Жоқ негізді дыбыстық құбылыс

Кіріспе

Акустикалық құбылыс

Толқын пішініндегі бірінші гармонияның болмауымен қабылданатын дыбық биіктігіне "жоғалған негізгі дыбық" құбылысы дейді. Психоакустика ғылымында естіп білу жүйесінің бір дыбысты екіншіден ажыратуға табиғи бейімділігі бар екені және спектрде жеткілікті гармоникалар жиынтығы болған жағдайда күрделі дыбыққа тұрақты биіктік тағайындалатыны анықталды. Мысалы, егер таза емес нотаның дыбық биіктігі 100 Гц болса, онда ол осы мәннің толық еселігінен тұратын жиілік компоненттерінен құралады (мысалы, 100, 200, 300, 400, 500 Гц). Алайда, кішкентай динамиктер төмен жиілікті дыбыстарды шығара алмайды, сондықтан біздің мысалымызда 100 Гц компоненті болмауы мүмкін. Бірақ, бұл жағдайда да негізгі дыбыққа сәйкес биіктік естілуі мүмкін.

Түсіндірме

Төменгі биіктік (сонымен қатар, жоғалған негізгі немесе виртуалды биіктік деп те аталады) кейде осы жиіліктің көзге көрінетін көзі немесе құрауы болмағанда естілуі мүмкін. Бұл қабылдау мидың қайталану үлгілерін түсіндіруіне байланысты. Бұрын, бұл әсер есту физикасының тудырған бұрмалауларымен алмастырылғандықтан пайда болады деп есептелген. Алайда, кейіннен жасалған тәжірибелер көрсеткендей, егер осы бұрмалаулар болғанда, оларды жасыратын шу қосылғанда да, тыңдаушылар жоғалған негізгіге сәйкес келетін биіктікті естіген, бұл туралы 1954 жылы Дж. К. Р. Ликлйдер хабарлаған. Қазіргі кезде мидің үндеулердегі ақпаратты өңдеп, негізгі жиілікті есептейтіні кеңінен қабылданған. Оның нақты қалай жұмыс істейтіні әлі де даулы, бірақ өңдеу аудио жүйкедегі нейрондық импульстардың уақытын қамтитын автокорреляцияға негізделген сияқты. Дегенмен, кідіріс жасауға қабілетті нейрондық механизмдер (шынайы автокорреляцияның қажетті операциясы) ұзақ уақыттан бері табылған жоқ. Алайда, бұрынғы жұмыстар көрсеткендей, автокорреляциялық функциясында айқын шыңы бар кейбір дыбыстар сәйкес биіктік сезімін тудырмайды, ал автокорреляциялық функциясында шыңы жоқ кейбір дыбыстар биіктік тудырады. Сондықтан автокорреляцияны ең жақсы жағдайда толық емес модель деп санауға болады. Жиіліктердің ең үлкен ортақ бөлгішіне сәйкес келетін жоғалған негізгі дыбыстың биіктігі әрқашан сезілмейді. Гейдельберг университетінде жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, тар стимул жағдайында, гармоникалардың аз саны болғанда, жалпы халықты жоғалған негіздерді сезінетіндерге және оның орнына негізінен үндеулерді еститіндерге бөлуге болады. Бұл үшін қатысушылардан екі кешеннің қозғалыс бағытын (жоғарыға немесе төменге) бірінен соң бірін бағалау сұралынған. Авторлар құрылымдық МРТ және МЭГ қолданып, жоғалған негізгі дыбысты есту сол жақ жартышардың биіктік қабылдауымен байланысты екенін, ал спектрлік есту оң жақ жартышардың басымдығымен байланысты екенін көрсетті, сондай-ақ соңғы басымдылықты көрсеткендер музыканттар екенін анықтады. Иан Хауэллдің "Спектрлік конвертті талдау: Вокалдық тон түстерінің жалпы теориясына қарай" (2016) еңбегінде, ол барлық адамдар жоғалған негіздерді естімейтінін, бірақ оларды байқауды үйренуге және үйренуге болатынын жазды. Д. Роберт Ладд және басқалармен бірге жасалған ұқсас зерттеуде, көптеген адамдар гармоникалардан естілетін биіктікті іздеуден спектрлік тұрғыдан осы биіктіктерді табуға ауыса алатыны айтылған.

