Falta fundamental

El fenómeno fundamental ausente es la percepción de oír un tono correspondiente al armónico más bajo (fundamental) al escuchar un sonido compuesto por un conjunto de múltiplos de frecuencia ( sobretonos ), incluso cuando este está realmente ausente. ^{[ 1 ]} . Esto se puede utilizar para simular sonidos de baja frecuencia con altavoces que no pueden reproducir dichas frecuencias, reproduciendo los sobretonos que se encuentran dentro de su rango.

En psicoacústica se establece 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 en el espectro. ^{[ 2 ]}

Por ejemplo, cuando una nota (que no es un tono puro ) tiene una frecuencia de 100 Hz , estará compuesta por componentes de frecuencia que son múltiplos enteros de ese valor (p. ej., 100, 200, 300, 400, 500... Hz). Sin embargo, los altavoces pequeños pueden no reproducir frecuencias bajas, por lo que en nuestro ejemplo, la componente de 100 Hz podría estar ausente. No obstante, aún se podría escuchar una frecuencia correspondiente a la fundamental.  

A veces se puede escuchar 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 presentes. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

Antes se pensaba que este efecto se debía a que la fundamental faltante era reemplazada por distorsiones introducidas por la física del oído. Sin embargo, experimentos posteriores demostraron que cuando se agregaba un ruido que habría enmascarado estas distorsiones si hubieran estado presentes, los oyentes aún oían 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 sigue siendo objeto 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, se ha observado desde hace tiempo 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 sí provocan un tono. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Por lo tanto, la autocorrelación puede considerarse, en el mejor de los casos, un modelo incompleto.

El tono del fundamental faltante, generalmente en el máximo común divisor de las frecuencias presentes, ^{[ 14 ]} no siempre se percibe, sin embargo. Una investigación realizada en la Universidad de Heidelberg muestra que, bajo condiciones de estímulo limitadas con un pequeño número de armónicos, la población general puede dividirse en aquellos que perciben fundamentales faltantes y aquellos que escuchan principalmente los sobretonos. ^{[ 15 ]} Esto se hizo pidiendo a los sujetos que juzgaran la dirección del movimiento (hacia arriba o hacia abajo) de dos complejos en sucesión . Los autores utilizaron resonancia magnética estructural y MEG para mostrar que la preferencia por escuchar el fundamental faltante se correlacionaba con la lateralización del hemisferio izquierdo de la percepción del tono, mientras que la preferencia por escuchar el espectro se correlacionaba con la lateralización del hemisferio derecho, y aquellos que exhibían esta última preferencia tendían a ser músicos.

Un estudio de 2013 realizado por D. Robert Ladd et al. encontró que la sensibilidad para percibir la falta de elementos fundamentales varía entre individuos. ^{[ 16 ]}

Los timbales producen armónicos inarmónicos , pero están construidos y afinados para producir armónicos casi armónicos a partir de una fundamental implícita ausente. Al golpearlos de la forma habitual (entre la mitad y las tres cuartas partes de la distancia desde el centro hasta el borde), la nota fundamental de un timbal es muy débil en relación con sus armónicos "armónicos" del segundo al quinto. ^{[ 17 ]} Un timbal podría estar afinado para producir sonido con mayor intensidad a 200, 302, 398 y 488  Hz, por ejemplo, lo que implica una fundamental ausente a 100  Hz (aunque la fundamental amortiguada real es de 170  Hz). ^{[ 18 ]}

Las resonancias más bajas del violín , tanto en el aire como en el cuerpo, generalmente se sitúan entre 250  Hz y 300  Hz. La frecuencia fundamental de la cuerda G3 al aire está por debajo de 200  Hz tanto en las afinaciones modernas como en la mayoría de las históricas , por lo que las notas más graves del violín tienen una frecuencia fundamental atenuada, aunque los oyentes rara vez lo notan.

La mayoría de los teléfonos comunes no pueden reproducir sonidos inferiores a 300  Hz, pero la voz masculina tiene una frecuencia fundamental de aproximadamente 150  Hz. Debido a la ausencia del efecto fundamental, las frecuencias fundamentales de las voces masculinas se siguen percibiendo como tonos a través del teléfono. ^{[ 19 ]}

El fenómeno fundamental faltante es utilizado electrónicamente por algunos fabricantes de audio profesional para permitir que los sistemas de sonido parezcan producir notas de tono más bajo del que son capaces de reproducir. ^{[ 20 ]} En una unidad de efectos de hardware o un complemento de software, se ajusta un filtro de cruce a una frecuencia baja por encima de la cual el sistema de sonido puede 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 graves. Los armónicos recién creados se mezclan de nuevo con la salida principal para crear la percepción de las notas graves filtradas. ^{[ 21 ]} 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 frágiles. ^{[ 22 ]}

Algunos órganos de tubos utilizan este fenómeno como tono resultante , lo que permite que tubos de bajo relativamente más pequeños produzcan sonidos de tono muy bajo.

Este mismo concepto de "fundamental ausente" reproducido a partir de los armónicos del tono se ha utilizado para crear la ilusión de graves en sistemas de sonido que no son capaces de reproducirlos. A mediados de 1999, Meir Shashoua de Tel Aviv , cofundador de Waves Audio , patentó un algoritmo para crear la sensación de la fundamental ausente mediante la síntesis de armónicos superiores. ^{[ 23 ]} Waves Audio lanzó el complemento MaxxBass para permitir a los usuarios de computadoras aplicar los armónicos sintetizados a sus archivos de audio. Posteriormente, Waves Audio produjo pequeños subwoofers que se basaban en el concepto de fundamental ausente para dar la ilusión de graves profundos. ^{[ 24 ]} Ambos productos procesaban selectivamente ciertos armónicos para ayudar a los altavoces pequeños, que no podían reproducir componentes de baja frecuencia, a sonar como si fueran capaces de producir graves profundos. Ambos productos incluían un filtro de paso alto que atenuaba considerablemente todos los tonos de baja frecuencia que se esperaba que estuvieran más allá de las capacidades del sistema de sonido objetivo. ^{[ 25 ]} Un ejemplo de una canción popular que fue grabada con el procesamiento MaxxBass es " Lady Marmalade ", la versión ganadora del premio Grammy 2001 cantada por Christina Aguilera , Lil' Kim , Mýa y Pink , producida por Missy Elliott . ^{[ 25 ]}

Otras compañías de software y hardware han desarrollado sus propias versiones de productos de aumento de graves basados ​​en la frecuencia fundamental faltante. La mala reproducción de graves de los auriculares se ha identificado como un posible objetivo para dicho procesamiento. ^{[ 26 ]} Muchos sistemas de sonido de computadora no son capaces de reproducir graves profundos, y las canciones ofrecidas a los consumidores a través de la computadora se han identificado como aquellas que podrían beneficiarse del procesamiento de armónicos de graves aumentados. ^{[ 27 ]}

• Psicoacústica
• Subarmónico

• Pitch Paradoxical se archivó el 13 de agosto de 2003 en Wayback Machine .
• Asimetría estructural y funcional del giro de Heschl lateral que refleja la preferencia en la percepción del tono : resumen de la investigación de Heidelberg, publicada en Nature Neuroscience 8, 1241–1247 (2005); la descarga del artículo completo requiere pago.
• ¿Cómo oyes los tonos? – Hilo del foro de discusión sobre la investigación de Heidelberg, con un enlace a un archivo de audio utilizado en la investigación para que los lectores puedan determinar si oyen tonos fundamentales o armónicos.