เสียงความถี่มูลฐานที่ไม่มี

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ไปยังการนำทาง ไปยังการค้นหา
คลื่นเสียงด้านล่างไม่มีความถี่มูลฐานที่ 100 เฮิรตซ์ และไม่มีฮาร์มอนิกที่สองคือ 200 เฮิรตซ์ แต่ภาวะเป็นคาบก็ยังเหมือนกับคลื่นด้านบนที่มีฮาร์มอนิกครบสมบูรณ์

เสียงความถี่มูลฐานที่ไม่มี (อังกฤษ: missing fundamental, suppressed fundamental, phantom fundamental) เป็นเสียงฮาร์มอนิกที่ไม่มีจริง ๆ แต่จะได้ยินเมื่อเสียง overtone[A] คือเสียงฮาร์มอนิกที่มีความถี่สูงกว่าความถี่มูลฐานนั้น แสดงนัยว่า มีเสียง เพราะสมองไม่ได้รับรู้เสียงว่าสูงต่ำเท่าไรโดยขึ้นกับความถี่มูลฐานของมันเท่านั้น แต่จะขึ้นกับภาวะเป็นคาบที่เสียงฮาร์มอนิกระดับที่สูงกว่าแสดงนัยด้วย เราจึงอาจได้ยินเสียงที่ความถี่มูลฐาน (โดยอาจมีน้ำเสียงต่างจากเสียงจริง) แม้เสียงที่ความถี่นั้นจะไม่มีจริง ๆ

ยกตัวอย่างเช่น ถ้าเสียงโน้ตดนตรีที่ไม่ใช้เสียงทุ้มแหลมบริสุทธิ์มีเสียงสูงต่ำที่ 100 เฮิรตซ์ มันก็จะมีองค์ประกอบความถี่ซึ่งเป็นพหุคูณของเสียงสูงต่ำนั้น ๆ เช่น 100, 200, 300, 400, 500.... เฮิรตซ์ แต่ลำโพงเล็ก ๆ อาจไม่สามารถสร้างเสียงความถี่ต่ำได้ ดังนั้น ในตัวอย่างของเรา เสียงที่ความถี่ 100 เฮิรตซ์อาจไม่มีจริง ๆ อย่างไรก็ดี เราก็ยังจะได้ยินเสียงที่ความถี่มูลฐาน 100 เฮิรตซ์อยู่ดี

คำอธิบาย[แก้]

ความถี่ของฮาร์มอนิกทั้งหมด จะมีตัวหารร่วมมากเท่ากับความถี่มูลฐาน (เส้นประ)

เสียงทุ้มความถี่ต่ำ (low pitch) สามารถได้ยินเป็นบางครั้งแม้จะไม่มี ดังนั้น ในภาษาอังกฤษ จึงเรียกเสียงนี้ด้วยว่า pitch of the missing fundamental (เสียงทุ้มแหลมที่ความถี่มูลฐานซึ่งไม่มี) หรือ virtual pitch (เสียงทุ้มแหลมเสมือน) การรับรู้เสียงทุ้มที่ไม่มีมาจากการตีความรูปแบบซ้ำ ๆ ของเสียงที่มีอยู่ของสมอง[1][2][3]

เคยเชื่อว่า ปรากฏการณ์นี้เกิดจากความเพี้ยนเสียงเนื่องจากลักษณะทางกายภาพของหู แต่การทดลองปี พ.ศ. 2497 กลับแสดงว่า เมื่อเพิ่มเสียงเพื่ออำพรางความเพี้ยนเสียงเช่นนี้ถ้ามี ผู้ฟังก็ยังได้ยินเสียงทุ้มแหลมที่ความถี่มูลฐานซึ่งไม่มี[4] นักวิทยาศาสตร์ปัจจุบันจึงเชื่อว่า สมองแปลข้อมูลจากเสียง overtone[A] ให้เป็นเสียงที่ความถี่มูลฐานซึ่งไม่มี

รายละเอียดว่าสมองทำอะไรยังเป็นเรื่องที่ยังไม่ยุติ แต่การประมวลผลดูเหมือนจะอาศัยการหาสหสัมพันธ์อัตโนมัติ ที่เกี่ยวกับช่วงเวลาระหว่างอิมพัลส์ประสาทในโสตประสาท[5] แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ให้ข้อสังเกตมานานแล้วว่า กลไกทางประสาทที่สามารถหน่วงเวลา (ซึ่งจำเป็นในการหาสหสัมพันธ์อัตโนมัติ) ยังไม่เคยพบ[3] มีแบบจำลองอย่างน้อยหนึ่งแบบที่แสดงว่า การหน่วงเวลาไม่จำเป็นในการหาสหสัมพันธ์อัตโนมัติเพื่อรับรู้ความทุ้มแหลมของเสียง โดยอ้าง การเปลี่ยนเฟสระหว่างตัวกรอง/ฟิลเตอร์ของคอเคลีย[6]

