Sekret Accurate Tuner dla Windows Phone – działa jak ludzkie ucho

Dokładny tuner w wersji demonstracyjnej na Nokia Lumia 800

„Jeśli lutnista przeżył osiemdziesiąt lat, z pewnością spędził sześćdziesiąt lat na strojeniu”.

Johann Mattheson, niemiecki kompozytor, ca. 1720

Umiejętność strojenia instrumentu muzycznego – muzycznego ucha – jest nadal podstawową umiejętnością każdego muzyka. Ale strojenie ze słuchu jest trudne, wymaga czasu, a rezultat rzadko jest doskonały. Niektóre instrumenty są prawdziwym wyzwaniem, aby uzyskać idealne nastrojenie. Może cię to zaskoczyć, ale nawet gitara należy do tych trudnych do nastrojenia instrumentów, ponieważ główna tercja między G i B (3 i 2 struna) musi być w rzeczywistości nieco rozstrojona, aby była właściwie nastrojona.

Niedawna eksplozja elektronicznych tunerów stroju rozwiązała ten problem dla wielu muzyków. Ale te narzędzia kosztują i ludzie nie zawsze mają je w kieszeni. Z pomocą przychodzą smartfony. Moc obliczeniowa tych małych bestii jest wystarczająca do dość zaawansowanego przetwarzania DSP, a tunery można zrealizować w oprogramowaniu.

Obecnie istnieją setki aplikacji do strojenia tonu na wszystkich platformach smartfonów, a nawet najmłodsza platforma – Windows Phone – korzysta już z dziesiątek tunerów w Marketplace. Ale jest mały brzydki sekret, którym zamierzam się z tobą podzielić: 95% tych aplikacji jest bezużytecznych. Dotyczy to wszystkich platform. Na przykład prawie wszystkie tunery iOS są piękne, mają wspaniały i poręczny interfejs użytkownika, ale tylko około 1 na 20 z nich ma odpowiednią mieszankę precyzji, szybkości i innych funkcji, aby były użyteczne i wystarczająco niezawodne w praktyce.

W tym artykule zamierzam skoncentrować się na igłowych tunerach telefonicznych i wybrać tylko jedną z ich typowych pułapek. A nawet obszernie wyjaśnię, jak to rozwiązuje Accurate Tuner dla Windows Phone, chociaż nie oczekuj żadnego kodu źródłowego.

Tunery igłowe są najprostsze w użyciu. Pokazują zmierzoną wysokość tonu w bardzo naturalny sposób za pomocą igły, diod LED lub innego „analogowego” wskaźnika. Zwykle pokazują też nutę w notacji naukowej, na przykład „C4” (C = nuta, 4 = oktawa). I to jest częsty problem z tunerami telefonicznymi, ponieważ litery i cyfry są często błędne i ciągle się zmieniają. Wyjaśnijmy, dlaczego tak się dzieje.

Tunery igłowe analizują sygnał dźwiękowy za pomocą złożonego algorytmu naukowego – Szybka transformata Fouriera (FFT). FFT przekształca sygnał w wykres, gdzie oś X to częstotliwość, a oś Y to amplituda. Piki oznaczają dominujące częstotliwości.

Jak widać, w tym sygnale występuje kilka częstotliwości. Ale w rzeczywistości jest to analiza częstotliwości tylko jednego tonu, a mianowicie jednej struny gitary. A teraz pojawia się zabawny fakt: w przypadku dźwięków muzycznych tak jest zawsze! Każda nuta ma zawsze 4-12 szczytów, ponieważ każdy ton muzyczny składa się z częstotliwości harmonicznych (częściowych). Zwykle są to całkowite wielokrotności częstotliwości podstawowej.

W przedstawionym powyżej przypadku częstotliwość podstawowa (pierwsza harmoniczna) jest najsilniejsza, ale nie jest to regułą. Dość często druga, trzecia lub czwarta alikwota są silniejsze niż pierwsza, więc jeśli tuner pokazuje tylko najsilniejszą harmoniczną, pokazuje ją o +1 oktawę, +2 oktawę i 3 idealną piątą lub +4 oktawy wyżej! A te notatki ciągle się zmieniają.

