El tono que se percibe con el primer armónico ausente en la forma de onda se denomina fenómeno fundamental faltante. [1]
En psicoacústica está establecido que el sistema auditivo, con su tendencia natural a distinguir un tono de otro, asignará persistentemente un tono a un tono complejo, siempre que esté presente un conjunto suficiente de armónicos en el espectro. [2]
Por ejemplo, cuando una nota (que no es un tono puro ) tiene un tono de 100 Hz , estará formada por componentes de frecuencia que son múltiplos enteros de ese valor (por ejemplo, 100, 200, 300, 400, 500... Hz). ). Sin embargo, es posible que los altavoces más pequeños no produzcan frecuencias bajas, por lo que en nuestro ejemplo puede faltar el componente de 100 Hz. Sin embargo, aún se puede escuchar un tono correspondiente a la fundamental.
A veces se puede escuchar un tono bajo (también conocido como tono del tono fundamental o virtual faltante [3] ) cuando no hay una fuente o componente aparente de esa frecuencia. Esta percepción se debe a que el cerebro interpreta los patrones de repetición que están presentes. [4] [5] [6]
Alguna vez se pensó que este efecto se debía a que la fundamental faltante fue reemplazada por distorsiones introducidas por la física del oído. Sin embargo, experimentos posteriores demostraron que cuando se añadía un ruido que habría enmascarado estas distorsiones si hubieran estado presentes, los oyentes todavía escuchaban un tono correspondiente a la fundamental faltante, como informó JCR Licklider en 1954. [7] Ahora está ampliamente aceptado que el cerebro procesa la información presente en los armónicos para calcular la frecuencia fundamental. La forma precisa en que lo hace aún es un tema de debate, pero el procesamiento parece basarse en una autocorrelación que involucra la sincronización de los impulsos neuronales en el nervio auditivo. [8] Sin embargo, desde hace tiempo se ha observado que no se ha encontrado ningún mecanismo neuronal que pueda lograr un retraso (una operación necesaria de una verdadera autocorrelación). [6] Al menos un modelo muestra que un retraso temporal es innecesario para producir un modelo de autocorrelación de percepción del tono, apelando a cambios de fase entre filtros cocleares ; [9] sin embargo, trabajos anteriores han demostrado que ciertos sonidos con un pico prominente en su función de autocorrelación no provocan una percepción de tono correspondiente, [10] [11] y que ciertos sonidos sin un pico en su función de autocorrelación, sin embargo, provocan un tono. [12] [13] Por lo tanto, la autocorrelación puede considerarse, en el mejor de los casos, un modelo incompleto.
Sin embargo, no siempre se percibe el tono de la fundamental faltante, normalmente en el máximo común divisor de las frecuencias presentes [14]. La investigación realizada en la Universidad de Heidelberg muestra que, bajo condiciones de estímulo estrechas con una pequeña cantidad de armónicos, la población general se puede dividir entre aquellos que perciben que faltan fundamentos y aquellos que escuchan principalmente los armónicos. [15] Esto se hizo pidiendo a los sujetos que juzgaran la dirección del movimiento (arriba o abajo) de dos complejos en sucesión . Los autores utilizaron resonancia magnética estructural y MEG para mostrar que la preferencia por la pérdida de la audición fundamental se correlacionaba con la lateralización de la percepción del tono en el hemisferio izquierdo, mientras que la preferencia por la audición espectral se correlacionaba con la lateralización del hemisferio derecho, y aquellos que exhibían esta última preferencia tendían a ser músicos. .
