現在自分は独学で音響について学んでいるのですが、倍音と基音の関係性につ

質問

現在自分は独学で音響について学んでいるのですが、倍音と基音の関係性について質問したいことがあります。
ヴァイオリンやオルガンなどの楽器は、基音に比べ倍音の発生率が非常に高い楽器であり、ともすれば倍音の方が強い楽器であると学びましたが、それならばなぜ人間の耳は基本派である基音の音程を最も認識することができるのでしょうか？理論的には基音は埋もれてしまい最も強い倍音にすげかわると自分には考えられるのです。
ご存知の方のお答えや、参考になりそうな書籍や論文の紹介などあれば教えて頂けると幸いです。

回答No.1

k_kota · ベストアンサー

＞基音に比べ倍音の発生率が非常に高い
発生率ではなく、量でいいと思います。

さて、本題ですが人間が認識するのは基音の周波数ですが、
基音の周波数を認識するのに倍音を利用します。
さらに言うと基音成分を無くしても、基音の周波数を認識します。

これは倍音の集合から基音を推定するということを行なっているからでしょう。

周波数領域で言えば、ピークが等間隔になっており、時間領域では基本周波数で繰り返す波形が生まれます。
2次と3次の倍音だけの波の波形は基音と同じ周波数で繰り返します。

なんでそのような認識をするのかは、信号だけ見ても分かりませんが、

環境の影響を受けにくい情報と言うのは、大まかなスペクトル包絡ではなく基本周波数です。

場所や位置関係の違いだけでスペクトルの分布は変わります。
しかし、基本周波数は変わりません。
さらに、その周波数を認識し、位置もフォーカスを当てることで、かなり音を分けることができるようになります。

なので、人間は基本周波数の認識と言うものに非常に重きをおいてると言えます。

また、スペクトルの大まかなピークは言葉の認識の元になっています。
環境音などについても、その性質を認識するのに倍音構成を用いていますので
認識できていないわけではありません。

なんですげかわらないのかというと、そんなことで変わったら不便だからです。
偶数倍音の成分が奇数次の1000倍くらいあれば上に聞こえるかもしれませんね。

お礼

ご回答ありがとうございます。
あれから皆様の意見を参照して自分でも調べたところ、おっしゃるとおり、人間は倍音の集合から基音を推測しているという意見が多くみられました。そもそもの人間生活において必要なように耳が作られて、言ってみれば決して物理的な結果通りに認識するわけではないというのは非常に興味深かったです。

回答No.3

正親町（@Ohgimachi）

>それならばなぜ人間の耳は基本派である基音の音程を最も認識することができるのでしょうか？理論的には基音は埋もれてしまい最も強い倍音にすげかわると自分には考えられるのです。

人間の聴覚には
周波数特性（ラウドネス）
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2003/pr20031022/pr20031022.html
遮蔽特性（マスキング）
http://fuji-host.arch.kyushu-u.ac.jp/kaanet/yamagishi/masking/mask-01.html
があるからです。

そのために、物理的な音のエネルギー（音圧）とは異なる聞こえ方をするのです。

ざっと一通り学ぶなら
『音響学ＡＢＣ』　技報堂出版　ISBN 978-4765534369
がお薦めです。付録にCD-ROMがあり、動画で理解できるようになっています。

お礼

ご回答ありがとうございます。
参考URLこれから見させて頂きます。
また、音響学ＡＢＣについても知らなかったため、これでより一層多くを学べると思います。
ありがとうございました。

回答No.2

candle2007

>ヴァイオリンやオルガンなどの楽器は、基音に比べ倍音の発生率が非常に高い楽器であり、ともすれば倍音の方が強い楽器であると学びましたが

これはちょっと違うと思います。
ヴァイオリンは擦弦楽器なので、弦の振動周波数とは無関係な高い周波数の音が無数に出ます。
これがヴァイオリン独特の音色を構成しているのです。
オルガンは、倍音が（楽器の中では）比較的少ないのではないでしょうか？
リードという完全な固体が振動するので、基本振動数が最も強いはずです。
以前、仏壇に供えてある鉦を叩いてスペクトルを取ってみたのですが、整数倍の倍音だけではありませんでした。
あれほど澄んだ綺麗な音色をする道具なのに、整数倍以外の音がいっぱいあるのは意外でした。

質問と関係ない話をして申し訳なかったですが、基本的なことですので一寸時間を取っていただきました。

さて、質問本題ですが、複雑な音スペクトルの中から基音を抽出できるのは、人間の感覚が「自分に最も都合の良いものを抜き出す能力」が備わっているからだと思います。

わたしがそう思うようになったのは、自分の体験からです。
宴会があり、強か酔っ払ってタクシーに乗って帰る途中で、ウインナワルツが聞こえて来ました。
ラジオがかかっているのかと思って（因みにわたしはウインナワルツが大好きです）、運転手に「もっとラジオのボリュームを上げて」と云ったら、「エ、ラジオなんかつけていませんよ」と云われました。
しかし、やっぱりウインナワルツが聞こえてくるのです。

原因は何だったと思われますか？

原因は走行ノイズ（自動車のタイヤの音）だったのです。
ご承知のように、「ノイズ」は無数の周波数から成り立っています。
その中から「自分に都合の良い音（の組み合わせ）」を、わたしの脳が拾ったのだと思います。
それ以外の理由は考えられません。

お礼

ご回答ありがとうございます。
そもそも耳が取捨選択する出来事は決してありのままではないという事実は、なんだか不思議な気分です。それも人間の技術のうちなんでしょうね。
ウインナワルツのお話、大変参考になりました。