подача

На практике высота звука приравнивается к частоте (количеству вибраций за временной интервал) звукового тона, точнее: к базовой частоте , то есть частоте самого низкого частичного тона в соответствующем звуке (см., Например, настроение (музыка) , интервал (музыка)) , концертный питч ). Помимо продолжительности тона , громкости и тембра , высота звука является важным свойством музыкальных тонов и гласных звуков разговорной речи .

определение

Американский национальный институт стандартов определяет шаг как свойство слухового восприятия « согласно которой звуки могут быть классифицированы на музыкальной шкале (ANSI S1.1)». В этом случае высота звука воспринимается как более высокая или низкая в смысле музыкальной мелодии, что, однако, предполагает, что слышимый звук достаточно стабилен с точки зрения частоты и четкости, чтобы отличить его от шума. В случае искусственно созданных чистых тонов ( синусовый тон , моночастотный звук) высота звука коррелирует с частотой тона. Обычно высота звука понимается просто как основная частота периодического звука; Но особенно в музыке гармонические и мелодические отношения также влияют на восприятие.

Слуховой звук, которому человеческое ухо может приписать ощущение высоты звука, называется тональным. Звуковые сигналы, в которых временная структура периодически повторяется (например, звук вибрирующих струн), имеют тональный характер. Однако непериодические звуковые сигналы также имеют тональный характер, в котором подчеркиваются узко определенные диапазоны частот (например, завывание ветра или звук литавр ).

Хотя высоту звука можно характеризовать частотой, это не только объективное физическое свойство, но также имеет психоакустический компонент. Это была и остается центральной проблемой и предметом постоянных исследований в области синтеза речи и ее восприятия через ухо. Для психоакустиков интересно, как воспринимаются высокие или низкие тона определенной частоты. Для этого настраивается отдельная шкала высоты тона, воспринимаемая высота тона . Воспринимаемая высота звука также называется упомянутой тональностью .

Происхождение термина

На многих языках тона называются «выше» или «ниже» по сравнению друг с другом, а мелодии (то есть последовательности тонов) воспринимаются и называются «повышающимися» или «падающими».

Эти «пространственные» обозначения, вероятно, основаны на статистическом возникновении тонов и шумов, встречающихся в природе, которые воспринимаются пространственно и идентифицируются как «сверху» или «снизу». Этому обозначению соответствует численно большая (высокая) или меньшая (низкая) частота тона. Но это не может быть причиной, потому что знание о том, что звуки основаны на вибрациях, гораздо более свежо, чем языки.

Музыкальная подача

Соотношение между частотой, полутоном и октавой
Частоты (в герцах) концертной высоты звука a 1 и ее октавных родственников

В музыке высота звука - это мера ( параметр ), которую можно описать отдельно от других мер или свойств. Термин содержит линейную и спиральную (спиральную) составляющую. Восприятие линейной высоты звука, которое сопровождается приблизительно геометрическим изменением основных частот вибрации, часто связано с впечатлением линейного изменения яркости или локализации высоты в собственном теле (грудь к голове). Спиральный компонент выражается в том, что тона, которые звучат на октаву выше или ниже - когда частота удваивается или уменьшается вдвое - воспринимаются как похожие или одинаковые. Таким образом, тембры , которые разделены на одну или несколько октав, группируются в один класс тона с одним и тем же классом высоты тона и получают одно и то же имя (возможно, с добавлением для идентификации октавного пространства ).

Абсолютный и относительный слух

В музыкальных целях последовательные или комбинированные ноты должны « хорошо звучать ». Но это только в том случае, если эти тоны придерживаются определенных частотных соотношений, а именно частот музыкальных интервалов . Частотные отношения, полезные для музыкальных целей, суммированы в шкалах . Обозначение гаммы затем используется для обозначения (относительной) музыкальной высоты звука .

Если также указана частота эталонного тона, вы можете назначить абсолютную высоту звука для каждого музыкального тона. Сегодняшняя нотная запись обычно воспроизводит абсолютную высоту звука; Решающим фактором здесь является определение высоты звука a 1 как так называемой концертной высоты звука на частоте 440 Гц, которая была согласована на Международной конференции голосовых тонов 1939 года в Лондоне. Для письменного обозначения высоты звука используется несколько систем символов тона .