En Analizando la envolvente espectral: hacia una teoría general del color del tono vocal (2016) de Ian Howell, escribió que aunque no todos pueden escuchar los fundamentos que faltan, se puede enseñar y aprender a notarlos. [16] D. Robert Ladd y otros. Tengo un estudio relacionado que afirma que la mayoría de las personas pueden pasar de escuchar el tono de los armónicos que son evidentes a encontrar estos tonos espectralmente. [17]
Los timbales producen armónicos inarmónicos , pero están construidos y afinados para producir armónicos casi armónicos a una fundamental faltante implícita. Golpeada de la forma habitual (de la mitad a tres cuartos de la distancia desde el centro hasta el borde), la nota fundamental de un timbal es muy débil en relación con sus sobretonos "armónicos" del segundo al quinto. [18] Un timbal podría afinarse para producir un sonido más fuerte a 200, 302, 398 y 488 Hz, por ejemplo, lo que implica que falta una fundamental a 100 Hz (aunque la fundamental amortiguada real es 170 Hz). [19]
Las resonancias más bajas del aire y del cuerpo de un violín generalmente caen entre 250 Hz y 300 Hz. La frecuencia fundamental de la cuerda abierta G3 está por debajo de 200 Hz en las afinaciones modernas, así como en la mayoría de las afinaciones históricas , por lo que las notas más bajas de un violín tienen una fundamental atenuada, aunque los oyentes rara vez lo notan. [ cita necesaria ]
La mayoría de los teléfonos comunes no pueden reproducir sonidos inferiores a 300 Hz, pero una voz masculina tiene una frecuencia fundamental de aproximadamente 150 Hz. Debido al efecto fundamental faltante, las frecuencias fundamentales de las voces masculinas todavía se perciben como sus tonos a través del teléfono. [20] [¿ necesita actualización? ]
Algunos fabricantes de audio profesional utilizan electrónicamente el fenómeno fundamental faltante para permitir que los sistemas de sonido parezcan producir notas con un tono más bajo de lo que son capaces de reproducir. [21] En una unidad de efectos de hardware o un complemento de software, un filtro cruzado se establece en una frecuencia baja por encima de la cual el sistema de sonido es capaz de reproducir tonos de forma segura. El contenido de la señal musical por encima de la parte de paso alto del filtro cruzado se envía a la salida principal que es amplificada por el sistema de sonido. El contenido de baja frecuencia debajo de la parte de paso bajo del filtro cruzado se envía a un circuito donde se sintetizan los armónicos por encima de las notas bajas. Los armónicos recién creados se mezclan nuevamente en la salida principal para crear una percepción de las notas bajas filtradas. [22] El uso de un dispositivo con este proceso sintético puede reducir las quejas por ruido de baja frecuencia que se transmite a través de las paredes y puede emplearse para reducir el contenido de baja frecuencia en música alta que de otro modo podría vibrar y dañar objetos de valor frágiles. [23]
Algunos órganos de tubos aprovechan este fenómeno como tono resultante , lo que permite que tubos de bajo relativamente más pequeños produzcan sonidos muy graves.
Este mismo concepto de "fundamental faltante" que se reproduce en función de los armónicos del tono se ha utilizado para crear la ilusión de graves en sistemas de sonido que no son capaces de producir tales graves. A mediados de 1999, Meir Shashoua de Tel Aviv , cofundador de Waves Audio , patentó un algoritmo para crear la sensación de falta fundamental sintetizando armónicos más altos. [24] Waves Audio lanzó el complemento MaxxBass para permitir a los usuarios de computadoras aplicar los armónicos sintetizados a sus archivos de audio. Más tarde, Waves Audio produjo pequeños subwoofers que se basaban en el concepto fundamental faltante para dar la ilusión de graves graves. [25] Ambos productos procesaron ciertos armónicos selectivamente para ayudar a los altavoces pequeños, que no podían reproducir componentes de baja frecuencia, a sonar como si fueran capaces de producir graves graves. Ambos productos incluían un filtro de paso alto que atenuaba en gran medida todos los tonos de baja frecuencia que se esperaba que estuvieran más allá de las capacidades del sistema de sonido de destino. [26] Un ejemplo de una canción popular que fue grabada con procesamiento MaxxBass es " Lady Marmalade ", la versión ganadora del premio Grammy en 2001 cantada por Christina Aguilera , Lil' Kim , Mýa y Pink , producida por Missy Elliott . [26]
Otras empresas de software y hardware han desarrollado sus propias versiones de productos faltantes de aumento de graves basados en fundamentos. Se ha identificado la mala reproducción de graves de los auriculares como un posible objetivo de dicho procesamiento. [27] Muchos sistemas de sonido por computadora no son capaces de reproducir graves graves, y se ha identificado que las canciones ofrecidas a los consumidores a través de la computadora pueden beneficiarse del procesamiento aumentado de armónicos de graves. [28]