Frekans grubu

İle frekans grupları (çoğul, İngilizce kritik bantlar insanda) olarak adlandırılır dinleme frekansı birlikte değerlendirildiğinde aralıkları. Frekans gruplarında bir değerlendirme yapılır z. Belirlenmesinde B. hacmi , ses ya da yönünü ses . Bir istisna, perdenin kendisinin değerlendirilmesidir : burada frekans çözünürlüğü çok daha büyüktür (bkz. Perde çözünürlüğü ).

Almanca'da, kritik frekans bant genişliğinin İngilizceden ters çevrilmesi sıklıkla görülmektedir . Bununla birlikte, uzman literatüründeki orijinal tanımlar anlamında değil, belirsiz görünmektedir (bkz. Örneğin Zwicker 1961, JASA).

İnsan kulağı, işitilebilir frekansları yaklaşık 24 frekans grubuna ayırır . Bir frekans grubu burada içerir

• en frekanslarda 500 altında  Hz ila yaklaşık 100 Hz arasında bir frekans aralığı,
• 500 Hz'nin üzerindeki frekanslarda, küçük bir üçte birlik frekans aralığı , bu, bir frekans oranına karşılık gelir .${\ displaystyle {\ tfrac {1} {1,19}}}$

Bu sınıflandırma, bir frekans grubunun sadece 1 Bark genişliğinde olduğu Bark ölçeği ile tanımlanır . Ayrıca ERB ölçeği ve Mel ölçeğine bakın .

masa

Eğitim

Beyinde

1980'lerden beri, frekans gruplarının olası nedeninin işitsel orta beyinde lokalize olduğu giderek daha açık hale geldi . Orada nöronlar ve su toplama alanı dendritler düzenlenmiştir tabakalar (de tabakalar ) merkezi bir çekirdek içinde aşağı colliculus . Burada, bir katman alanında akustik frekanslara göre ince bir ölçeklendirme varken, bir frekans grubu mesafesinde katmandan katmana kaba bir ölçekleme mevcuttur. Bu, kedilerde , farelerde ve sıçanlarda anatomik ve fizyolojik olarak kanıtlanmıştır .

Tarihsel teori: iç kulakta

Frekans grubu, baziler membrandaki konum, melde tonalite ve frekans arasındaki ilişki

Kökeni iç kulakta olan frekans grubu kavramı , 1940'larda Harvey Fletcher tarafından geliştirilmiştir. Yalnızca psikoakustik verilere dayanıyordu ; anatomik veya fizyolojik veriler henüz mevcut değildi. O zamandan beri, bu yerelleştirmeyi destekleyebilecek hiçbir gözlem yapılmadı.

Frekans gruplarının oluşumu, sesin iç kulakta sinir uyarılarına dönüştürülmesine dayanır . Sesin farklı frekansları , iç kulaktaki baziler membran tarafından farklı pozisyonlarda sapma maksimumlarına dönüştürülerek burada bulunan sinir hücrelerini uyarır . Her biri farklı bir ses perdesi hissinden sorumludur .

Yukarıdakilere göre Teorik olarak, baziler zarın uzunluğu, frekans gruplarını oluşturmak için 24 eşit uzunlukta bölüme bölünür ve bu bölümlerin her birinden gelen sinir uyarıları birlikte değerlendirilir.

Frekans gruplarının genişliği, sübjektif aralık birimleriyle ifade edilebilir:

1 frekans grubu = 100 mel = baziler membranda 1,3 mm

Sinyal işleme

Frekans gruplarının oluşumu , ses sinyallerinin filtrelenmesine karşılık gelir :

• 500 Hz frekansa kadar 100 Hz geniş filtreler
• daha yüksek frekanslarda, filtreler yaklaşık olarak üçüncü bir oktavın ( üçüncü oktav filtresi ) genişliğindedir .

Bakış açısından işaret işleme , işitme frekans gruplarında (ayrıntılar aşağıya bakınız) bu seçimi ile optimum bir uzlaşma aşağıdaki gibidir:

• En az 100 Hz ile, frekans grupları, 10 ms'lik bir yanıt süresi ile ses sinyallerinin hızlı bir şekilde değerlendirilmesini mümkün kılacak kadar geniştir.
• Öte yandan, frekans grupları , sesin geliş yönünü belirlemek için sinyal fazlarının ve zarfların kolay bir analizini mümkün kılacak kadar dardır (en fazla üçte bir küçüktür) .

tepki süresi

Her filtrenin oturması için belirli bir süreye ihtiyacı vardır . Bu kez ters olan orantılı için bant genişliği filtresi.