Najczęściej tylko oktawa jest błędna, a litera jest poprawna. Tanie tunery sprzętowe rozwiązują ten problem najłatwiej – po prostu nie pokazują oktawy. Zobacz powyższy obrazek Artisan WCT-50 – nie ma na nim liczby oktawowej. C to zawsze C, ale urządzenie nie ma pewności co do swojej oktawy. Szczerze mówiąc, podczas strojenia rzadko trzeba znać oktawę.

Na smartfonach ten problem jest jeszcze bardziej palący, ponieważ typowe mikrofony telefoniczne mają słabe pasmo przenoszenia poniżej 100 Hz, co powoduje, że szczyty te są mniejsze dla częstotliwości poniżej 100 Hz. Tak więc tunery telefoniczne mają problemy z najniższą struną gitary E2 (82,41 Hz) i najniższa struna basowa E1 (40,20 Hz) jest dla nich zwykle całkowicie nieosiągalna.

Nagrajmy E2 gitary na Samsung Focus Flash. Oto zarejestrowany sygnał:

A to jest wynik FFT:

Jak widać, zarówno druga (E2), jak i trzecia (B3) harmoniczna są silniejsze niż pierwsza, E3, która jest poprawną nutą! Częstotliwości poniżej 3 Hz są po prostu cichsze dla mikrofonu Focus Flash, a inne telefony nie są lepsze. Mimo to Accurate Tuner jest w stanie poprawnie go zidentyfikować:

Uwaga: Lista harmonicznych i kształt fali nieznacznie odbiega od powyższych wykresów, ponieważ nie jest pobierana dokładnie w tym samym momencie. Postrzępiony kształt fali został spowodowany przez hałas w tle. Ponadto istnieje znany błąd w AT polegający na tym, że druga harmoniczna jest zawsze pomijana na liście – zostanie poprawiona przy następnym uaktualnieniu.

Jak to jest możliwe? Accurate Tuner analizuje wszystkie harmoniczne, nie tylko te najsilniejsze. W niektórych przypadkach jest nawet w stanie obliczyć częstotliwość podstawową na podstawie wyższych harmonicznych, nawet jeśli jest ona całkowicie zagubiona w szumie tła.

Ludzkie ucho działa w ten sam sposób. Jego czułość na wysokość jest znacznie gorsza w bardzo niskich częstotliwościach, ale słuchacz wie na pewno, że jest to E2, a nie E3. Wyszkolony muzyk jest w stanie zmierzyć niskie tony muzyczne dziesięć razy lepiej niż jest to możliwe anatomicznie, ponieważ jego mózg słyszy ton w jego złożoność i analizuje wszystkie jego elementy, nie tylko te najniższe. Jednak nie działa dla żadnego tonu ani dźwięku, tylko dla dźwięków bogatych w harmoniczne, jak zwykle dźwięki wytwarzane przez instrumenty muzyczne.

Jeśli kupisz płatną wersję Accurate Tuner Pro, możesz modelować niskie lub bogate harmonicznie tony w Generatorze Tonów, ustawiając poziomy harmonicznych. Jeśli masz dwa telefony, możesz go użyć do testowania dokładnego tunera i innych tunerów telefonicznych. Jak można się domyślić, najlepsze tunery będą bardziej precyzyjne, z większą ilością harmonicznych w dźwięku. Oczywiście, aby uzyskać najlepsze wyniki, należy użyć solidnych głośników zewnętrznych.

POBIERZ W PEŁNI DZIAŁAJĄCY DOKŁADNY TUNER ZA DARMO TERAZ!

Płatny Wersja Pro z większą liczbą funkcji jest również dostępny. Za 2.99 USD obsługuje wiele alternatywnych strojów i temperamentów instrumentów, oferuje blokowanie ekranu, generator tonów i inne funkcje.