Hemmeligheden bag Accurate Tuner til Windows Phone – den fungerer som et menneskeligt øre

Præcis Tuner demonstreret på Nokia Lumia 800

"Hvis en lutspiller har levet firs år, har han helt sikkert brugt tres år på at tune."

Johann Mattheson, tysk komponist, ca. 1720

Evnen til at stemme et musikinstrument – ​​et musikøre – er stadig en grundlæggende færdighed for enhver musiker. Men at stemme efter gehør er svært, tager tid, og resultatet er sjældent perfekt. Nogle instrumenter er en sand udfordring at få perfekt afstemt. Det kan måske overraske dig, men selv en guitar hører til blandt disse svære at stemme instrumenter, da den store terts mellem G og B (3. og 2. streng) faktisk skal være lidt ustemt for at blive stemt korrekt.

Den nylige eksplosion af elektroniske pitch-tunere har løst dette problem for mange musikere. Men disse værktøjer koster penge, og folk har dem ikke altid i lommen. Smartphones kommer for at hjælpe her. Disse små dyrs regnekraft er god nok til ret avanceret DSP-behandling, og tunere kan realiseres i software.

I dag er der hundredvis af pitch-tuning-apps på alle smartphone-platforme, og selv den yngste platform – Windows Phone – har allerede dusinvis af tunere på markedspladsen. Men der er en lille grim hemmelighed, jeg vil dele med dig: 95 % af disse apps er ubrugelige. Det gælder for alle platforme. For eksempel er næsten alle iOS-tunere smukke med en smuk og handy UI, men kun omkring 1 ud af 20 af dem har den rigtige blanding af præcision, hastighed og andre funktioner til at være brugbare og pålidelige nok i praksis.

I denne artikel vil jeg koncentrere mig om nåletelefontunere og vælge blot en af ​​deres almindelige faldgruber. Og jeg vil endda i store træk forklare, hvordan det løses med Accurate Tuner til Windows Phone, selvom du ikke forventer nogen kildekode.

Nåletunere er de enkleste at bruge. De viser en målt tonehøjde på en meget naturlig måde ved hjælp af en nål, lysdioder eller anden "analog" indikator. De viser normalt også en node i en videnskabelig notation, for eksempel "C4" (C = node, 4 = oktav). Og dette er et almindeligt problem med telefontunere, da bogstavet og tallet ofte er forkerte og konstant ændrer sig. Lad os forklare, hvorfor det sker.

Nåletunere analyserer lydsignalet ved hjælp af en kompleks videnskabelig algoritme - Hurtig Fourier-transformation (FFT). FFT transformerer signalet til grafen, hvor X-aksen er en frekvens og Y-aksen er en amplitude. Toppe angiver dominerende frekvenser.

Som du kan se, er der flere frekvenser i dette signal. Men faktisk er dette frekvensanalysen af ​​kun én tone, nemlig én streng af en guitar. Og nu kommer det sjove faktum: For musikalske toner er dette altid tilfældet! Der er altid 4-12 peaks for en given tone, fordi hver musikalsk tone er sammensat af harmoniske (delvise) frekvenser. Normalt er de heltals multipla af grundfrekvensen.

I ovenstående illustrerede tilfælde er grundfrekvensen (den 1. harmoniske) den stærkeste, men det er ikke reglen. Ganske ofte er 2., 3. eller 4. harmoniske stærkere end den 1., så hvis tuneren bare viser den stærkeste harmoniske, viser den det +1 oktav, +1 oktav og 1 perfekt kvint eller +2 oktaver højere! Og disse noter ændrer sig konstant.

Oftest er bare oktaven forkert, mens bogstavet er korrekt. Billige hardwaretunere løser dette problem på den nemmeste måde – de viser bare ikke oktaven. Se Artisan WCT-50-billedet ovenfor – der er ikke vist noget oktavnummer. C er altid C, men enheden er ikke sikker på sin oktav. For at være ærlig behøver du sjældent at kende oktaven under tuning.

På smartphones er dette problem endnu mere presserende, da typiske telefonmikrofoner har svag frekvensrespons under 100 Hz, hvilket gør disse toppe mindre for frekvenser under 100 Hz. Telefontunere kæmper således med den laveste guitarstreng E2 (82,41 Hz) og den laveste basstreng E1 (40,20 Hz) er normalt fuldstændig uopnåelig for dem.

Lad os optage en guitars E2 på Samsung Focus Flash. Dette er det optagede signal:

Og dette er FFT-output:

Som du kan se, er både 2. (E3) og 3. (B3) harmoniske stærkere end 1. harmoniske, E2, hvilket er den korrekte tone! Frekvenser under 100 Hz er bare mere støjsvage for mikrofonen i Focus Flash, og andre telefoner er ikke bedre. Alligevel er Accurate Tuner i stand til at identificere den korrekt:

Bemærk: Listen over harmoniske og bølgeformen adskiller sig lidt fra ovenstående grafer, da den ikke er taget i nøjagtig samme øjeblik. Den flossede bølgeform var forårsaget af noget baggrundsstøj. Der er også en kendt fejl i AT, at den 2. harmoniske altid springes over i listen - den vil blive rettet i næste opgradering.

Hvordan er det muligt? Accurate Tuner analyserer alle harmoniske, ikke kun den stærkeste. I nogle tilfælde er den endda i stand til at beregne grundfrekvensen ud fra de højere harmoniske, selvom den er helt tabt i en baggrundsstøj.

Et menneskeligt øre fungerer på samme måde. Dens tonehøjdefølsomhed er meget værre i meget lave frekvenser, men en lytter ved med sikkerhed, at dette er E2, ikke E3. En trænet musiker er i stand til at måle lave musikalske toner ti gange bedre, end det er anatomisk muligt, fordi hans hjerne hører tonen i dens kompleksitet og analyserer alle dens komponenter, ikke kun den laveste. Det virker dog ikke for nogen tone eller lyd, kun for harmonisk rige lyde, som toner produceret af musikinstrumenter typisk er.

Hvis du køber den betalte version af Accurate Tuner Pro, kan du modellere harmonisk fattige eller rige toner i dens tonegenerator ved at indstille niveauerne for harmoniske. Hvis du har to telefoner, kan du bruge den til at teste Accurate Tuner og andre telefontunere. Som du kan gætte, vil de bedste tunere være mere præcise med flere harmoniske tilstede i lyden. For de bedste resultater bør du selvfølgelig bruge solide eksterne højttalere.

DOWNLOAD FULDT FUNGERENDE NØJAGTIG TUNER GRATIS NU!

Betalt Pro version med flere funktioner er også tilgængelig. For $2.99 understøtter den en masse alternative instrumentstemninger og temperamenter, tilbyder blokering af skærmlås, tonegenerator og andre funktioner.