Grundfrekvens

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Grundfrekvens , også kaldet grundlæggende vibration eller grundtone , er et udtryk fra vibrationsteori, akustik eller elektroteknik, der beskriver den laveste (laveste) frekvens i en blanding af harmoniske frekvenser .

Frekvens er antallet af svingninger pr. Gang. Grundfrekvensen beskriver, hvor ofte en sådan mønsterrepetition finder sted.

betyder

Hvis du overvejer et periodisk signal, hvor et bestemt mønster gentages over et bestemt tidsrum, beskriver grundfrekvensen, hvor ofte mønsteret gentages pr. Tidsenhed. Inden for akustik foretages der generelt en auditiv bestemmelse. I virkeligheden er periodiske svingninger altid forbundet med en vis mængde sekundære eller harmoniske . Dette gælder ikke kun for lydbølger , mediet i bevægelse kan være anderledes: elektroner i ledere eller i et vakuum , massepartikler i luften eller andre medier.

Udtrykket grundfrekvens bruges

Signalanalyse

Hvert diskret tidssignal kan beskrives som summen af ​​et begrænset antal sinusformede svingninger i Fourier -serien . Periodiske signaler består primært af de vibrationer, hvis komponenter med højere frekvens er i et heltal forhold til grundfrekvensen; de højere frekvenskomponenter omtales som harmoniske eller som harmoniske eller i visse sammenhænge også som deltoner, partialer, overtoner eller forvrængning. Den tidsmæssige længde af mønsteret for den periodiske svingning, der gentages over en bestemt periode, betegnes som periodens varighed ; grundfrekvensen er periodens gensidige .

Ifølge psykoakustik er lyde i de fleste tilfælde meget komplekse inden for akustik. [1] En sondring mellem rent harmoniske og in-harmoniske komplekse toner er praktisk talt umulig eller kun mulig med en vis sandsynlighed på grundlag af fysiske kriterier. Generelt siges toner at være harmonisk komplekse, der er periodiske, og hvis rod svarer til den primære opfattede tonehøjde .

At kende et grundfrekvens for et signal er vigtigt for mange metoder til kommunikationsteknologi (f.eks. I broadcast -teknologi ) og signalbehandling (f.eks. I talegenkendelse ).

musik

Hvis en lytter kan tildele en tonehøjde til en musikalsk lyd eller et instrument, beskrives den opfattede tonehøjde af grundtonen og dermed grundfrekvensen.

For eksempel forekommer flere typer vibrationer samtidigt i en guitarstreng : på den ene side vibrerer hele strengen på samme måde over hele dens længde; der er også vibrationer, hvor begge strengens halvdele vibrerer mod hinanden med to gange frekvensen, vibrationer med tre gange frekvensen på 1/3 af strengen osv. Vibrationen med den laveste frekvens (lignende vibration af hele strengen) er den grundlæggende frekvens her, de andre Vibrationer harmoniske.

Men der er også lyde brugt musikalsk, som en analyse af tidssignalerne ikke ville resultere i en periode, der kunne bestemmes. Sådanne lyde har ingen grundlæggende frekvens, så der kan ikke tildeles nogen tonehøjde. For eksempel har trommetoner meget høje støjniveauer , selv (ikke-periodisk) smalbåndsstøj kan stadig bruges som en musikalsk tone.

Mønster genkendelse

I metoder til mønstergenkendelse søges ofte efter periodiciteter i signaler, for eksempel ved hjælp af autokorrelation . Også her er der udtrykket grundfrekvens i en mere udvidet form som gentagelsesfrekvensen af ​​grundmønstre.

Se også: wavelet transformation

Lingvistik

På området for talen, udtrykket grundlæggende frekvens beskriver den hyppighed, hvormed de stemmebånd vibrere under stemt tale.

Bestemmelse af grundfrekvensen for en individuel højttaler ser ud til at være en simpel signalbehandlingsopgave. I virkeligheden har bestemmelsen af ​​grundfrekvensen imidlertid været et uløst problem siden forskning begyndte på dette område i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. I anden halvdel af det 20. århundrede blev der gjort mange anstrengelser, og hundredvis af algoritmer til grundlæggende frekvensbestemmelse (GFB -algoritmer) blev udviklet. I det, der nok er den mest omfattende oversigt over dette emne, kommer Hess (1983) til den konklusion, at der ikke er noget, der hedder en GFB -algoritme. Han tæller bestemmelsen af ​​grundfrekvensen "et af de vanskeligste problemer ved talesignalbehandling" og slutter med bemærkningen: "Ingen [af algoritmerne] fungerer perfekt til alle omstændigheder".

Hess giver fem grunde til, at det er svært at bestemme grundfrekvensen:

  1. Sproget er ikke stationært . Den aktuelle artikulation i stemmebanen kan hurtigt ændre sig, hvilket fører til drastiske ændringer i signalets tidsstruktur.
  2. På grund af stemmebanens mange fornuftige artikulationspositioner og mangfoldigheden af menneskelige stemmer er der et stort antal tidsstrukturer i talesignalet.
  3. Frekvensområdet, der skal undersøges, er op til fire oktaver . Dette betyder dog ikke, at stemmens rækkevidde er fire oktaver, men spektrumet af formanterne , som er vigtige for at bestemme grundfrekvensen, strækker sig over dette område.
  4. Excitationssignalet kan være uregelmæssigt.
  5. Taleoverførselssystemer forvrænger eller bånd begrænser signalet.

Det anvendte område varierer fra højttaler til højttaler og afhænger blandt andet af, om højttaleren læser en tekst eller taler frit: Undersøgelser viser, at det grundlæggende frekvensområde for en oktav ikke overskrides, når talen læses.

Individuelle beviser

  1. ^ Akustisk kommunikation: Grundlæggende med lydeksempler, Ernst Terhardt, 1998, ISBN 3-54063-408-8 .

litteratur

  • Horst Stöcker: Lommebog over fysik. 4. udgave, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4 .
  • Gregor Häberle, Heinz Häberle, Thomas Kleiber: Ekspertise i radio, tv og radioelektronik. 3. udgave, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 1996, ISBN 3-8085-3263-7 .
  • Thomas Görne: Lydteknik. 1. udgave, Carl Hanser Verlag, Leipzig 2006, ISBN 3-446-40198-9
  • Thomas Görne: Mikrofoner i teori og praksis. 8. udgave, Elektor-Verlag, Aachen 2007, ISBN 978-3-89576-189-8 .
  • Wolfgang Hess: Pitch Determination of Speech Signals 1. udgave, Springer, Berlin 1983, ISBN 3-540-11933-7 .