Hemligheten med Accurate Tuner för Windows Phone – den fungerar som ett mänskligt öra

Exakt tuner demonstrerad på Nokia Lumia 800

"Om en lutspelare har levt åttio år, har han säkert ägnat sextio år åt att trimma."

Johann Mattheson, tysk kompositör, ca. 1720

Förmågan att stämma ett musikinstrument – ​​ett musiköra – är fortfarande en grundläggande färdighet för alla musiker. Men att stämma på gehör är svårt, tar tid och resultatet blir sällan perfekt. Vissa instrument är en riktig utmaning att få perfekt instämning. Det kanske överraskar dig, men till och med en gitarr hör hemma bland dessa svårstämda instrument, eftersom den stora tredjedelen mellan G och B (3:e och 2:a strängen) faktiskt måste vara något ostämd för att kunna stämmas ordentligt.

Den senaste tidens explosion av elektroniska pitch-tuners har löst problemet för många musiker. Men dessa verktyg kostar pengar och folk har dem inte alltid i fickan. Smartphones kommer för att hjälpa till här. Datorkraften hos dessa små bestar är tillräckligt bra för ganska avancerad DSP-bearbetning och tuners kan realiseras i mjukvara.

Idag finns det hundratals pitch tuning-appar på alla smartphoneplattformar och även den yngsta plattformen – Windows Phone – har redan dussintals tuners på Marketplace. Men det finns en liten ful hemlighet jag ska dela med mig av: 95 % av dessa appar är oanvändbara. Det är sant för alla plattformar. Till exempel är nästan alla iOS-tuners vackra, med underbara och praktiska användargränssnitt, men bara cirka 1 av 20 av dem har den rätta blandningen av precision, hastighet och andra funktioner för att vara tillräckligt användbara och pålitliga i praktiken.

I den här artikeln kommer jag att koncentrera mig på nåltelefonmottagare och att välja bara en av deras vanliga fallgropar. Och jag kommer till och med att förklara hur det löses med Accurate Tuner för Windows Phone, även om du inte förväntar dig någon källkod.

Nåltuners är de enklaste att använda. De visar en uppmätt tonhöjd på ett mycket naturligt sätt med en nål, lysdioder eller annan "analog" indikator. De brukar också visa en ton i en vetenskaplig notation, till exempel “C4″Â (C = not, 4 = oktav). Och detta är ett vanligt problem med telefonmottagare, eftersom bokstaven och siffran ofta är fel och ständigt förändras. Låt oss förklara varför det händer.

Nåltuners analyserar ljudsignalen med en komplex vetenskaplig algoritm - Snabb Fourier Transform (FFT). FFT omvandlar signalen till grafen, där X-axeln är en frekvens och Y-axeln är en amplitud. Toppar anger dominanta frekvenser.

Som du kan se finns det flera frekvenser i denna signal. Men i själva verket är detta frekvensanalysen av bara en ton, nämligen en sträng av en gitarr. Och nu kommer det roliga: För musikaliska toner är det alltid så! Det finns alltid 4-12 toppar för en given ton, eftersom varje musikalisk ton är sammansatt av harmoniska (del)frekvenser. Vanligtvis är de heltalsmultiplar av grundfrekvensen.

I det ovan illustrerade fallet är grundfrekvensen (den första övertonen) den starkaste, men det är inte regeln. Ganska ofta är 1:a, 2:e eller 3:a övertonen starkare än den 4:a, så om tunern bara visar den starkaste övertonen visar den det +1 oktav, +1 oktav och 1 perfekt femte eller +1 oktav högre! Och dessa anteckningar förändras ständigt.

Oftast är det bara oktaven som är fel, medan bokstaven är korrekt. Billiga hårdvarutuners löser det här problemet enklast – de visar helt enkelt inte oktaven. Se Artisan WCT-50-bilden ovan – inget oktavnummer visas. C är alltid C, men enheten är inte säker på sin oktav. För att vara ärlig behöver du sällan veta oktaven under stämningen.

På smartphones är det här problemet ännu mer pressande, eftersom typiska telefonmikrofoner har svag frekvensrespons under 100 Hz, vilket gör dessa toppar mindre för frekvenser under 100 Hz. Telefontuners kämpar alltså med den lägsta gitarrsträngen E2 (82,41 Hz) och den lägsta bassträngen E1 (40,20 Hz) är vanligtvis helt oåtkomlig för dem.

Låt oss spela in en gitarrs E2 på Samsung Focus Flash. Detta är den inspelade signalen:

Och det här är FFT-utgången:

Som du kan se är både 2:a (E3) och 3:e (B3) övertoner starkare än 1:a, E2, vilket är den korrekta tonen! Frekvenser under 100 Hz är bara tystare för mikrofonen i Focus Flash och andra telefoner är inte bättre. Ändå kan Accurate Tuner identifiera den korrekt:

Notera: Listan över övertoner och vågform skiljer sig något från ovanstående grafer, eftersom den inte är tagen i exakt samma ögonblick. Den slitna vågformen orsakades av en del bakgrundsljud. Det finns också en känd bugg i AT att den andra övertonen alltid hoppas över i listan – den kommer att korrigeras i nästa uppgradering.

Hur är detta möjligt? Accurate Tuner analyserar alla övertoner, inte bara den starkaste. I vissa fall kan den till och med beräkna grundfrekvensen från de högre övertonerna även om den är helt förlorad i ett bakgrundsbrus.

Ett mänskligt öra fungerar på samma sätt. Dess tonhöjdskänslighet är mycket sämre i mycket låga frekvenser, men en lyssnare vet säkert att detta är E2, inte E3. En utbildad musiker kan mäta låga musikaliska toner tio gånger bättre än vad som är anatomiskt möjligt, eftersom hans hjärna hör tonen i dess komplexitet och analyserar alla dess komponenter, inte bara den lägsta. Det fungerar dock inte för någon ton eller ljud, bara för harmoniskt rika ljud, som toner som produceras av musikinstrument vanligtvis är.

Om du köper den betalda versionen av Accurate Tuner Pro kan du modellera harmoniskt fattiga eller rika toner i dess tongenerator genom att ställa in nivåerna för övertoner. Om du har två telefoner kan du använda den för att testa Accurate Tuner och andra telefontuners. Som du kan gissa kommer de bästa tuners att vara mer exakta med mer övertoner närvarande i ljudet. För bästa resultat bör du naturligtvis använda solida externa högtalare.

LADDA NED FULLSTÄNDIG FUNGERANDE EXAKT TUNER GRATIS NU!

Betald Pro-version med fler funktioner finns också. För $2.99 stöder den många alternativa instrumentstämningar och temperament, erbjuder blockering av skärmlås, tongenerator och andra funktioner.