perustaajuutta

Perustaajuus (f0) on signaalin pienin toistuva taajuus, jonka ympärille jaksollinen signaali voidaan kuvata. Kun signaali jaksollinen mallinnetaan Fourier-sarjalla, sen taajuuskomponentit ovat kansikertaisina n kertaa perustaajuus (n = 1, 2, 3, ...). Tämän kokonaisuus määrittää kuullavan äänen korkeus eli pitch, kun taas amplitudit ja vaiheistus harmonisilla komponenteilla vaikuttavat äänen väriin eli timbreen.

Korkeus syntyy suoraan perustaajuudesta. Monilla äänillä, kuten kielet tai puhaltimet, on lisäksi ylä- ja alaääniä, joiden taajuudet ovat n f0. Timbreä taas muodostavat nämä harmoniset sekä niiden voimakkuudet, kojeiden muoto, aiheuttaman resonanssien ja soinnin yksityiskohdat. Joidenkin kuulijoiden kokemuksessa nähtävä “puuttuva perusta” voidaan silti kuulla lopullisena pitch-arvona, vaikka f0 ei olekaan ääniraon spektrissä selvästi läsnä.

F0 esiintyy sekä musiikissa että puheessa. Musiikissa perustaajuutta säädellään instrumentin fyysisillä ominaisuuksilla (pinnan pituus, jännitys, massamäärä, ilmanpaine) ja soittimen rakenteen muutoksilla. Puheessa f0 määräytyy äänihuulten värähtelyn nopeuden mukaan ja vaihtelee puheen prosodian, tunteen sekä ikä- ja sukupuoliryhmän mukaan.

Mittaus ja analyysi perustuvat Fourier-muunnokseen, ajalliseen autocorrelointiin tai cepstrum-tekniikoihin. Perustaajuuden estimointiin käytetään menetelmiä kuten YIN, autokorrelaatio ja spektrinen kuviointi, sekä nykyaikaisia koneoppimispohjaisia ratkaisuja.

Tyypilliset f0-alueet: aikuisilla miehillä noin 85–180 Hz, aikuisilla naisilla noin 165–255 Hz; lapsilla arvoja on usein korkeampi. Perustaajuus on keskeinen käsite sekä musiikin että puheen akustiikassa sekä signaalinkäsittelyssä.