Hemmeligheten bak Accurate Tuner for Windows Phone – den fungerer som et menneskelig øre

Nøyaktig tuner demonstrert på Nokia Lumia 800

"Hvis en lutspiller har levd åtti år, har han sikkert brukt seksti år på å stemme."

Johann Mattheson, tysk komponist, ca. 1720

Evnen til å stemme et musikkinstrument – ​​et musikalsk øre – er fortsatt en grunnleggende ferdighet for enhver musiker. Men å stemme på gehør er vanskelig, tar tid og resultatet er sjelden perfekt. Noen instrumenter er en sann utfordring å få perfekt innstilt. Det kan overraske deg, men til og med en gitar hører hjemme blant disse vanskeligstemme instrumentene, ettersom den store tredjedelen mellom G og B (3. og 2. strenger) faktisk må være litt ustemt for å bli stemt riktig.

Den nylige eksplosjonen av elektroniske pitch-tunere har løst dette problemet for mange musikere. Men disse verktøyene koster penger og folk har dem ikke alltid i lommen. Smarttelefonene kommer for å hjelpe her. Datakraften til disse små beistene er god nok for ganske avansert DSP-behandling og tunere kan realiseres i programvare.

I dag er det hundrevis av pitch-tuning-apper på alle smarttelefonplattformer, og til og med den yngste plattformen – Windows Phone – har allerede dusinvis av tunere på Marketplace. Men det er en liten stygg hemmelighet jeg skal dele med deg: 95 % av disse appene er ubrukelige. Det er sant for alle plattformer. For eksempel er nesten alle iOS-tunere vakre, med et nydelig og hendig brukergrensesnitt, men bare rundt 1 av 20 av dem har den rette blandingen av presisjon, hastighet og andre funksjoner for å være brukbare og pålitelige nok i praksis.

I denne artikkelen skal jeg konsentrere meg om nåletelefontunere og velge bare én av de vanlige fallgruvene deres. Og jeg skal til og med forklare bredt hvordan det løses med Accurate Tuner for Windows Phone, men forvent ikke noen kildekode.

Nåletunere er de enkleste å bruke. De viser en målt tonehøyde på en veldig naturlig måte ved hjelp av en nål, lysdioder eller annen "analog" indikator. De viser også vanligvis en note i en vitenskapelig notasjon, for eksempel "C4" (C = note, 4 = oktav). Og dette er et vanlig problem med telefontunere, siden bokstaven og tallet ofte er feil og stadig endres. La oss forklare hvorfor det skjer.

Nåletunere analyserer lydsignalet ved hjelp av en kompleks vitenskapelig algoritme - Rask Fourier Transform (FFT). FFT transformerer signalet til grafen, der X-aksen er en frekvens og Y-aksen er en amplitude. Topper angir dominerende frekvenser.

Som du kan se, er det flere frekvenser i dette signalet. Men faktisk er dette frekvensanalysen av bare én tone, nemlig én streng på en gitar. Og nå kommer det morsomme faktum: For musikalske toner er dette alltid tilfelle! Det er alltid 4-12 topper for en gitt tone, fordi hver musikalsk tone er sammensatt av harmoniske (delvise) frekvenser. Vanligvis er de heltallsmultipler av grunnfrekvensen.

I det ovenfor illustrerte tilfellet er grunnfrekvensen (den første harmoniske) den sterkeste, men det er ikke regelen. Ganske ofte er 1., 2. eller 3. harmoniske sterkere enn den 4., så hvis tuneren bare viser den sterkeste harmoniske, viser den det +1 oktav, +1 oktav og 1 perfekt femtedel eller +1 oktaver høyere! Og disse notatene er i stadig endring.

Oftest er bare oktaven feil, mens bokstaven er riktig. Billige maskinvaretunere løser dette problemet på den enkleste måten – de viser bare ikke oktaven. Se Artisan WCT-50-bildet ovenfor – det vises ikke noe oktavnummer. C er alltid C, men enheten er ikke sikker på oktav. For å være ærlig trenger du sjelden å kjenne oktaven under tuning.

På smarttelefoner er dette problemet enda mer presserende, ettersom typiske telefonmikrofoner har svak frekvensrespons under 100 Hz, noe som gjør disse toppene mindre for frekvenser under 100 Hz. Dermed sliter telefontunere med den laveste gitarstrengen E2 (82,41 Hz) og den laveste bassstrengen E1 (40,20 Hz) er vanligvis helt uoppnåelig for dem.

La oss spille inn en gitars E2 på Samsung Focus Flash. Dette er det registrerte signalet:

Og dette er FFT-utgangen:

Som du kan se, er både 2. (E3) og 3. (B3) harmoniske sterkere enn 1. harmoniske, E2, som er den riktige tonen! Frekvenser under 100 Hz er bare roligere for mikrofonen til Focus Flash, og andre telefoner er ikke bedre. Likevel er Accurate Tuner i stand til å identifisere den riktig:

OBS: Listen over harmoniske og bølgeformen skiller seg litt fra grafene ovenfor, siden den ikke er tatt i nøyaktig samme øyeblikk. Den frynsete bølgeformen var forårsaket av noe bakgrunnsstøy. Dessuten er det en kjent feil i AT at den andre harmoniske alltid hoppes over i listen – den vil bli rettet i neste oppgradering.

Hvordan er dette mulig? Accurate Tuner analyserer alle harmoniske, ikke bare den sterkeste. I noen tilfeller er den til og med i stand til å beregne grunnfrekvensen fra de høyere harmoniske, selv om den er fullstendig tapt i bakgrunnsstøy.

Et menneskelig øre fungerer på samme måte. Tonehøydefølsomheten er mye dårligere i svært lave frekvenser, men en lytter vet med sikkerhet at dette er E2, ikke E3. En utdannet musiker er i stand til å måle lave musikalske toner ti ganger bedre enn det som er anatomisk mulig, fordi hjernen hans hører tonen i dens kompleksitet og analyserer alle dens komponenter, ikke bare den laveste. Det fungerer imidlertid ikke for noen tone eller lyd, bare for harmonisk rike lyder, slik toner produsert av musikkinstrumenter vanligvis er.

Hvis du kjøper den betalte versjonen av Accurate Tuner Pro, kan du modellere harmonisk dårlige eller rike toner i Tone Generatoren ved å stille inn nivåene for harmoniske. Hvis du har to telefoner, kan du bruke den til testing av Accurate Tuner og andre telefontunere. Som du kan gjette, vil de beste tunerne være mer presise med flere harmoniske tilstede i lyden. For best resultat bør du selvfølgelig bruke solide eksterne høyttalere.

LAST NÅ HELT FUNGERENDE NØYAKTIG TUNER GRATIS NÅ!

Betalt Pro-versjon med flere funksjoner er også tilgjengelig. For $2.99 støtter den mange alternative instrumentinnstilling og temperament, tilbyr skjermlåsblokkering, tonegenerator og andre funksjoner.