El tono que se percibe con el primer armónico ausente en la forma de onda se denomina fenómeno fundamental faltante. [1]
Está establecido en psicoacústica que el sistema auditivo, con su tendencia natural a distinguir un tono de otro, asignará persistentemente un tono a un tono complejo siempre que haya un conjunto suficiente de armónicos presentes 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, los altavoces más pequeños pueden no producir frecuencias bajas, por lo que en nuestro ejemplo, puede faltar el componente de 100 Hz. No obstante, es posible que aún se escuche un tono correspondiente a la fundamental.
A veces se puede oír un tono bajo (también conocido como tono fundamental faltante o tono virtual [3] ) cuando no hay una fuente o componente aparente de esa frecuencia. Esta percepción se debe a que el cerebro interpreta patrones de repetición que están presentes. [4] [5] [6]
En un principio se pensó que este efecto se debía a que la fundamental faltante era sustituida 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 seguían oyendo un tono correspondiente a la fundamental faltante, como informó JCR Licklider en 1954. [7] Ahora se acepta ampliamente que el cerebro procesa la información presente en los armónicos para calcular la frecuencia fundamental. La forma precisa en que lo hace todavía es un tema de debate, pero el procesamiento parece basarse en una autocorrelación que implica la sincronización de los impulsos neuronales en el nervio auditivo. [8] Sin embargo, desde hace tiempo se ha observado que no se han encontrado mecanismos neuronales que puedan 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 la percepción del tono, apelando a los cambios de fase entre los 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, generalmente en el máximo común divisor de las frecuencias presentes [14] . Una investigación realizada en la Universidad de Heidelberg muestra que, bajo condiciones de estímulo estrechas con un pequeño número de armónicos, la población general se puede dividir en aquellos que perciben fundamentales faltantes y aquellos que escuchan principalmente los sobretonos en su lugar [ 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 MRI estructural y MEG para mostrar que la preferencia por la audición fundamental faltante se correlacionaba con la lateralización del tono del hemisferio izquierdo, donde 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 su artículo Parsing the Spectral Envelope: Toward a General Theory of Vocal Tone Color (2016), Ian Howell escribió que, si bien no todos pueden escuchar los fundamentos faltantes, se puede enseñar y aprender a notarlos. [16] D. Robert Ladd et al. tienen 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 sobretonos inarmónicos , pero están construidos y afinados para producir sobretonos casi armónicos con una fundamental implícitamente faltante. Si se toca de la manera habitual (a la mitad o 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 puede estar afinado para producir un sonido más fuerte a 200, 302, 398 y 488 Hz, por ejemplo, lo que implica una fundamental faltante a 100 Hz (aunque la fundamental amortiguada real es de 170 Hz). [19]
Las resonancias más bajas del aire y del cuerpo de un violín generalmente se encuentran entre 250 Hz y 300 Hz. La frecuencia fundamental de la cuerda G3 abierta está por debajo de los 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 notan esto. [ cita requerida ]
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 a la falta del efecto fundamental, las frecuencias fundamentales de las voces masculinas aún se perciben como sus tonos a través del teléfono. [20] [ ¿Necesita actualización? ]
Algunos fabricantes de audio profesional utilizan electrónicamente el fenómeno de la falta de fundamentalidad para permitir que los sistemas de sonido parezcan producir notas con un tono más bajo del que son capaces de reproducir. [21] En una unidad de efectos de hardware o un complemento de software, se establece un filtro de cruce a 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 de cruce se envía a la salida principal, que es amplificada por el sistema de sonido. El contenido de baja frecuencia por debajo de la parte de paso bajo del filtro de cruce se envía a un circuito donde se sintetizan armónicos por encima de las notas bajas. Los armónicos recién creados se mezclan de nuevo 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 el ruido de baja frecuencia que atraviesa las paredes y se puede emplear para reducir el contenido de baja frecuencia en música alta que, de lo contrario, podría vibrar y dañar objetos de valor frágiles. [23]
Algunos órganos de tubos utilizan este fenómeno como tono resultante , lo que permite que tubos de graves 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 fundamental faltante mediante la síntesis de 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 de fundamental faltante para dar la ilusión de graves bajos. [25] Ambos productos procesaban ciertos armónicos de forma selectiva para ayudar a los altavoces pequeños, que no podían reproducir componentes de baja frecuencia, a sonar como si fueran capaces de producir graves bajos. 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 se grabó con el 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 de aumento de graves basados en los fundamentos faltantes. La reproducción deficiente de graves de los auriculares se ha identificado como un posible objetivo de dicho procesamiento. [27] Muchos sistemas de sonido informáticos no son capaces de reproducir graves bajos, y se han identificado canciones que se ofrecen a los consumidores a través de la computadora como aquellas que pueden beneficiarse del procesamiento de armónicos de graves aumentados. [28]