Het geheim van Accurate Tuner voor Windows Phone: het werkt als een menselijk oor

Nauwkeurige tuner gedemonstreerd op Nokia Lumia 800

"Als een luitspeler tachtig jaar heeft geleefd, heeft hij zeker zestig jaar gestemd."

Johann Mattheson, Duitse componist, ca. 1720

Het kunnen stemmen van een muziekinstrument – ​​een muzikaal oor – is nog steeds een fundamentele vaardigheid voor elke muzikant. Maar stemmen op het gehoor is moeilijk, kost tijd en het resultaat is zelden perfect. Sommige instrumenten zijn een ware uitdaging om perfect te stemmen. Het zal je misschien verbazen, maar zelfs een gitaar behoort tot deze moeilijk te stemmen instrumenten, aangezien de grote terts tussen G en B (3e en 2e snaar) in feite licht ontstemd moet zijn om goed te worden gestemd.

De recente explosie van elektronische toonhoogtetuners heeft dit probleem voor veel muzikanten opgelost. Maar deze tools kosten geld en mensen hebben ze niet altijd op zak. De smartphones komen hier om te helpen. De rekenkracht van deze kleine beesten is goed genoeg voor vrij geavanceerde DSP-verwerking en tuners kunnen in software worden gerealiseerd.

Tegenwoordig zijn er honderden pitch-tuning-apps op alle smartphoneplatforms en zelfs het jongste platform – Windows Phone – heeft al tientallen tuners in de Marketplace. Maar er is een klein lelijk geheim dat ik met je ga delen: 95% van deze apps zijn onbruikbaar. Het is waar voor alle platforms. Bijna alle iOS-tuners zijn bijvoorbeeld mooi, met een prachtige en handige gebruikersinterface, maar slechts ongeveer 1 op de 20 heeft de juiste mix van precisie, snelheid en andere functies om in de praktijk bruikbaar en betrouwbaar genoeg te zijn.

In dit artikel ga ik me concentreren op naaldtelefoontuners en een van hun veelvoorkomende valkuilen uitkiezen. En ik ga zelfs in grote lijnen uitleggen hoe het wordt opgelost door Accurate Tuner voor Windows Phone, hoewel verwacht geen broncode.

Naaldtuners zijn de eenvoudigste om te gebruiken. Ze tonen een gemeten toonhoogte op een heel natuurlijke manier door een naald, LED's of een andere "analoge" indicator. Ze tonen meestal ook een noot in een wetenschappelijke notatie, bijvoorbeeld 'C4' (C = noot, 4 = octaaf). En dit is een veelvoorkomend probleem bij telefoontuners, omdat de letter en het cijfer vaak verkeerd zijn en voortdurend veranderen. Laten we uitleggen waarom het gebeurt.

Naaldtuners analyseren het geluidssignaal door een complex wetenschappelijk algoritme - Snelle Fourier-transformatie (FFT). FFT zet het signaal om in de grafiek, waarbij de X-as een frequentie is en de Y-as een amplitude. Pieken duiden dominante frequenties aan.

Zoals je kunt zien, zijn er verschillende frequenties in dit signaal. Maar in feite is dit de frequentieanalyse van slechts één toon, namelijk één snaar van een gitaar. En nu komt het leuke feit: voor muziektonen is dit altijd het geval! Er zijn altijd 4-12 pieken voor een bepaalde noot, omdat elke muziektoon is samengesteld uit harmonische (deel)frequenties. Meestal zijn dit gehele veelvouden van de grondfrequentie.

In het hierboven geïllustreerde geval is de grondfrequentie (de 1e harmonische) de sterkste, maar het is niet de regel. Vaak zijn de 2e, 3e of 4e harmonischen sterker dan de 1e, dus als de tuner alleen de sterkste harmonische laat zien, toont hij deze +1 octaaf, +1 octaaf en 1 reine kwint of +2 octaven hoger! En deze noten veranderen voortdurend.

Meestal is alleen het octaaf verkeerd, terwijl de letter juist is. Goedkope hardwaretuners lossen dit probleem het gemakkelijkst op - ze laten alleen het octaaf niet zien. Zie de afbeelding van de Artisan WCT-50 hierboven - er wordt geen octaafnummer weergegeven. C is altijd C, maar het apparaat is niet zeker van zijn octaaf. Eerlijk gezegd hoef je tijdens het stemmen zelden het octaaf te kennen.

Op smartphones is dit probleem nog urgenter, aangezien typische telefoonmicrofoons een zwakke frequentierespons hebben onder 100 Hz, waardoor die pieken kleiner worden voor frequenties onder 100 Hz. Telefoontuners worstelen dus met de laagste gitaarsnaar E2 (82,41 Hz) en de laagste bassnaar E1 (40,20 Hz)Â is voor hen meestal volledig onbereikbaar.

Laten we de E2 van een gitaar opnemen op Samsung Focus Flash. Dit is het opgenomen signaal:

En dit is de FFT-uitgang:

Zoals je kunt zien, zijn zowel de 2e (E3) als de 3e (B3) harmonischen sterker dan de 1e, E2, wat de juiste noot is! Frequenties onder de 100 Hz zijn gewoon stiller voor de microfoon van Focus Flash en andere telefoons zijn niet beter. Toch kan Accurate Tuner het correct identificeren:

Opmerking: De lijst met harmonischen en de golfvorm wijkt enigszins af van de bovenstaande grafieken, omdat deze niet op precies hetzelfde moment zijn genomen. De gerafelde golfvorm werd veroorzaakt door wat achtergrondgeluid. Er is ook een bekende bug in AT dat de 2e harmonische altijd wordt overgeslagen in de lijst - deze zal bij de volgende upgrade worden gecorrigeerd.

Hoe is dit mogelijk? Accurate Tuner analyseert alle harmonischen, niet alleen de sterkste. In sommige gevallen is het zelfs in staat om de grondfrequentie uit de hogere harmonischen te berekenen, zelfs als deze volledig verloren gaat in achtergrondgeluid.

Een menselijk oor werkt op dezelfde manier. De toonhoogtegevoeligheid is veel slechter in zeer lage frequenties, maar een luisteraar weet zeker dat dit E2 is, niet E3. Een getrainde muzikant kan lage muziektonen tien keer beter meten dan anatomisch mogelijk is, omdat zijn hersenen de toon in zijn complexiteit en analyseert al zijn componenten, niet alleen de laagste. Het werkt echter niet voor een toon of geluid, alleen voor harmonisch rijke geluiden, zoals tonen die door muziekinstrumenten worden geproduceerd.

Als u de betaalde versie van Accurate Tuner Pro koopt, kunt u harmonisch slechte of rijke tonen in de toongenerator modelleren door de niveaus van de harmonischen in te stellen. Als u twee telefoons heeft, kunt u deze gebruiken voor het testen van Accurate Tuner en andere telefoontuners. Zoals je kunt raden, zullen de beste tuners nauwkeuriger zijn met meer harmonischen in het geluid. Voor de beste resultaten moet u natuurlijk solide externe luidsprekers gebruiken.

DOWNLOAD NU GRATIS VOLLEDIG WERKENDE NAUWKEURIGE TUNER!

Betaald Pro-versie met meer functies is ook beschikbaar. Voor $ 2.99 ondersteunt het veel alternatieve instrumentstemmingen en temperamenten, biedt het schermvergrendeling, toongenerator en andere functies.