Базовая частота
Основная частота , также называемая основной вибрацией или основным тоном , - это термин из теории вибраций, акустики или электротехники, который описывает самую низкую (самую низкую) частоту в смеси гармонических частот .
Частота - это количество колебаний за раз. Базовая частота описывает, как часто происходит повторение такого паттерна.
имея в виду
Если вы рассматриваете периодический сигнал, в котором определенный шаблон повторяется в течение определенного периода времени, основная частота описывает, как часто шаблон повторяется в единицу времени. В акустике обычно делается слуховое определение. В действительности периодические колебания всегда связаны с определенным количеством вторичных или гармонических колебаний . Это касается не только звуковых волн , движущаяся среда может быть разной: электроны в проводниках или в вакууме , массовые частицы в воздухе или других средах.
Используется термин базовая частота
- в области обработки сигналов или коммуникационных технологий для описания поведения и характеристик вибрации.
- в области музыки - для описания высоты звука, с которой слушатель воспринимает музыкальный тон инструмента.
- в области распознавания образов в периодичности описать.
- в сфере речи, чтобы описать частоту, с которой голосовые связки вибрируют во время озвученной речи.
Анализ сигналов
Каждый дискретный временной сигнал можно описать как сумму конечного числа синусоидальных колебаний ряда Фурье . Периодические сигналы состоят в основном из тех колебаний, высокочастотные компоненты которых находятся в целочисленном отношении к основной частоте; высокочастотные компоненты называются гармониками или гармониками или, в определенных контекстах, также частичными тонами, частичными, обертонами или искажениями. Временная длина модели периодических колебаний, повторяющихся в течение определенного периода, называется длительностью периода ; основная частота - обратная величина периода.
Согласно психоакустике , звуки в большинстве случаев очень сложны в акустике. Различение чисто гармонических и сложных гармонических тонов практически невозможно или возможно только с определенной вероятностью на основе физических критериев. В общем, тоны называются гармонически сложными, периодическими, корень которых соответствует первичной воспринимаемой высоте тона .
Знание основной частоты сигнала важно для многих методов технологии связи (например, в технологии вещания ) и обработки сигналов (например, при распознавании речи ).
Музыка
Если слушатель может назначить высоту звука музыкальному звуку или инструменту, воспринимаемая высота звука описывается основным тоном и, следовательно, основной частотой.
Например, в гитарной струне одновременно возникают несколько типов колебаний: с одной стороны, вся струна колеблется одинаково по всей своей длине; также существуют колебания, при которых обе половины струны колеблются друг относительно друга с удвоенной частотой, колебания с трехкратной частотой на 1/3 струны и т. д. Вибрация с самой низкой частотой (аналогичная вибрация всей струны) здесь основная частота, остальные - гармоники колебаний.
Однако есть также звуки, используемые в музыке, для которых анализ сигналов времени не позволяет определить период. Такие звуки не имеют основной частоты, поэтому им нельзя присвоить высоту. Например, тоны ударных имеют очень высокий уровень шума , даже (непериодический) узкополосный шум все еще можно использовать в качестве музыкального тона.
Распознавание образов
В методах распознавания образов периодичности сигналов часто ищут, например, с помощью автокорреляции . Здесь также есть термин базовая частота в более расширенной форме, как частота повторения базовых паттернов.
См. Также: вейвлет-преобразование
Лингвистика
В области речи термин основная частота описывает частоту, с которой голосовые связки колеблются во время голосовой речи.
Определение основной частоты отдельного динамика кажется простой задачей обработки сигнала. В действительности, однако, определение основной частоты оставалось нерешенной проблемой с тех пор, как в начале 20 века начались исследования в этой области. Во второй половине 20 века были предприняты многочисленные усилия и разработаны сотни алгоритмов определения основной частоты (алгоритмы GFB). В наиболее полном обзоре этой темы Хесс (1983) приходит к выводу, что не существует такой вещи, как алгоритм GFB. Он считает определение базовой частоты «одной из самых сложных проблем в обработке речевых сигналов» и завершает замечанием: «Ни один [из алгоритмов] не работает идеально при любых обстоятельствах».
Гесс приводит пять причин, по которым трудно определить основную частоту:
- Язык не неподвижен . Текущее положение артикуляции голосового тракта может быстро меняться, что приводит к резким изменениям временной структуры сигнала.
- Из-за множества разумных позиций артикуляции речевого тракта и разнообразия человеческих голосов в речевом сигнале присутствует большое количество временных структур.
- Исследуемый частотный диапазон составляет до четырех октав . Тем не менее, это не означает , что диапазон голоса в четыре октавы, но спектр с формантом , которые имеют важное значение для определения основной частоты, проходит через этот диапазон.
- Сигнал возбуждения может быть нерегулярным.
- Системы передачи голоса искажают или ограничивают диапазон сигнала.
Используемый диапазон различается от динамика к динамику и зависит, помимо прочего. также зависит от того, читает ли говорящий текст вслух или говорит свободно: исследования показывают, что при чтении речи не превышается основной частотный диапазон в одну октаву.
Индивидуальные доказательства
- ^ Акустическая коммуникация: основы с аудио примерами, Эрнст Терхардт, 1998, ISBN 3-54063-408-8 .
литература
- Хорст Штёкер: Карманная книга по физике. 4-е издание, Verlag Harri Deutsch, Франкфурт-на-Майне 2000, ISBN 3-8171-1628-4 .
- Грегор Хеберле, Хайнц Хеберле, Томас Кляйбер: опыт работы в радио, телевидении и радиоэлектронике. 3-е издание, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 1996, ISBN 3-8085-3263-7 .
- Томас Гёрне: Звуковая инженерия. 1-е издание, Карл Хансер Верлаг, Лейпциг, 2006 г., ISBN 3-446-40198-9
- Томас Гёрне: Микрофоны в теории и на практике. 8-е издание, Elektor-Verlag, Aachen 2007, ISBN 978-3-89576-189-8 .
- Вольфганг Хесс: Определение высоты тона речевых сигналов, 1-е издание, Springer, Berlin 1983, ISBN 3-540-11933-7 .