Bu nedenle, minimum bant genişliği 100 Hz olan işitme frekans grubu filtreleri, yerleşmek için maksimum 1/100 Hz = 10 ms gerektirir . Bunun anlamı şudur: Ses etkisi, bir ses sinyalinin başlamasından 10 ms sonra sabittir, ancak o zaman işitme bilgiye güvenebilir.

Daha dar frekans gruplarıyla yapılan bir değerlendirme, duruşmanın güvenilir akustik bilgi elde edilene kadar daha uzun süre beklemesi gerektiği anlamına gelir.

Yön belirleme

Yönü a ses kaynağı geliştirilmiş belirlemek için işitme , faz ve zarf frekans gruplarında sinyallerin.

Bu, sadece frekans gruplarındaki sinyaller modüle edilmiş sinüzoidal sinyaller niteliğine sahipse özellikle kolaydır . Bunun için aşağıdakiler yerine getirilmelidir:

• Fazın değerlendirilmesinin armonik sesler tarafından daha zor hale getirilmemesi için , ilk (olası) aşırı ton temelin bir oktav üzerinde olduğundan , bir frekans grubu bir oktavdan önemli ölçüde daha dar olmalıdır .
• frekans grubunun merkez frekansında ölçülen zarf eğrisi, değerlendirilebilmesi için yalnızca nispeten yavaş değişebilir. Bunu yapmak için, frekans grubunun bant genişliği içerdiği frekanslardan önemli ölçüde daha küçük olmalıdır, yani. yani yarım oktavın çok altında kalması gerekir.

Her iki sınır koşulu da küçük üçte birlik bir frekans grubu genişliğiyle karşılanır (bir oktavın dörtte biri).

Teknik uygulama

MP3 gibi ses verisi sıkıştırma yöntemleri, insan işitme duyusunun işlenmesini taklit eder. Burada da sinyaller frekans grupları halinde işlenir ve işitmenin frekans grupları içinde algılayamadığı bilgiler kaldırılır. Bu, önemli bir veri azalmasına yol açar.

Edebiyat

• Eberhard Zwicker, Hugo Fastl: Psikoakustik Gerçekler ve Modeller . ISBN 3-540-65063-6 .
• Eberhard Zwicker: Duyulabilir Frekans Aralığının Kritik Bantlara (frekans grupları) bölünmesi . İçinde: J. Acoust. Soc. . , Cilt 33, Sayı 2, Şubat 1961, s. 248-248; doi: 10.1121 / 1.1908630 .

Bireysel kanıt

1. ^ CE Schreiner, G. Langner: İşitsel orta beyindeki frekans organizasyonunun laminer ince yapısı. İçinde: Doğa. Cilt 388, Sayı 6640, Temmuz 1997, ISSN  0028-0836 , sayfa 383-386 , doi: 10.1038 / 41106 , PMID 9237756 .
2. ↑ M. Egorova, G. Ehret: Orta beyin alt kollikülüsünde tonotopi ve inhibisyon, sinirsel kritik bantlarda seslerin spektral çözünürlüğü. In: Avrupa sinirbilim dergisi. Cilt 28, Sayı 4, Ağustos 2008, ISSN  1460-9568 , sayfa 675-692, doi: 10.1111 / j.1460-9568.2008.06376.x , PMID 18702690 .
3. ↑ MS Malmierca, MA Izquierdo, S. Cristaudo, O. Hernández, D. Pérez-González, E. Covey, DL Oliver: Sıçanın alt kollikülünde süreksiz bir tonotopik organizasyon. In: The Journal of Neuroscience: Society for Neuroscience'ın resmi dergisi. Cilt 28, sayı 18, Nisan 2008, ISSN  1529-2401 , s. 4767-4776, doi: 10.1523 / JNEUROSCI.0238-08.2008 , PMID 18448653 , PMC 2440588 (ücretsiz tam metin).