WindowsPhone用の正確なチューナーの秘密-それは人間の耳のように機能します

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カレンダーアイコン上で公開 ２０２２年７月１１日

by オスリク

上の公表 ２０２２年７月１１日

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Nokia Lumia800でデモされた正確なチューナー

「リュート奏者がXNUMX年生きていれば、彼は確かにXNUMX年かけて調律を行ってきました。」

ヨハン・マッテソン、ドイツの作曲家、ca。 1720

楽器（音楽耳）を調整する能力は、依然としてどのミュージシャンにとっても基本的なスキルです。しかし、耳によるチューニングは難しく、時間がかかり、結果が完璧になることはめったにありません。一部の楽器は、完全にチューニングするための真の課題です。驚かれるかもしれませんが、ギターでさえ、これらのチューニングが難しい楽器の3つです。適切にチューニングするには、GとBの間の長三度（2度とXNUMX度の弦）が実際にはわずかにずれている必要があります。

最近の電子ピッチチューナーの爆発的な増加により、多くのミュージシャンにとってこの問題は解決しました。しかし、これらのツールにはお金がかかり、人々は常にポケットに入れているわけではありません。スマートフォンがここで役に立ちます。これらの小さな獣の計算能力は、非常に高度なDSP処理に十分であり、チューナーはソフトウェアで実現できます。

今日、すべてのスマートフォンプラットフォームに数百のピッチチューニングアプリがあり、最年少のプラットフォームであるWindows Phoneでさえ、マーケットプレイスですでに数十のチューナーを楽しんでいます。しかし、私があなたと共有しようとしている小さな醜い秘密があります：これらのアプリの95％は使用できません。これはすべてのプラットフォームに当てはまります。たとえば、ほとんどすべてのiOSチューナーは美しく、ゴージャスで便利なUIを備えていますが、実際に使用可能で信頼性の高い精度、速度、その他の機能が適切に組み合わされているのは、そのうちの約1つだけです。

この記事では、ニードルフォンチューナーに焦点を当て、それらの一般的な落とし穴のXNUMXつだけを取り上げます。また、ソースコードは期待していませんが、WindowsPhone用のAccurateTunerによってどのように解決されるかを大まかに説明します。

ニードルチューナーは、使用するのが最も簡単なものです。それらは、針、LED、またはその他の「アナログ」インジケーターによって、非常に自然な方法で測定されたトーンピッチを示します。また、通常、「C4」（C =音符、4 =オクターブ）などの科学的記数法で音符を表示します。そして、これは電話チューナーに共通の問題です。文字と数字はしばしば間違っていて、絶えず変化しているからです。それが起こる理由を説明しましょう。

ニードルチューナーは、複雑な科学的アルゴリズムによって音声信号を分析します– 高速フーリエ変換（FFT）。 FFTは信号をグラフに変換します。ここで、X軸は周波数、Y軸は振幅です。ピークは支配的な周波数を示します。

ご覧のとおり、この信号にはいくつかの周波数があります。しかし実際には、これはたった4つのトーン、つまり12本のギターの弦の周波数分析です。そして今、面白い事実がやって来ます：楽音の場合、これは常に当てはまります！すべての楽音は倍音（部分）周波数で構成されているため、特定の音には常にXNUMX〜XNUMXのピークがあります。通常、それらは基本周波数の整数倍です。

上記の場合、基本周波数（第1高調波）が最も強い周波数ですが、それは規則ではありません。多くの場合、2次、3次、または4次の高調波は1次高調波よりも強いため、チューナーが最も強い高調波を表示する場合は、+ 1オクターブ、+ 1オクターブ、完全1度または+2オクターブ高くなります。そして、これらのメモは絶えず変化しています。

ほとんどの場合、文字は正しいですが、オクターブだけが間違っています。安価なハードウェアチューナーは、この問題を最も簡単な方法で解決します。オクターブは表示されません。上のArtisanWCT-50の写真を参照してください–オクターブ番号は表示されていません。 Cは常にCですが、デバイスはそのオクターブについて確信がありません。正直なところ、チューニング中にオクターブを知る必要はほとんどありません。

スマートフォンでは、一般的な電話のマイクの周波数応答が100 Hz未満であるため、この問題はさらに深刻です。これにより、100 Hz未満の周波数では、これらのピークが小さくなります。したがって、電話チューナーは、最も低いギターストリングE2（82,41 Hz）と最も低い低音ストリングE1（40,20 Hz）は、通常、完全に到達できません。

サムスンフォーカスフラッシュでギターのE2を録音してみましょう。これは記録された信号です：

そしてこれはFFT出力です：

ご覧のとおり、2次（E3）と3次（B3）の両方の倍音は、正しい音である1番目のE2よりも強力です。 100 Hz未満の周波数は、Focus Flashのマイクの方が静かで、他の電話はそれ以上のものではありません。それでも、AccurateTunerはそれを正しく識別できます。

正確なチューナーのスクリーンショット-E2に注意 — *正確なチューナーのスクリーンショット–E2に注意*

注：高調波と波形のリストは、まったく同じ瞬間に取得されないため、上記のグラフとは少し異なります。擦り切れた波形は、バックグラウンドノイズが原因でした。また、ATには、2次高調波が常にリストでスキップされるという既知のバグがあります。これは、次のアップグレードで修正される予定です。

これはどのように可能ですか？ Accurate Tunerは、最強の高調波だけでなく、すべての高調波を分析します。場合によっては、バックグラウンドノイズで完全に失われたとしても、高調波から基本周波数を計算することさえできます。

人間の耳も同じように機能します。そのピッチ感度は非常に低い周波数ではるかに悪くなりますが、リスナーはこれがE2ではなくE3であることを確実に知っています。訓練を受けたミュージシャンは、解剖学的に可能であるよりもXNUMX倍優れた低楽音を測定できます。その複雑さと、最も低いコンポーネントだけでなく、そのすべてのコンポーネントを分析します。ただし、楽器が生成する音のように、倍音が豊富な音だけでは、どの音や音でも機能しません。

Accurate Tuner Proの有料版を購入した場合、倍音のレベルを設定することにより、トーンジェネレーターで倍音の弱いまたは豊かなトーンをモデル化できます。 XNUMX台の電話がある場合は、AccurateTunerやその他の電話チューナーのテストに使用できます。ご想像のとおり、最高のチューナーは、サウンドに含まれる倍音が多いほど正確になります。もちろん、最良の結果を得るには、頑丈な外部スピーカーを使用する必要があります。