A low pitch (also known as the pitch of the missing fundamental or virtual pitch) can sometimes be heard when there is no apparent source or component of that frequency. This perception is due to the brain interpreting repetition patterns that are present. It was once thought that this effect was because the missing fundamental was replaced by distortions introduced by the physics of the ear. However, experiments subsequently showed that when a noise was added that would have masked these distortions had they been present, listeners still heard a pitch corresponding to the missing fundamental, as reported by J. C. R. Licklider in 1954. It is now widely accepted that the brain processes the information present in the overtones to calculate the fundamental frequency. The precise way in which it does so is still a matter of debate, but the processing seems to be based on an autocorrelation involving the timing of neural impulses in the auditory nerve. However, it has long been noted that any neural mechanisms which may accomplish a delay (a necessary operation of a true autocorrelation) have not been found. however, earlier work has shown that certain sounds with a prominent peak in their autocorrelation function do not elicit a corresponding pitch percept, and that certain sounds without a peak in their autocorrelation function nevertheless elicit a pitch. Autocorrelation can thus be considered, at best, an incomplete model. The pitch of the missing fundamental, usually at the greatest common divisor of the frequencies present, is not, however, always perceived. Research conducted at Heidelberg University shows that, under narrow stimulus conditions with a small number of harmonics, the general population can be divided into those who perceive missing fundamentals, and those who primarily hear the overtones instead. This was done by asking subjects to judge the direction of motion (up or down) of two complexes in succession. The authors used structural MRI and MEG to show that the preference for missing fundamental hearing correlated with left hemisphere lateralization of pitch perception, where the preference for spectral hearing correlated with right hemisphere lateralization, and those who exhibited the latter preference tended to be musicians. In Parsing the Spectral Envelope: Toward a General Theory of Vocal Tone Color (2016) by Ian Howell, He wrote that although not everyone can hear the missing fundamentals, noticing them can be taught and learned. D. Robert Ladd et al. have a related study that claims that most people can switch from listening for the pitch from the harmonics that are evident to finding these pitches spectrally.

Мысалдар

[[Файл:Тимпани негізгі элементтері жоқ.png|thumb|Тимпани корпустары гармонияға сәйкес тербеліс түрлерін өзгертеді. Мысалы, тимпан 200, 302, 398 және 488 Гц жиілікте ең күшті дыбыс беру үшін реттелуі мүмкін, бұл 100 Гц жиіліктегі негізгі тонның жоқ екенін көрсетеді (дегенмен, шындығындағы басылған негізгі тон 170 Гц). Скрипканың ең төменгі ауа және корпустық резонанстары әдетте 250 Гц мен 300 Гц аралығында болады. Қазіргі заманғы және көптеген тарихи реттеулерде ашық G3 ішегінің негізгі жиілігі 200 Гц-тен төмен, сондықтан скрипканың ең төменгі ноталары әлсіреген негізгі тонға ие, бірақ тыңдаушылар көбінесе оны байқамайды. Көптеген телефондар 300 Гц-тен төменгі дыбыстарды қайта жасай алмайды, бірақ ер адамның дауысының негізгі жиілігі шамамен 150 Гц құрайды. Негізгі тонның жоқтығынан ер адамның дауысының негізгі жиілігі телефон арқылы оның биіктігі ретінде қабылданады. Кейбір кәсіби дыбыс жабдықтарын өндірушілер дыбыс жүйелерінің шығара алатын қабілетінен төменгі ноталарды шығаратын сияқты сезім тудыру үшін осы құбылысты электронды түрде пайдаланады. Аппараттық эффекттер блогында немесе бағдарламалық плагинде дыбыс жүйесінің қауіпсіз түрде қайта жасай алатын жиіліктен төменгі жиілікке сүзгі орнатылады. Сүзгінің жоғары өткізгіш бөлігінен жоғары жиілікті музыкалық сигналдар дыбыс жүйесімен күшейтіледі. Сүзгінің төменгі өткізгіш бөлігінен төменгі жиілікті сигналдар төменгі ноталардың жоғары гармоникаларын синтездеу тізбегіне жіберіледі. Жаңадан жасалған гармоникалар сүзілген төменгі ноталарды қабылдау үшін негізгі шығысқа қосылады. Осы синтетикалық процесті қолданатын құрылғы қабырға арқылы өтетін төменгі жиілікті шу туралы шағымдарды азайтуға және сынғыш заттарға зақым келтірмеу үшін дыбыс деңгейі жоғары музыкадағы төменгі жиілікті азайтуға көмектеседі. Кейбір орган құбырлары осы құбылысты пайдаланып, салыстырмалы түрде кішкентай бас құбырларының өте төмен жиілікті дыбыстарды шығаруына мүмкіндік береді.

