Суть явления, которое я хочу продемонстрировать - это зависимость гармоник от основного тона и их зависимость между собой.
Панфлейта (равно как и любая другая флейта) - очень "сухой" инструменты. Вот, например у ноты ля (трубка 26 мм, гладкие стенки после омывания политурой шеллака, классическое горлышко, относительно острый лабиум) соотношение амплитуд звукового давления основного тона и 3-й гармоники (1 резонирующий обертон) колеблется в районе 1/8 (микрофон на расстоянии 3 см сбоку от горлышка). И при нормальном звукоизвлечении только 3-я гармоника коррелирует пиками с основным тоном, но постоянно запаздывает. Все последующие гармоники являются эпизодическими, и каждые 5-30 циклов проходят "подстройку" с основным тоном и прочими гармониками (вспомни график в книжке, который ты по стереотипу принял за иллюстрацию интерференции).
Идеальная физическая модель работы духового - косинусоидальный график (пик/впадина осцилограммы основного тона совпадает с одним из пиков/впадины гармоники). Запаздывание и "подстройки" растут из негармоничности гармоник реального духового. Идеальный струнный щипковый - тот имеет синусоидальный график.
Если извлекать звук с закрытием горлышка (сильным), то можно добиться того, чтобы пятая гармоника коррелировала с основным тоном, и тоже работала с запаздыванием. То есть, влияние частоты основного тона на запаздывание находится в прямой зависимости от отношения амплитуд. Интересно, что более высокие гармоники при этом превращаются вообще в черти-что, а самая верхушка просто-напросто исчезает (ты слышишь при этом что звук становится "гнусавым").
Все эти прикольчики я выцепил очень простым путем: на сонограмме в Аудишн копируешь в отдельный файл отдельный отрезок частот, соответствующий основному тону или отдельной из гармоник, и рассматриваешь осцилограмму. Преобразуешь децибелы в отношения звукового давления - можешь вычислить соотношения амплитуд. На графике осцилограммы основного тона отмечаешь время пиков и впадин, а потом ищешь эти точки на осцилограмме гармоники.
В результате таких опытов можно определить соотношения амплитуд основного тона и грамоник, при которых гармоника теряет свою эпизодичность и "включается" в систему основного тона и предыдущих гармоник... Практическая выгода вопроса: поиск соотношений внутренних диаметров и длины резонаторов, области горлышка для достижения определенного тембра, что выльется в согласование звукоизвлечения обычным способом и звукоизвлечение "полутонов". Пока что все мои попытки конструирования флейт Пана (тьфу-тьфу-тьфу далеко не неудачные) - лишь результат практического опыта, эмпирики, тембрального слуха, а хотелось бы подключить научные методы :)
Один интересный момент: один из 40-50 звуков трубки получается не косинусоидальным с запаздыванием, а синусоидальным. Условия умышленного создания такого соотношения пока подобрать не могу.
Но самая смакота "научная" находится на этапе атаки и затухания... Там основной тон еще не "вырос", он не "давит" собой гармоники. Опять же, условия экспериментов надо бы создать нормальные для атаки. Человек не может начать звук абсолютно без атакировки, поскольку дыхательные пути и ротовая полость до области артикуляции служат "накопителем" воздуха под давлением. Это нужно придумать воздухопровод с регулируемым "амбушюром", компрессорную ёмкость до воздуховода...
Блин, получить бы еще качественных файлов для анализа. Я работаю-то с 48 килогерцами, 32 бита, да домашние условия (гудящий гомп под боком) корректирую на предмет шума и обрезки низов. :( Студийные записи надо :)
И не могу отделаться от мысли, что я собираю велосипед подручными средствами. Наверняка этим кто-то уже занимался.
Последний раз редактировалось noname; 12.11.2011 в 04:25..
Запаздывание и "подстройки" растут из негармоничности гармоник реального духового. Идеальный струнный щипковый - тот имеет синусоидальный график.
У меня возникает мысль,что у шипкового инструмента волна распространяется в твёрдом теле,поэтому быстрее,и времени на запаздывание остаётся мало.
А вот в духовых среда распространения - воздух,где распространение волны идёт медленнее и потери на гармониках сильнее,поэтому в реальных условиях вряд ли удастся добиться
гармоничности духового близкой к щипковым.И если сделать щипковый инструмент со струной в несколько метров,то будет та же самая негармоничность как
и в духовых,наверно.А если это так то,можно было бы уже электрозвукоснимателями всю эту картину замерять
на очень низких частотах,причём,катая их от одной точки к другой.Тогда бы и точки
измерения были бы дальше друг от друга и разные виды атак было бы легче моделировать механически,а не лёгкими.
Только опять же неясно,насколько эти все измерения будут переносимы на духовые.
Цитата:
Сообщение от noname
Но самая смакота "научная" находится на этапе атаки и затухания...
Но это же такой короткий отрезок времени.Вот,наверно,поэтому тебе и нужна такая программка,чтобы буквально эти несколько самых интересных периодов
сложного колебания расскладывать на составляющие.Причём,повторяя опыты один за другим и сравнивать предыдущие показания с новыми.
