Секрет точного тюнера для Windows Phone – він працює як людське вухо

Точний тюнер демонструється на Nokia Lumia 800

«Якщо лютніст прожив вісімдесят років, він напевно витратив шістдесят років на налаштування».

Йоганн Маттезон, німецький композитор, бл. 1720 рік

Уміння настроїти музичний інструмент – музичний слух – досі є основним навиком будь-якого музиканта. Але настроїти на слух важко, потрібен час і результат рідко буває ідеальним. Деякі інструменти є справжньою проблемою для ідеального налаштування. Це може вас здивувати, але навіть гітара належить до таких важких для налаштування інструментів, оскільки велика терція між соль і сі (3-я та 2-а струни) має бути фактично трохи розстроєною, щоб її правильно налаштувати.

Недавній вибух електронних тюнерів висоти вирішив цю проблему для багатьох музикантів. Але ці інструменти коштують грошей, і люди не завжди мають їх у своїх кишенях. Смартфони приходять тут на допомогу. Обчислювальна потужність цих маленьких тварин є достатньою для передової обробки DSP, а тюнери можуть бути реалізовані в програмному забезпеченні.

Сьогодні на всіх платформах смартфонів існують сотні додатків для налаштування тону звуку, і навіть наймолодша платформа – Windows Phone – уже має десятки тюнерів на Marketplace. Але є маленький потворний секрет, яким я збираюся поділитися з вами: 95% цих програм непридатні для використання. Це вірно для всіх платформ. Наприклад, майже всі тюнери iOS прекрасні, з чудовим і зручним інтерфейсом користувача, але лише приблизно 1 із 20 із них має правильне поєднання точності, швидкості та інших функцій, щоб бути зручним і надійним на практиці.

У цій статті я збираюся зосередитися на тюнерах телефонів-голок і вибрати лише одну з їхніх поширених пасток. І я навіть збираюся широко пояснити, як це вирішує Accurate Tuner для Windows Phone, хоча не чекайте вихідного коду.

Найпростішими у використанні є тюнери для голок. Вони показують виміряну висоту тону дуже природним способом за допомогою стрілки, світлодіодів або іншого «аналогового» індикатора. Вони також зазвичай показують ноту в науковій нотації, наприклад «C4» (C = нота, 4 = октава). І це поширена проблема з телефонними тюнерами, оскільки літера та цифра часто неправильні та постійно змінюються. Пояснимо, чому це відбувається.

Голчасті тюнери аналізують звуковий сигнал за допомогою складного наукового алгоритму – Швидке перетворення Фур'є (ШПФ). БПФ перетворює сигнал на графік, де вісь X – це частота, а вісь Y – амплітуда. Піки позначають домінуючі частоти.

Як бачите, в цьому сигналі є кілька частот. Але насправді це частотний аналіз лише одного тону, а саме однієї струни гітари. А тепер цікавий факт: для музичних тонів це завжди так! Для будь-якої ноти завжди є 4-12 піків, оскільки кожен музичний тон складається з гармонічних (часткових) частот. Зазвичай вони кратні основній частоті.

У наведеному вище випадку основна частота (1-ша гармоніка) є найсильнішою, але це не правило. Досить часто 2-га, 3-тя або 4-та гармоніка сильніша за 1-у, тому, якщо тюнер показує лише найсильнішу гармоніку, він показує її на +1 октаву, +1 октаву та 1 ідеальну квінту або +2 октави вище! І ці ноти постійно змінюються.

Найчастіше просто неправильна октава, а буква правильна. Дешеві апаратні тюнери вирішують цю проблему найпростіше – вони просто не показують октаву. Подивіться зображення Artisan WCT-50 вище – число октав не показано. До завжди залишається до, але пристрій не впевнений щодо його октави. Чесно кажучи, під час налаштування рідко потрібно знати октаву.

На смартфонах ця проблема є ще гострішою, оскільки типові телефонні мікрофони мають слабку частотну характеристику нижче 100 Гц, що робить ці піки меншими для частот нижче 100 Гц. Таким чином телефонні тюнери борються з найнижчою гітарною струною E2 (82,41 Гц) і найнижча басова струна E1 (40,20 Гц) зазвичай їм повністю недоступна.

Давайте запишемо E2 гітари на Samsung Focus Flash. Ось записаний сигнал:

А це результат ШПФ:

Як бачите, і 2-га (E3), і 3-тя (B3) гармоніки сильніші, ніж 1-ша, E2, що є правильною нотою! Частоти нижче 100 Гц просто тихіші для мікрофона Focus Flash, а інші телефони не кращі. Тим не менш, Accurate Tuner здатний визначити його правильно:

Примітка: Список гармонік і форма хвилі дещо відрізняються від наведених вище графіків, оскільки вони не взяті в той самий момент. Потерта форма хвилі була спричинена фоновим шумом. Крім того, існує відома помилка в AT, що 2-га гармоніка завжди пропускається в списку – це буде виправлено під час наступного оновлення.

Як це можливо? Точний тюнер аналізує всі гармоніки, а не тільки найсильнішу. У деяких випадках він навіть здатний обчислити основну частоту на основі вищих гармонік, навіть якщо вона повністю втрачена у фоновому шумі.

Людське вухо працює так само. Його чутливість до висоти набагато гірша на дуже низьких частотах, але слухач точно знає, що це E2, а не E3. Навчений музикант здатний виміряти низькі музичні тони в десять разів краще, ніж анатомічно можливо, тому що його мозок чує тон у її складність і аналізує всі її компоненти, а не лише найнижчу. Однак це не працює для будь-якого тембру чи звуку, лише для гармонійно насичених звуків, як зазвичай створюють тони музичних інструментів.

Якщо ви купуєте платну версію Accurate Tuner Pro, ви можете моделювати гармонійно бідні або насичені тони в його тональному генераторі, встановлюючи рівні гармонік. Якщо у вас два телефони, ви можете використовувати його для тестування Accurate Tuner та інших телефонних тюнерів. Як ви можете здогадатися, найкращі тюнери будуть більш точними з більшою кількістю гармонік у звукі. Звичайно, для досягнення найкращих результатів слід використовувати зовнішні динаміки.

ЗАВАНТАЖТЕ ПОВНІСТЮ РОБОЧИЙ ТОЧНИЙ ТЮНЕР БЕЗКОШТОВНО ЗАРАЗ!

Оплачувана Pro версія з більшими функціями також доступний. За $2.99 він підтримує багато альтернативних налаштувань інструментів і темпераментів, пропонує блокування екрана, тональний генератор та інші функції.