อย่างไรก็ดี ยังมีงานก่อนหน้านั้นอีกที่แสดงว่า เสียงบางอย่างที่ให้ค่าสูงสุดโดยฟังก์ชันสหสัมพันธ์อัตโนมัติของพวกมัน ก็ไม่ได้ทำให้ได้ยินเสียงทุ้มแหลมที่สมกันดังที่พยากรณ์โดยสมมติฐาน[7][8] และเสียงบางอย่าง ที่ไม่ได้ให้ค่าสูงสุดจากฟังก์ชันกลับทำให้รับรู้เสียงที่ไม่มีอีกด้วย[9][10] ดังนั้น สมมติฐานสหสัมพันธ์อัตโนมัติ อาจยังไม่ครอบคลุมพอเพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้

เสียงสูงต่ำของความถี่มูลฐานที่ไม่มี ซึ่งปกติจะเป็นตัวหารร่วมมากของความถี่ฮาร์มอนิกที่มีทั้งหมด[11] ก็ไม่ใช่ว่าทุกคนจะได้ยิน งานวิจัยที่มหาวิทยาลัยไฮเดิลแบร์กได้แสดงว่า ภายใต้สถานการณ์จำกัดที่เร้าด้วยฮาร์มอนิกจำนวนน้อย ประชากรมนุษย์ทั่วไปสามารถแบ่งเป็นผู้ที่สามารถรับรู้ความถี่มูลฐานที่ไม่มีและผู้ที่ได้ยินแต่เสียง overtone[A] เป็นหลัก[12] ซึ่งตรวจโดยให้ผู้ร่วมการทดลองตัดสินทิศทางของเสียง (ขึ้นหรือลง) ของทำนองเพลง นักวิจัยได้ใช้เครื่อง MRI และ MEG เพื่อแสดงว่า การได้ยินเสียงความถี่มูลฐานที่ไม่มีมีจะสัมพันธ์กับการทำงานโดยเฉพาะในสมองซีกซ้าย เทียบกับการรับรู้เสปกตรัมของเสียงจริง ๆ ซึ่งจะสัมพันธ์กับการทำงานโดยเฉพาะของสมองซีกขวา และคนที่มักจะรับรู้อย่างหลังมักจะเป็นนักดนตรี

ตัวอย่าง[แก้]

กลองทิมปานีจะผลิตโดยปรับการสั่นให้สร้างเสียงฮาร์มอนิก[13] (สีแดง) ฮาร์มอนิกของเสียงทุ้มแหลมที่ได้ยิน (สีน้ำเงิน) ฮาร์มอนิกของกลองโดยหลัก เกี่ยวกับเสียงนี้ เล่นโน้ต C0 กลอง-ฮาร์ป-กลองทิมปานี

ตัวอย่างออนไลน์ที่เปรียบเทียบเสียงสูงต่ำแบบบริสุทธิ์กับแบบซับซ้อน และเปรียบเทียบเสียงซับซ้อนกับเสียงความถี่มูลฐานที่ไม่มี สามารถดูได้ที่นี่

กลองทิมปานีมีเสียง overtone[A] ธรรมชาติที่ไม่เป็นฮาร์มอนิก แต่จะผลิตและปรับให้ทำเสียง overtone ใกล้ ๆ ระดับฮาร์มอนิกต่าง ๆ เพื่อให้เกิดความถี่มูลฐานที่ไม่มี เมื่อตีตามปกติ (ตรงกลางหรือประมาณ 3/4 จากตรงกลางไปยังขอบ) เสียงที่ความถี่มูลฐานของกลองจะดังน้อยมาก เทียบกับเสียง overtone ของฮาร์มอนิกที่สองจนถึงห้า[13] เช่น กลองอาจจะปรับให้สร้างเสียงดังที่สุดที่ 200, 302, 398, และ 488 Hz เพื่อให้ได้ยินเสียงความถี่มูลฐานที่ไม่มีที่ 100 Hz โดยมีความถี่มูลฐานที่ไม่มีโดยฟังไม่ค่อยดังจริง ๆ ที่ 170 Hz[14]

