Почему человеческий голос не может воспроизводить тон Шепарда?

Человеческий голосовой аппарат производит основную частоту и ее гармоники, потому что механизм подобен релаксационному генератору . Однако у нас есть ограниченный контроль над относительной амплитудой гармоник (некоторые у нас есть — так мы изменяем «цвет» тона, который мы поем, и звучание гласных).

Чтобы создать шкалу Шепарда, вы должны иметь возможность контролировать относительную амплитуду различных гармоник, особенно соотношение двух самых низких гармоник. В некоторой степени мы делаем это, когда меняем гласную, которую мы поем: в звуке «оо» мало «действительно высоких» гармоник, а в звуке «ах» их много. Например, с сайта гиперфизики получаем такое изображение:

показывая, что в голосе много гармонического содержания. Но он не «равномерно распределен» — поэтому, если вы опускаетесь на октаву, вы создаете звук, который настолько отличается, что у вас действительно не возникает ощущения, что у вас есть «вечный» звукоряд.

Я подозреваю, что самая важная проблема заключается в том, что вы захотите повторно ввести самую низкую гармонику с медленно увеличивающейся амплитудой, чтобы нота «возвратилась в нижний диапазон», даже не прыгнув туда. Но механизм голосовых связок слишком прост, чтобы это допустить.

Кстати, когда сопрано поют очень высокие ноты, многие люди теряют способность различать, какую гласную они поют, поскольку гармоники дальше друг от друга, а ухо различает гласные, оценивая форму огибающей частоты в диапазоне до нескольких кГц. ; когда в этом диапазоне очень мало гармоник, форму определить невозможно. «Высокая до» (C7) имеет частоту 2093 Гц, поэтому может быть всего пара гармоник, доступных для понимания звука. Это затрудняет различение гласных в верхнем регистре.

Я запрограммировал несколько звуков Шепарда и даже голосовой генератор.

Человеческий голос не может воспроизвести этот звук по той же причине, по которой его не могут воспроизвести одна или даже три трубы. если бы у вас было 12 труб, вы могли бы поместить их в колесную систему, чтобы высота каждого из них увеличивалась, а когда верхний доходил до верха, он приглушался и опускался до самого низкого тона. Возможно, кто-то построил механический пастуший тон, но я сомневаюсь в этом, и для имитации звука голосом потребовалось бы несколько певцов. Обычно это цифровой эффект, а не акустический инструментальный.

Человеческий голос является монофоническим звуковым генератором (за исключением тибетского тантрического голоса) с одним основным выходным каналом, ртом, и несколькими выходными каналами меньшей громкости, т. е. щеками, горлом и носом, и все они исходят из одного голосового аппарата.

Это полифоническая природа тона Шепарда, которая сбивает с толку ухо, давая ему слишком много гармоник, чтобы четко определить тон в данный момент времени. Это похоже на аккорд из 12 или 20 нот, очень широкий набор тонов.

Тон Шепарда требует либо нескольких генераторов, изменяющих высоту тона, либо нескольких статических генераторов, проходящих через несколько фильтров. Тот, который я нашел на YouTube, особенно хорош, потому что он использует около 50 синусов с мягкими атаками, поэтому трудно отличить один звук от другого.

Человеческий голосовой аппарат не может сделать что-то подобное, потому что ему нужно будет одновременно генерировать как минимум дюжину контролируемых гармоник для базовой иллюзии тона Шепарда, тоны, которые равномерно распределены и цикличны по своей природе, то есть амплитуда самого низкого тона увеличивается по мере уменьшения самого высокого тона.

Люди едва ли могут издавать низкий и высокий тона одновременно и независимо, так что тон одного можно точно контролировать по отношению к другому, а громкость можно точно контролировать по отношению к другому. Голосовой ящик, конечно же, не может воспроизводить несколько гармоник одинаковой громкости с постоянным интервалом между тонами и контролировать их громкость.

Кроме того, человеческий голос изо всех сил пытается воспроизвести один четкий, тщательно подобранный тон, и необходимы несколько тщательно контролируемых сигналов до или после фильтрации.

Голосовой ящик должен иметь несколько независимых резонаторов.