Однако характер мелодии или аккорда практически не зависит от абсолютной высоты звука. Мелодии или аккорды могут, например, Б. сдвигаться в целом по интервалам ( транспонирование ). Абсолютная высота звука, с которой фактически исполняется музыкальное произведение, зависит от решения музыканта , вокальных возможностей певцов и, если применимо, свойств используемых инструментов:

Абсолютный, относительный и интонационный слух

У некоторых людей есть так называемый абсолютный слух (также и память по высоте звука ). Вы можете назвать тон без каких-либо инструментов и правильно его спеть в соответствии с заданным обозначением звука .

Необходимо проводить различие между абсолютным слухом и относительным слухом , что позволяет нам обозначать интервал между двумя последовательными тонами и правильно петь, если дано абстрактно ( от зрения ). Можно специально тренировать как относительный, так и абсолютный слух .

Другой аспект музыкального слуха - это способность распознавать несовершенство интонации, то есть небольшие отклонения высоты звука от музыкально запланированного значения. Это называется интонационным слушанием. Эта способность имеет свой физиологический предел в частотной дифференциации слуха. Однако этот предел также можно изменить с помощью тренировок. Тесты показали, что восьми часов тренировок достаточно, чтобы подготовленные музыканты научились различать частоты. В музыкальной практике, однако, слышание интонации требует гораздо большего, чем тренированное различение частот. Здесь необходимо сравнить звуковую высоту звука с общей высотой звука. Среднее отклонение в три цента (3/100 полутона) было измерено у опытных певцов . Измерения, проведенные Дюссельдорфским институтом струнных инструментов для гитары и лютни, показали, что высота звука воспринимается как правильная, если интонация находится в диапазоне около 1 цента.

Размытие по высоте

Как объективное измерение, так и субъективное восприятие высоты звука подвержены определенной неточности («размытости»), которая частично основана на физических, а частично - на слуховых физиологических условиях.

Физически вызванное размытие

Частота и время являются связанными (сопряженными) величинами и, таким образом, подчиняются «соотношению неопределенности», что также ясно из преобразования Фурье и его приложений. Соотношение неопределенности означает, что частота не может быть усреднена более или менее точно для определенного момента, а только для определенной продолжительности. Например, частота периодического звукового события может быть измерена с абсолютной точностью только в том случае, если его продолжительность полностью неопределенна, то есть бесконечна. И наоборот, чем короче продолжительность, тем неопределеннее становится его высота звука. В результате мы получаем полезные для практики создания музыки знания о том, что в медленных пассажах (длинные ноты) точность интонации гораздо важнее (потому что она более слышна), чем в быстрых пассажах (короткие ноты). Струнные часто говорят - к удивлению обывателей, - что играть медленные пьесы отнюдь не легче.

Слух-физиологическое затуманивание

После частотного анализа и преобразования в нервные импульсы во внутреннем ухе передача происходит по частотно-специфическим нервным путям, которые также умножаются в нескольких параллельных цепях слухового пути . Дальнейшая обработка происходит на нескольких уровнях мозга. Этот процесс намного сложнее простого технического спектрального анализа. Как работает расшифровка периодичности при слушании по потоку нервных импульсов в слуховом среднем мозге ( colliculi inferiores ), не выяснено в достаточной степени; одна гипотеза описывает функцию по принципу детектора совпадений . Было доказано, что требуется несколько периодов сигнала, чтобы можно было зарегистрировать периодичность - и, следовательно, основную информацию для последующего представления высоты звука в головном мозге. Интересно, что высота естественного тона 100 Гц с обертонами воспринимается более чем в четыре раза быстрее, чем синусовый тон той же частоты, поскольку мозг также использует токи нервных импульсов, запускаемых обертонами.

Синусоидальный звуковой сигнал, что z. Б. длится всего полпериода, воспринимается ухом не как тон, а как треск неопределенной высоты. Минимальное время для запуска дискретного ощущения высоты звука зависит от частоты. «Для синусоидального сигнала 1000  Гц это значение времени составляет около 12  мс ; Следовательно, требуется около 12 периодов для того, чтобы синусоидальный сигнал с частотой f = 1000 Гц был записан ухом как высота звука. Для сигнала 200 Гц необходимо от 3 до 4 периодов, для сигнала 10 кГц - около 250 ».

