أساسيات مفقودة

الظاهرة الأساسية المفقودة هي ظاهرة إدراكية تتمثل في سماع نغمة تتوافق مع التوافقي الأدنى (الأساسي) عند تقديم صوت مكون من مجموعة من مضاعفات التردد ( النغمات التوافقية )، حتى في حال غيابه فعليًا. ^{[ 1 ]} يمكن استخدام هذه الظاهرة لمحاكاة الأصوات منخفضة التردد باستخدام مكبرات صوت لا تستطيع فعليًا تشغيل تلك الترددات، وذلك عن طريق تشغيل النغمات التوافقية التي تقع ضمن نطاقها.

من الثابت في علم النفس الصوتي أن الجهاز السمعي، بميله الطبيعي إلى تمييز نغمة عن أخرى، سيُسند باستمرار درجة صوتية لنغمة مركبة إذا كانت مجموعة كافية من التوافقيات موجودة في الطيف. ^{[ 2 ]}

على سبيل المثال، عندما تكون نغمة (ليست نغمة صافية ) بتردد 100 هرتز ، فإنها تتكون من مكونات ترددية هي مضاعفات صحيحة لهذا التردد (مثل 100، 200، 300، 400، 500... هرتز). مع ذلك، قد لا تُصدر مكبرات الصوت الصغيرة ترددات منخفضة، لذا في مثالنا، قد يغيب مكون 100 هرتز. ومع ذلك، قد يُسمع تردد أساسي مطابق.  

قد يُسمع أحيانًا صوت منخفض النبرة (يُعرف أيضًا بنبرة الصوت الأساسي المفقود أو النبرة الافتراضية ^{[ 3 ] ) حتى في غياب مصدر أو مكون واضح لهذا التردد. ويعود هذا الإدراك إلى تفسير الدماغ لأنماط التكرار الموجودة. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

كان يُعتقد سابقًا أن هذا التأثير ناتج عن استبدال التردد الأساسي المفقود بتشوهات ناتجة عن فيزياء الأذن. إلا أن التجارب اللاحقة أظهرت أنه عند إضافة ضوضاء كانت ستخفي هذه التشوهات لو كانت موجودة، ظل المستمعون يسمعون نغمةً تُطابق التردد الأساسي المفقود، كما ذكر جيه سي آر ليكليدر عام ١٩٥٤. ^{[ ٧ ]} من المقبول الآن على نطاق واسع أن الدماغ يُعالج المعلومات الموجودة في النغمات التوافقية لحساب التردد الأساسي. لا تزال الطريقة الدقيقة التي يقوم بها بذلك موضع نقاش، ولكن يبدو أن المعالجة تعتمد على ارتباط ذاتي يتضمن توقيت النبضات العصبية في العصب السمعي. ^{[ ٨ ]} مع ذلك، لوحظ منذ فترة طويلة أنه لم يتم العثور على أي آليات عصبية قد تُحدث تأخيرًا (وهي عملية ضرورية للارتباط الذاتي الحقيقي). ^{[ ٦ ]} يُظهر نموذج واحد على الأقل أن التأخير الزمني غير ضروري لإنتاج نموذج ارتباط ذاتي لإدراك النغمة، مستندًا إلى تحولات الطور بين مرشحات القوقعة . ^{[ 9 ]} مع ذلك، أظهرت دراسات سابقة أن بعض الأصوات ذات الذروة البارزة في دالة الارتباط الذاتي لا تُثير إدراكًا صوتيًا مطابقًا، ^{[ 10 ] [ 11 ]} وأن بعض الأصوات التي لا تحتوي على ذروة في دالة الارتباط الذاتي تُثير إدراكًا صوتيًا. ^{[ 12 ] [ 13 ]} وبالتالي، يمكن اعتبار الارتباط الذاتي، في أحسن الأحوال، نموذجًا غير مكتمل.