ความถี่พ้องของทั้งอากาศภายในไวโอลินและตัวไวโอลินเองปกติจะอยู่ในระหว่าง 250-300 Hz ความถี่ของของสาย G3 จะต่ำกว่า 200 Hz ทั้งในไวโอลินปัจจุบันและในอดีตโดยมาก ดังนั้น โน้ตต่ำสุดของเครื่องจะมีความถี่มูลฐานที่เบามาก แม้ผู้ฟังจะไม่ค่อยสังเกตว่าเป็นเช่นนี้

ความถี่มูลฐานที่ไม่มีปกติจะไม่ได้ยินจากกีตาร์โปร่ง กีตาร์คลาสสิก หรือเครื่องดนตรีสายอื่น ๆ ที่สายข้างหนึ่งเหนี่ยวอยู่กับสะพานยึดสาย ซึ่งจะอยู่ต่ำและรั้งสายติดกับกระดานเสียง ในกรณีเช่นนี้ การสั่นของสายในแนวข้างจะไม่มีผลอะไรที่สะพาน เพราะสะพานจะตอบสนองต่อแรงตึงของสาย ซึ่งมีความถี่ทวีคูณของความถี่แนวข้าง ในเครื่องดนตรีเช่นนี้ คนฟังจะได้ยินเสียงฮาร์มอนิกแรกสุดเป็นโน้ตต่ำสุด แต่กีตาร์ไฟฟ้าจะไม่เป็นอย่างนี้ แต่ละสายจะทำให้ได้ยินเสียงความถี่มูลฐานที่ไม่มี เพราะการสั่นในแนวข้างจะทำให้ตัวแปลแรงสั่นเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ คือ Pickup ตอบสนอง[15]

ส่วนโทรศัพท์ทั่วไปไม่สามารถสร้างเสียงต่ำกว่า 300 Hz แม้เสียงความถี่มูลฐานโดยเฉลี่ยของชายจะอยู่ที่ประมาณ 150 Hz. แต่เพราะปรากฏการณ์นี้ ความถี่มูลฐานของเสียงผู้ชายก็ยังสามารถได้ยินได้ผ่านโทรศัพท์[16]

ปรากฏการณ์นี้ บางครั้งใช้ในเครื่องเสียงเพื่อให้ดูเหมือนจะส่งเสียงต่ำกว่าที่จริง ๆ จะทำได้[17] เช่น ในกล่องเอฟเฟกต์หรือโปรแกรมเสริม จะมีฟิลเตอร์ Audio crossover ตั้งค่าที่ความถี่ต่ำแต่ยังเหนือระดับซึ่งระบบเสียงสามารถสร้างได้จริง ๆ และเสียงดนตรีที่ความถี่อยู่เหนือกว่าค่าที่ตั้ง ก็จะส่งโดยตรงไปที่เครื่องขยายเสียง ส่วนความถี่ที่ต่ำกว่าระดับที่ตั้งจะส่งไปยังวงจรซึ่งสร้างฮาร์มอนิกต่าง ๆ เหนือโน้ตความถี่ต่ำสุด แล้วก็จะรวมส่งสัญญาณที่ว่านี้ไปยังเครื่องเสียง ซึ่งทำให้ได้ยินเสียงความถี่ต่ำที่เครื่องเสียงไม่สามารถสร้างได้[18] กระบวนการสังเคราะห์ในเครื่องเสียงเช่นนี้ สามารถใช้ลดเสียงความถี่ต่ำจริง ๆ ที่จะสามารถได้ยินผ่านกำแพง หรือที่ทำของมีค่าซึ่งบอบบางให้แตกเสียหาย[19]

เครื่องออร์แกนแบบท่อบางเครื่อง จะใช้กระบวนการนี้เพื่อสร้างเสียงเบสที่ไม่มีจริง ๆ ด้วยท่อซึ่งเล็กกว่าท่อที่ต้องมีหากจะสร้างเสียงจริง

การประมวลสัญญาณเสียง[แก้]

ดูเพิ่ม[แก้]

เชิงอรรถ[แก้]

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 เสียง overtone เป็นเสียงที่ความถี่สูงกว่าความถี่มูลฐาน คือเป็นเสียงฮาร์มอนิกซึ่งสูงกว่าและเกิดพร้อมกับเสียงความถี่มูลฐาน เพราะเหตุเครื่องดนตรีต่าง ๆ

อ้างอิง[แก้]