Воспринимаемая высота звука (тоничность)

Связь между частотой и воспринимаемой высотой звука (см. Также текст изображения)

В психоакустике тональность - это величина восприятия с единицей измерения Мел , которую можно использовать для классификации звуковых событий с точки зрения их воспринимаемой высоты звука. На рисунке справа показано, как соотношение между частотой синусоидального тона и воспринимаемой высотой звука устанавливается на основе тестов на прослушивание . Для сложных «тонов» (строго говоря: звуков в смысле частичных комплексов тонов ), как они встречаются в действительности ( вибрирующие системы ), эти переменные восприятия психоакустики не применяются напрямую, и отклонение от шкалы частот составляет до 5 кГц. в пределах незаметных границ уха.

Восприятие высоты звука тесно связано с физиологией внутреннего уха и слухового мозга. Внутреннее ухо выполняет частотный анализ слышимого сигнала. Разные частоты приводят к возбуждению нервных клеток в разных местах внутреннего уха . Таким образом, место, в котором нервные клетки подвергаются усиленной стимуляции, можно использовать для определения высоты звука. Точные детали функции все еще являются предметом исследования, и существует несколько моделей этого.

  • В восприятии высоты звука важную роль играет состав тона из основного тона и обертонов . Поскольку период тона важен для восприятия высоты звука, определите z. B. Если основной тон не слышен, воспринимаемые или слышимые компоненты обертонов являются воспринимаемой высотой тона. Это связано с остаточным звуком, который человеческое ухо формирует из смеси частот. Период тона сохраняется только в том случае, если наибольший общий делитель частот обертона воспроизводит основной тон. Хотя это редко случается в естественной среде, в принципе это возможно. Есть, например, Если, например, тон состоит из основного тона и его первых двух обертонов, основного и первого обертона, затем становится неслышным, тон появляется на октаву и пятую часть выше. Это можно вычислить с помощью наибольшего общего делителя (ОКФ). Если лейтмотив z. Б. 100 Гц, первые два обертона находятся на частотах 200 Гц и 300 Гц. Тогда GCF 100, 200, 300 равняется 100. Если основная частота отсутствует, основная частота рассчитывается из 200 и 300, которые по-прежнему равны 100. Но если первый обертон также отсутствует, ясно, что GCF 100 и 300 равно 100. Этот эффект может возникнуть, если z. B. инструмент фильтруется или накладывается другими звуками таким образом, что определенные частоты маскируются или назначаются другим звукам. Знания, память и ожидания слушателя также играют роль в восприятии звука. Так что вы бы z. Б. всегда интерпретирует октавы как один тон, поскольку НОД или период в такой смеси частот всегда приводит к самому низкому основному тону. Мозг может оценить это на основе тембра, то есть веса, состава и изменения обертонов. Чем больше слушатель обучен определенному звуку, тем выше вероятность, что он будет воспринимать несколько звуков. Это также связано с распознаванием и восприятием аккордов, поскольку тембр GCF в аккордах редко встречается в монотонных звуковых событиях, так как очень многие из первых обертонов будут отсутствовать, а период будет очень длинным. Из-за этого в этих случаях мозг интерпретирует несколько звуков вместо одной очень глубокой ноты. Следует отметить, что мозг не определяет математически точно; у него также есть свои допуски. GCF - это просто математический инструмент, позволяющий приблизительно определить, как долго будет длиться период нескольких частот.