لا يُدرك دائمًا تردد النغمة الأساسية المفقودة، والتي عادةً ما تكون القاسم المشترك الأكبر للترددات الموجودة ^{[ 14 ]} . تُظهر الأبحاث التي أُجريت في جامعة هايدلبرغ أنه في ظل ظروف تحفيز محدودة مع عدد قليل من التوافقيات، يمكن تقسيم عامة الناس إلى فئتين: من يُدركون النغمات الأساسية المفقودة، ومن يسمعون النغمات التوافقية بشكل أساسي. ^{[ 15 ]} وقد تم ذلك من خلال مطالبة المشاركين بتحديد اتجاه حركة مجموعتين صوتيتين متتاليتين (صعودًا أو هبوطًا) . استخدم الباحثون التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي وتخطيط الدماغ المغناطيسي لإظهار أن تفضيل سماع النغمة الأساسية المفقودة يرتبط بتخصص نصف الكرة المخية الأيسر في إدراك النغمة، بينما يرتبط تفضيل سماع النغمات الطيفية بتخصص نصف الكرة المخية الأيمن، وكان من أظهروا هذا التفضيل الأخير يميلون إلى أن يكونوا موسيقيين.

وجدت دراسة أجراها د. روبرت لاد وآخرون عام 2013 أن حساسية إدراك العناصر الأساسية المفقودة تختلف بين الأفراد. ^{[ 16 ]}

تُصدر الطبول نغماتٍ غير متناغمة ، ولكنها تُصنع وتُضبط لإنتاج نغماتٍ شبه متناغمة مع نغمة أساسية مفقودة ضمنيًا. عند ضربها بالطريقة المعتادة (من نصف إلى ثلاثة أرباع المسافة من المركز إلى الحافة)، تكون النغمة الأساسية للطبول ضعيفة جدًا مقارنةً بنغماتها التوافقية من الثانية إلى الخامسة. ^{[ 17 ]} على سبيل المثال ، قد تُضبط الطبول لإنتاج صوتٍ بأقوى تردد عند 200 و302 و398 و488  هرتز، مما يوحي بغياب نغمة أساسية عند 100  هرتز (مع أن النغمة الأساسية الفعلية المخمدة هي 170  هرتز). ^{[ 18 ]}

تتراوح أدنى ترددات الرنين الهوائي والجسمي للكمان عمومًا بين 250 و 300 هرتز. أما التردد الأساسي للوتر المفتوح G3 فهو أقل من 200 هرتز في الضبط الحديث، وكذلك في معظم الضبطات التاريخية ، لذا فإن أدنى نغمات الكمان لها تردد أساسي مخفف، على الرغم من أن المستمعين نادرًا ما يلاحظون ذلك.   

لا تستطيع معظم الهواتف الشائعة إعادة إنتاج الأصوات التي تقل تردداتها عن 300  هرتز، ولكن صوت الرجل له تردد أساسي يبلغ حوالي 150  هرتز. وبسبب غياب هذا التردد الأساسي، لا تزال الترددات الأساسية لأصوات الرجال تُدرك عبر الهاتف على أنها نغماتها. ^{[ 19 ]}

تستغل بعض شركات تصنيع أجهزة الصوت الاحترافية ظاهرة غياب التردد الأساسي إلكترونيًا، مما يسمح لأنظمة الصوت بإنتاج نغمات تبدو أقل حدة من قدرتها على إعادة إنتاجها. ^{[ 20 ]} في وحدة مؤثرات صوتية أو إضافة برمجية، يُضبط مرشح الترددات المتقاطعة على تردد منخفض، بحيث يكون النظام الصوتي قادرًا على إعادة إنتاج النغمات فوقه بأمان. تُرسل الإشارة الموسيقية التي تتجاوز ترددات الجزء العالي من مرشح الترددات المتقاطعة إلى المخرج الرئيسي الذي يُضخّمه النظام الصوتي. أما الإشارة ذات التردد المنخفض التي تقل عن ترددات الجزء المنخفض من مرشح الترددات المتقاطعة، فتُرسل إلى دائرة كهربائية تُركّب فيها التوافقيات فوق النغمات المنخفضة. تُخلط التوافقيات المُنشأة حديثًا مع المخرج الرئيسي لخلق إحساس بالنغمات المنخفضة التي تم ترشيحها. ^{[ 21 ]} يمكن استخدام جهاز مزود بهذه العملية التركيبية للحد من الشكاوى المتعلقة بالضوضاء منخفضة التردد التي تنتقل عبر الجدران، كما يمكن استخدامه لتقليل محتوى الترددات المنخفضة في الموسيقى الصاخبة التي قد تُسبب اهتزازات وتلفًا للأشياء الثمينة القابلة للكسر. ^{[ 22 ]}