[[File:Timpani missing fundamental. png|thumb|Timpani bodies modify modes of vibration to match harmonics. A timpani might be tuned to produce sound most strongly at 200, 302, 398, and 488 Hz, for instance, implying a missing fundamental at 100 Hz (though the actual dampened fundamental is 170 Hz). A violin's lowest air and body resonances generally fall between 250 Hz and 300 Hz. The fundamental frequency of the open G3 string is below 200 Hz in modern tunings as well as most historical tunings, so the lowest notes of a violin have an attenuated fundamental, although listeners seldom notice this. Most common telephones cannot reproduce sounds lower than 300 Hz, but a male voice has a fundamental frequency of approximately 150 Hz. Because of the missing fundamental effect, the fundamental frequencies of male voices are still perceived as their pitches over the telephone. The missing fundamental phenomenon is used electronically by some pro audio manufacturers to allow sound systems to seem to produce notes that are lower in pitch than they are capable of reproducing. In a hardware effects unit or a software plugin, a crossover filter is set at a low frequency above which the sound system is capable of safely reproducing tones. Musical signal content above the high pass part of the crossover filter is sent to the main output which is amplified by the sound system. Low frequency content below the low pass part of the crossover filter is sent to a circuit where harmonics are synthesized above the low notes. The newly created harmonics are mixed back into the main output to create a perception of the filtered out low notes. Using a device with this synthetic process can reduce complaints from low frequency noise carrying through walls and it can be employed to reduce low frequency content in loud music that might otherwise vibrate and damage breakable valuables. Some pipe organs make use of this phenomenon as a resultant tone, which allows relatively smaller bass pipes to produce very low pitched sounds.

Аудио өңдеу қолданбалары

"Жоқ негізгі" деген осы түсінік, дыбыстағы жоғарғы гармоникаларға сүйене отырып қайта жаңғыртылып, төмен жиілікті дыбысты шығара алмайтын дыбыс жүйелерінде басс иллюзиясын жасау үшін қолданылды. 1999 жылдың ортасында Тель-Авивтен Мейр Шашуа, Waves Audio компаниясының негізін қалаушысы, жоғары гармоникаларды синтездеу арқылы жоқ негізгінің сезімін тудыратын алгоритмді патенттеді. Waves Audio компьютер пайдаланушыларына синтезделген гармоникаларды дыбыс файлдарына қолдануға мүмкіндік беретін MaxxBass плагинін шығарды. Кейін Waves Audio, жоғалған негізгі түсінігіне сүйене отырып, төменгі басс дыбысының иллюзиясын беруге арналған кішкентай сабвуферлерді жасады. Екі өнім де төменгі жиілікті компоненттерді қайта шығара алмайтын кішкентай динамиктерге, төменгі басс дыбысын шығара алатын сияқты сезім беру үшін белгілі бір гармоникаларды таңдап өңдеуге мүмкіндік берді. Екі өнімнің де құрамында мақсатты дыбыс жүйесінің қабілетінен асып түсетін төменгі жиілікті дыбыстарды күрт әлсірететін жоғары өткізгіш сүзгі болды. MaxxBass өңдеуімен жазылған танымал әннің бір мысалы – 2001 жылы "Грэмми" сыйлығын жеңіп алған Кристина Агилера, Лил Ким, Мья және Пинк орындаған, Мисси Эллиотт продюсерлік еткен "Леди Мармалед" әні. Көптеген компьютерлік дыбыс жүйелері төменгі басс дыбысын шығара алмайды, ал компьютер арқылы тұтынушыларға ұсынылатын әндер, күшейтілген басс гармоникасын өңдеуден пайда көретін әндер ретінде анықталды.