Смотри тоже

литература

  • Эрнст Терхард: О восприятии звуков на поле :
  1. Психоакустические основы . В: Акустика. Международный журнал акустики , 26: 173-186 (1972), ISSN  0001-7884 .
  2. Функциональная схема . В: Акустика. Международный журнал по акустике , 26: 187-199 (1972), ISSN  0001-7884
  • Эрнст Терхард, Герхард Штолль, Манфред Зееван: Алгоритм извлечения высоты тона и выступа из сложных тональных сигналов . В: Journal of the Acoustical Society of America , Vol. 71 (1982), No. 3, pp. 679-688, ISSN  0001-4966.
  • Эрнст Терхард: Расчет виртуального шага . В: Исследование слуха. Международный журнал , Том 1 (1979), стр. 155-182, ISSN  0378-5955
  • Эрнст Терхардт: акустическая коммуникация. Основы с аудио примерами . Springer Verlag, Берлин 1998, ISBN 3-540-63408-8 (+ 1 компакт-диск).
  • Эберхард Цвикер, Хьюго Фастл: Психоакустика. Факты и модели (серия Springer по информационным наукам; 22). 2-е издание Springer Verlag, Берлин 1999, ISBN 3-540-65063-6 .
  • Уильям М. Хартманн: сигналы, звук и ощущение . Спрингер, Нью-Йорк, 1998 г., ISBN 1-56396-283-7 .
  • Кристофер Дж. Плак, Эндрю Дж. Оксенхэм, Ричард Р. Фэй, Артур Н. Поппер: Питч. Нейронное кодирование и восприятие (Справочник Спрингера по слуховым исследованиям; 24). Спрингер, Нью-Йорк, 2005 г., ISBN 0-387-23472-1 .
  • Линн А. Вернер, Ричард Р. Фэй, Артур Н. Поппер: Развитие человеческого слуха . 2012, ISBN 1-4614-1421-0 (английский, ограниченный предварительный просмотр в Поиске книг Google).
  • Кэррил Л. Болдуин: Слуховое познание и деятельность человека: исследования и приложения . 2012, ISBN 0-415-32594-3 (английский, ограниченный предварительный просмотр в Поиске книг Google).
  • Дж. А. Симмонс, А. Мегела Симмонс: Летучие мыши, лягушки и животные между ними: свидетельство общего центрального механизма синхронизации для извлечения шага периодичности. В кн . : Журнал сравнительной физиологии. A, Нейроэтология, сенсорная, нервная и поведенческая физиология. Том 197, номер 5, май 2011 г., ISSN  1432-1351 , стр. 585-594, doi: 10.1007 / s00359-010-0607-4 , PMID 21072522 , PMC 3257830 (полный текст) (обзор).
  • Вилле Пулкки, Матти Карьялайнен : Акустика связи: Введение в речь, звук и психоакустику. Джон Вили и сыновья, 2015, ISBN 978-1-118-86654-2 .

веб ссылки

Commons : Pitch (музыка)  - коллекция изображений, видео и аудио файлов.
Викисловарь: питч  - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы

Индивидуальные доказательства

  1. ^ Рой Д. Паттерсон, Этьен Годрен, Томас С. Уолтерс: Восприятие музыки - Восприятие семьи и регистр в музыкальных тонах . 2010, ISBN 978-1-4419-6113-6 , стр. 38 (на английском языке, онлайн в программе Поиск книг Google).
  2. ↑ http://www.ansi.org/
  3. ↑ «Высота звука определяется как свойство слухового восприятия, в соответствии с которым звуки можно классифицировать по музыкальной шкале (ANSI S1.1), то есть по континууму от« низкого »до« высокого ». В случае синусоидального тона это тесно связано с частотой тона ». Стефан Вайнцирль: Handbuch der Audiotechnik . 2008, ISBN 3-540-34300-8 , стр. 65 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг).
  4. ↑ « Для целей этой книги мы решили использовать консервативный подход и сосредоточиться на взаимосвязи между высотой звука и музыкальными мелодиями. Следуя более раннему определению ASA, мы определяем высоту звука как «атрибут ощущения, вариации которого связаны с музыкальными мелодиями». Хотя некоторым это может показаться слишком ограничительным, преимущество этого определения состоит в том, что оно обеспечивает четкую процедуру проверки того, вызывает ли стимул тональность, а также четкое ограничение диапазона стимулов, которые нам необходимо учитывать в наших обсуждениях. "Кристофер Дж., Эндрю Дж. Оксенхэм, Ричард Р. Фэй: Питч: нейронное кодирование и восприятие . 2005, ISBN 0-387-23472-1 , стр. 2 (английский, ограниченный предварительный просмотр в Поиске книг Google).
  5. ^ " Мелодия: В самом общем случае, последовательная последовательность высот. Здесь высота звука означает отрезок звука, частота которого ясна и достаточно стабильна, чтобы ее можно было услышать как не шум; последовательность означает, что происходит несколько шагов; а когерентный означает, что последовательность звуков считается принадлежащей друг другу. Рэндел, Дон Майкл: Гарвардский словарь музыки . 2003, ISBN 978-0-674-01163-2 , стр. 499 (на английском языке, онлайн в программе Поиск книг Google).
  6. ↑ «Высота звука определяется частотой звука, а не в первую очередь его длиной волны. […] В воздухе и в воде вы воспринимаете один и тот же звук, хотя длины волн на одной и той же частоте сильно различаются ». Хартмут Забель: Kurzlehrbuch Physik . 2010, ISBN 3-13-162521-X , стр. 150 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг).
  7. ^ " Высота звука - важное качество звука, находящееся в центре интенсивных исследований и исследований с древних времен. Тональность - это основа двух форм поведения, характерных для людей: речи и музыки. Тон обычно понимается как однозначное предписание, определяемое периодом стимула (или его обратного F0) и нечувствительное к изменениям по другим параметрам стимула. Однако его сложная роль в музыке включает гармонические и мелодические эффекты, выходящие за рамки этой простой однозначной модели. До сих пор ведутся споры о том, где и как высота звука извлекается в слуховой системе ». Кристофер Дж. Плак, Дэвид Р. Мур: Слушание серии Olp Oxford Handbooks Оксфордская библиотека психологии Том 3 Оксфордского справочника слуховой науки, Кристофер Дж. Плак . 2010, ISBN 0-19-923355-1 , стр. 95 (английский, ограниченный предварительный просмотр в Поиске книг Google).
  8. ↑ Частоты, которые слышит человек, находятся в диапазоне от 16 до 20 000 Гц, а полезные для музыки частоты могут быть от 30 до 5000 Гц. Clemens Kühn : Musiklehre. Лаабер-Верлаг, Лаабер 1980, с. 43.
  9. ↑ а б Хартманн, Уильям Моррис: сигналы, звук и ощущение . 1997, ISBN 1-56396-283-7 , стр. 145, 284, 287 (английский, ограниченный просмотр в поиске Google Book).
  10. ↑ Чезаре В. Парисеа, Катрин Кнорре, Марк О. Эрнста: Статистика естественной слуховой сцены формирует пространственный слух человека. PNAS , том 111, № 16 (2014), стр. 6104-6108.
  11. ^ « Чистые [синусовые] тона производят ясную, однозначную высоту звука, и мы очень чувствительны к изменениям их частоты. Например, хорошо обученные слушатели могут различать два тона с частотами 1000 и 1002 Гц - разница всего 0,2% (Moore, 1973). Полутон, самый маленький шаг в западной системе звукоряда, составляет примерно 6%, или примерно в 30 раз больше, чем JND частоты для чистых тонов [Sinus]. Возможно, неудивительно, что музыканты, как правило, лучше, чем музыканты, различают небольшие изменения частоты; Что еще более удивительно, так это то, что людям без музыкального образования не нужно много практики, чтобы «догнать» музыкантов с точки зрения их выступлений. В недавнем исследовании […] потребовалось от 4 до 8 часов практики […] неподготовленных слушателей, чтобы соответствовать таковым у подготовленных музыкантов, […] »Дайана Дойч: Психология музыки . 2012, ISBN 0-12-381461-8 , стр. 9, 10 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг).