تستخدم بعض آلات الأرغن هذه الظاهرة كنغمة ناتجة ، مما يسمح لأنابيب الباص الأصغر حجماً نسبياً بإنتاج أصوات منخفضة النبرة للغاية.

استُخدم مفهوم "التردد الأساسي المفقود" الذي يُعاد إنتاجه بناءً على النغمات التوافقية لخلق وهم صوت جهير في أنظمة صوتية غير قادرة على إنتاج هذا النوع من الجهير. في منتصف عام ١٩٩٩، حصل مئير شاشوا من تل أبيب ، المؤسس المشارك لشركة Waves Audio ، على براءة اختراع لخوارزمية تُحاكي إحساس التردد الأساسي المفقود من خلال توليف التوافقيات العليا. ^{[ ٢٣ ]} أصدرت Waves Audio إضافة MaxxBass لتمكين مستخدمي الكمبيوتر من تطبيق التوافقيات المُولَّفة على ملفاتهم الصوتية. لاحقًا، أنتجت Waves Audio مضخمات صوت فرعية صغيرة تعتمد على مفهوم التردد الأساسي المفقود لإعطاء وهم صوت جهير منخفض. ^{[ ٢٤ ]} عالج كلا المنتجين بعض النغمات التوافقية بشكل انتقائي لمساعدة مكبرات الصوت الصغيرة، التي لا تستطيع إعادة إنتاج مكونات التردد المنخفض، على إصدار صوت يُوحي بقدرتها على إنتاج جهير منخفض. تضمن كلا المنتجين مرشح تمرير عالي يُخفف بشكل كبير جميع نغمات التردد المنخفض التي يُتوقع أن تتجاوز قدرات النظام الصوتي المُستهدف. ^{[ 25 ]} من الأمثلة على الأغاني الشهيرة التي تم تسجيلها باستخدام معالجة MaxxBass أغنية " Lady Marmalade "، وهي النسخة الحائزة على جائزة غرامي عام 2001 والتي غنتها كريستينا أغيليرا ، وليل كيم ، وميا ، وبينك ، من إنتاج ميسي إليوت . ^{[ 25 ]}

طورت شركات برمجيات وأجهزة أخرى نسخها الخاصة من منتجات تعزيز الصوت الجهير القائمة على الترددات الأساسية المفقودة. وقد تم تحديد ضعف استجابة الصوت الجهير في سماعات الأذن كهدف محتمل لهذه المعالجة. ^{[ 26 ]} لا تتمتع العديد من أنظمة الصوت الحاسوبية بقدرة على إنتاج صوت جهير منخفض، وقد تم تحديد الأغاني المقدمة للمستهلكين عبر الحاسوب كأغانٍ قد تستفيد من معالجة التوافقيات الصوتية الجهيرية المعززة. ^{[ 27 ]}

• علم النفس الصوتي
• التوافقيات الفرعية

• أرشيف Pitch Paradoxical بتاريخ 13 أغسطس 2003 على موقع Wayback Machine
• عدم التناظر البنيوي والوظيفي للتلفيف الهيشلي الجانبي يعكس تفضيل إدراك درجة الصوت – ملخص بحث هايدلبرغ، كما نُشر في مجلة Nature Neuroscience 8، 1241-1247 (2005)؛ يتطلب تنزيل المقالة الكاملة دفع رسوم.
• كيف تسمع النغمات؟ – موضوع نقاش في منتدى حول بحث هايدلبرغ، مع رابط لملف صوتي استُخدم في البحث حتى يتمكن القراء من تحديد ما إذا كانوا يسمعون النغمات الأساسية أم النغمات الفوقية.