  1. Schnupp, Jan; Nelken, Israel; King, Andrew (2011). Auditory Neuroscience. MIT Press. ISBN 0-262-11318-X.
  2. Clark, John; Yallop, Colin; Fletcher, Janet (2007). An Introduction to Phonetics and Phonology. Blackwell Publishing. ISBN 1-4051-3083-0.
  3. 3.0 3.1 Christopher, J Plack (2005). Pitch: Neural Coding and Perception. Springer. ISBN 978-0-387-23472-4.
  4. Todd, Peter M; Loy, D Gareth (1991). Music and Connectionism. MIT Press. ISBN 0-262-20081-3.
  5. Cariani, P.A.; Delgutte, B. (1996-09). "Neural Correlates of the Pitch of Complex Tones. I. Pitch and Pitch Salience" (PDF). Journal of Neurophysiology. 76 (3): 1698–1716. PMID 8890286. สืบค้นเมื่อ 2012-11-13. Check date values in: |date= (help)
  6. de Cheveigné, A.; Pressnitzer, D. (2006-06). "The case of the missing delay lines: Synthetic delays obtained by cross-channel phase interaction" (PDF). Journal of the Acoustical Society of America. 119 (6): 3908–3918. Bibcode:2006ASAJ..119.3908D. doi:10.1121/1.2195291. PMID 16838534. สืบค้นเมื่อ 2012-11-13. Check date values in: |date= (help)
  7. Kaernbach, C.; Demany, L. (1998-10). "Psychophysical evidence against the autocorrelation theory of auditory temporal processing". Journal of the Acoustical Society of America. 104 (4): 2298–2306. Bibcode:1998ASAJ..104.2298K. doi:10.1121/1.423742. PMID 10491694. Check date values in: |date= (help)
  8. Pressnitzer, D.; de Cheveigné, A.; Winter, I.M. (2002-01). "Perceptual pitch shift for sounds with similar waveform autocorrelation". Acoustics Research Letters Online. 3 (1): 1–6. doi:10.1121/1.1416671. Check date values in: |date= (help)
  9. Burns, E.M.; Viemeister, N.F. (1976-10). "Nonspectral pitch". Journal of the Acoustical Society of America. 60 (4): 863–869. Bibcode:1976ASAJ...60..863B. doi:10.1121/1.381166. Check date values in: |date= (help)
  10. Fitzgerald, M.B.; Wright, B. (2005-12). "A perceptual learning investigation of the pitch elicited by amplitude-modulated noise". Journal of the Acoustical Society of America. 118 (6): 3794–3803. Bibcode:2005ASAJ..118.3794F. doi:10.1121/1.2074687. PMID 16419824. Check date values in: |date= (help)
  11. Schwartz, D.A.; Purves, D. (2004-05). "Pitch is determined by naturally occurring periodic sounds" (PDF). Hearing Research. 194: 31–46. doi:10.1016/j.heares.2004.01.019. สืบค้นเมื่อ 2012-09-04. Check date values in: |date= (help)
  12. Schneider, P.; Sluming, V.; Roberts, N.; Scherg, M.; Goebel, R.; Specht, H.; Dosch, H.G.; Bleeck, S.; Stippich, C.; Rupp, A. (2005-08). "Structural and functional asymmetry of lateral Heschl's gyrus reflects pitch perception preference" (PDF). Nature Neuroscience. 8 (9): 1241–1247. doi:10.1038/nn1530. PMID 16116442. Check date values in: |date= (help)
  13. 13.0 13.1 Howard, David M.; Jamie Angus (2006). Acoustics and Psychoacoustics. Focal Press. pp. 200–3. ISBN 0-240-51995-7.
  14. Moore, Guy D. "Lecture 26: Percussion" (PDF). McGill University. Physics Department. Archived (PDF) from the original on 2015-09-24. The sequence 1; 1:51; 1:99; 2:44; 2:89 is almost 1; 1:5; 2; 2:5; 3 which is the harmonic series of a missing fundamental.
  15. Decker, Jr, John A (2007-02-22). "Guitar acoustics 101-from a talk to the Seattle University Physics Club". http://www.guitarmasterworks.com. สืบค้นเมื่อ 2015-09-21. External link in |website= (help)
  16. Mather, George (2006). Foundations of perception. Taylor & Francis. p. 125. ISBN 0-86377-835-6. สืบค้นเมื่อ 2010-05-11.
  17. "MaxxBass Bass Enhancement Technology". Waves Car Audio.
  18. US Method and system for enhancing quality of sound signal 5930373 
  19. "Re: maxxbass". ProSoundWeb. LAB: The Classic Live Audio Board. June 28–29, 2008.

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]