  12. ↑ « Средний JND для октавы составлял 16 центов, а JND для других интервалов хроматической шкалы варьировался от 13 до 26 центов. […] Например, Хагерман и Сандберг (1980) сообщили, что средняя точность интонации в выборке авторских песен для парикмахерских была менее 3 центов. »Дайана Дойч: Психология музыки . 2012, ISBN 0-12-381461-8 , стр. 124, 125 ( ограниченный просмотр в поиске Google Книг).
  13. ↑ Карл Сандвосс: Основные конструктивные правила создания интонационно-безопасных акустических гитар и проблема струн. Новые исследования и разработки, Часть 2. (Отчет Института струнных инструментов, гитары и лютни ISIGL, Дюссельдорф) В: Guitar & Laute 7, 1985, Issue 1, pp. 52–57; здесь: с. 52.
  14. ↑ «Тот факт, что измерение имеет неизбежное размытие, не является специальностью квантовой механики, но в основном применяется ко всем волновым явлениям - от музыки до альфа-распада атомных ядер». Норберт Трейтц: от ложных тонов к соотношению неопределенности , принцип неопределенности . 2013 г. ( онлайн [PDF]).
  15. ↑ «Их причина - волновые свойства звука и возникающая в результате неопределенность частоты в случае коротких сигналов. Термин «частота», как он обычно используется, означает сигнал, который точно и периодически повторяется все время. В сигнале, изменяющемся во времени, срок действия зависит от периода наблюдения или скорости изменения; есть только такая вещь, как нечеткие «мгновенные частоты». Чрезвычайно короткий сигнал больше не имеет частоты (если постепенно сократить гармоническое колебание, звук постепенно превратится в шум) ». Томас Гёрне: Звукорежиссер . 2-е издание. Карл Хансер Верлаг, Мюнхен, 2008 г., ISBN 978-3-446-41591-1 , стр. 148 ff . ( онлайн в поиске книг Google)
  16. ^ A b « Влияние периферийной настройки на репрезентацию слуховым нервом речевых огибающих и временных тонких структурных сигналов. "Энрике А. Лопес-Поведа, А. Алан Р. Палмер, Рэй Меддис: нейрофизиологические основы слухового восприятия . 2010, ISBN 1-4419-5686-7 (английский, онлайн в поиске книг Google).
  17. ^ « Механизм, с помощью которого нейроны обрабатывают кодирование сигналов, не совсем понятен. Здесь мы предлагаем это обнаружение совпадений, […] ”Юэлин Чен, Хуэй Чжан, Хэнтун Ван, Лянчунь Юй, Юн Чен: Роль нейронов детектора совпадений в надежности и точности обнаружения подпороговых сигналов в шуме . 2013 (английский, онлайн [PDF]).
  18. ↑ « Принципы, регулирующие взаимосвязь между естественными звуковыми ансамблями и наблюдаемыми реакциями в нейрофизиологических исследованиях, остаются неясными. "Майкл А. Карлин, Мунья Эльхилал: Устойчивое возбуждение модельных центральных слуховых нейронов дает дискриминационное спектрально-временное представление естественных звуков . 2013 (англ., Онлайн ).
  19. ↑ Дж. А. Симмонс, А. Мегела Симмонс: Летучие мыши, лягушки и животные между ними: свидетельство общего центрального механизма синхронизации для извлечения шага периодичности. В кн . : Журнал сравнительной физиологии. A, Нейроэтология, сенсорная, нервная и поведенческая физиология. Том 197, номер 5, май 2011 г., ISSN  1432-1351 , стр. 585-594, doi: 10.1007 / s00359-010-0607-4 , PMID 21072522 , PMC 3257830 (полный текст) (обзор).
  20. ↑ « Шаг 100 Гц, связанный с основной гармоникой, достигается менее чем за 20 мс, тогда как для синусоиды 100 Гц требуется более 80 мс. "Рой Д. Паттерсон, Роберт В. Петерс, Роберт Милрой: пороговая длительность для мелодической высоты звука. В: Райнер Клинке , Райнер Хартманн: Слух, физиологические основы и психофизика. Материалы 6-го Международного симпозиума по слуху, Бад-Наухайм, Германия, 5–9 апреля 1983 г., Шпрингер, Берлин / Гейдельберг / Нью-Йорк / Токио, 1983 г., ISBN 3-540-12618-X , стр. 321–326 ( PDF ) .
  21. ↑ Вернер Каэги : Что такое электронная музыка . Орелл Фюссли, Цюрих, 1967, стр.  63 .
  22. ^ " Есть некоторые психоакостические доказательства как для пространственного, так и для временного кода. Одним из свидетельств в пользу временного кода является то, что способность различать тональность ухудшается на частотах выше 4-5 кГц - в том же диапазоне частот, выше которого способность слушателей распознавать знакомые мелодии (Oxenham, Micheyl, Keebler, Loper, & Santurette, 2011) ), деградирует. […] »Диана Дойч: Психология музыки . 2012, ISBN 0-12-381461-8 , стр. 11 (английский, ограниченный предварительный просмотр в Поиске книг Google).