 22 июля 2012 г.
- ^ Хауэлл, И. (2017). Анализ спектральной оболочки: к общей теории цвета голосовых тонов [Докторская диссертация, Музыкальная консерватория Новой Англии] . https://www.nats.org/_Library/So_You_Want_To_Sing_Book_Series/HOWELL-Parsing-the-spectral-envelope-PROQUEST-FINAL.pdf
- ^ Лэдд, Роберт (2013). «Закономерности индивидуальных различий в восприятии недостающих основных тонов» . Журнал экспериментальной психологии . 39 (5): 1386–1397. дои : 10.1037/a0031261 . hdl : 11858/00-001M-0000-0010-247B-4 . PMID 23398251 – через Pubmed.
- ^ Jump up to: а б Ховард, Дэвид М.; Джейми Ангус (2006). Акустика и психоакустика . Фокальная пресса. стр. 200–3. ISBN 978-0-240-51995-1 .
- ^ Университет Макгилла. Физический факультет. Гай Д. Мур. Лекция 26: Перкуссия. Архивировано 24 сентября 2015 г. в Wayback Machine . «Последовательность 1; 1:51; 1:99; 2:44; 2:89 — это почти 1; 1:5; 2; 2:5; 3, которая представляет собой гармонический ряднедостающий фундамент».
- ^ Мазер, Джордж (2006). Основы восприятия . Тейлор и Фрэнсис. п. 125. ИСБН 978-0-86377-835-3 . Проверено 11 мая 2010 г.
- ^ Автомобильное аудио Waves. Технология улучшения басов MaxxBass
- ^ US 5930373 "Способ и система повышения качества звукового сигнала".
- ^ «ProSoundWeb. LAB: The Classic Live Audio Board. Re: сообщения maxxbass Дуга Фаулера, 28–29 июня 2008 г.» . Архивировано из оригинала 21 мая 2011 г. Проверено 3 сентября 2008 г.
- ^ Патент США 5 930 373.
- ^ Норем, Джош (май 2004 г.). «Минивуфер MaxxBass» . Максимум ПК : 78. ISSN 1522-4279 . Проверено 11 мая 2010 г.
- ^ Jump up to: а б Бундшу, Пол (15–17 апреля 2004 г.). «Приложения MaxxBass для небольших полнодиапазонных громкоговорителей» (PDF) . Университет громкоговорителей . Нашуа, Нью-Гэмпшир: Waves Audio. Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2011 года . Проверено 11 мая 2010 г.
- ^ Арора, Маниш; Сончхоль Чан; Хангиль Мун (сентябрь 2006 г.). «Алгоритм улучшения виртуальных басов низкой сложности для портативного мультимедийного устройства» . Конференция АЭС . Проверено 11 мая 2010 г.
- ^ Хоутон, Мэтт (апрель 2007 г.). «Better Bass: Полное руководство по записи, микшированию и мониторингу низких частот» . Звук на звуке . Проверено 11 мая 2010 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Pitch Paradoxical. Архивировано 13 августа 2003 г. в Wayback Machine.
- Структурная и функциональная асимметрия латеральной извилины Хешля отражает предпочтение восприятия высоты звука – реферат Гейдельбергского исследования, опубликованный в журнале Nature Neuroscience 8, 1241–1247 (2005); загрузка полной статьи требует оплаты
- Как вы слышите звуки? - ветка дискуссионного форума об исследовании Гейдельберга со ссылкой на звуковой файл, использованный в исследовании, чтобы читатели могли определить, являются ли они фундаментальными или обертонными слушателями.