Цитата:
Сообщение от noname
И не могу отделаться от мысли, что я собираю велосипед подручными средствами. Наверняка этим кто-то уже занимался.
Я думаю,что и сам велосипед изобретался в мире тысячи раз в разных концах света независимо друг от друга.
А вот синусоидальные и косинусоидальные графики...Как я понимаю синусоидальные - это когда основная частота и её гармоника сходятся по амплитуде в пучностях,а
косинусоидальные - это соответственно когда они сходятся на пиках?А когда гармоники запаздывают,что имеем синусоидальные или косинусоидальные графики?
Мне,кажется,что здесь тоже можно ошибок наделать.Как понять от какой точки запаздала гармоника?От точки пучности или узла?Или может быть она уже запоздала даже
больше,чем на четверть периода?Иметь бы возможность наблюдать этот процесс в динамике,как очень замедленную киносьёмку.Опять же,на очень низких частотах легче
получить картину замедления,наверно.
частота и её гармоника сходятся по амплитуде в пучностях
Ну вот, опять двадцать пять. "Смешались в кучу кони, люди". Пучности и узлы - это терминология стоячих вол, синтетического явления, которое наблюдается в духовых при установлении регулярных по амплитуде гармоник, но не имеет никакого отношения к механизму работы духового. Ты, наверное, хотел сказать "максимум/минимум амплитуды (звукового давления)"
Синусоидальный график - это такой, который в точке 0 имеет значение 0 для всех гармоник, и для основного тона (первая гармоника, sin(x)), и для всех обертонов (sin(nx), где n - 2,3,4...). От точки 0 они все растут вверх, в одном направлении.
Косинусоидальный график - это такой, в котором графики
Построй эти фунукци,
аsin(nx), и аcos(nx) (на разных графиках),
где n - 1,2,3,4... хватит 10.
а - веса, то есть, отношения амплитуд (попробуй просто 1, 1/2, 1,3, 1,4...)
в Экселе или графопостроителе, посмотри, что происходит при их сложении (суммарный график).
Отдельно построй для закрытой трубки, то есть сложи только нечетные гармоники. Увидел общую систему? (не поленись, построй, если не построил и не увидел, то дальше не читай и не отвечай).
Цитата:
Сообщение от resjega
Как понять от какой точки запаздала гармоника?От точки пучности или узла?Или может быть она уже запоздала даже
больше,чем на четверть периода?
На графике нечетных гармоник (изучаю панфлейту ведь) косинусоидальные графики имеют общие максимумы и минимумы, на синусоидальном - общие точки пересечения оси абсцисс. То есть, значения не имеет, от чего запаздывает.
Идеальная картина панфлейты/кларнета - совпадение пиков. IRL чем ближе инструмент к состоянию передува - тем ближе пики. При передуве волна основного тона становится одной из волн, которые образуют гармонику, то есть имеет место полное совпадение.
Запиши несколько звуков на панфлейте, обычный, передув, и процесс перехода в передув. Запиши "закрытый" звук (увеличение громкости третьей-пятой гармоники). Посмотри на то, как изменяется форма осцилограммы.
Цитата:
Сообщение от resjega
У меня возникает мысль,что у шипкового инструмента волна распространяется в твёрдом теле,поэтому быстрее,и времени на запаздывание остаётся мало.
Струнные и духовые - это принципиально разные инструменты. У струнных есть звучащее тело - струна, и создаваемый звук поностью зависит от особенностей струны. Физика идеальных колебаний струны (и это тоже стоит поизучать, если уж хочешь разобраться) такова, что графики гармоник соотносятся синусоидально. Резонатор тупо "делает эхо".
Сравни результаты своего синусоидального графопостроительства с вот этим:
Это "пилообразный график" (чередующиеся зубья), так звучит фортепьяна, арфа. У гитары чуть сложнее. У нее гриф/дека назодятся под натяжением, и "ходят" из стороны в сторону, а лицевая часть деки вообще находится под натяжением, гуляет - вверх-вниз. Поскольку и них площадь большая, они рождают "призвуки". Но если гитару "зажать в тиски", сделать все её части неподвижными, то ты так же получишь пилообразный график (и при этом очень длинный и "звонкий", "насыщенный" сустейн).
В духовых, где звучащего тела нет, резонатор является неотъемлемой часть звукообразующей системы. Лишь при взаимодействии и взаимовлянии гидродинамики (струя и лабиум, поток воздуха и трость, поток воздуха и губы) и акустики (движение по мензуре, инвертирование на открытых торцах, инвертирование на закрытых) происходит установление стабильных волн с частотами основного тона и обертонов.
Цитата:
Сообщение от resjega
Иметь бы возможность наблюдать этот процесс в динамике,как очень замедленную киносьёмку.Опять же,на очень низких частотах легче
Запись на микрофон - это и есть фотография, дорогой мой. Звук (нормальной громкости) закрепить на визуальном изображении невозможно (380 метров в секунду). В ненормальных условиях (сумашедшая амплитуда, когда звук становиться уже не просто звуком, но и ударной волной) - можно Вот, смотри, здесь на область выстрела светят прожектором, и зоны повышенного/пониженного давления (читай "плотности") вкупе с температурными изменениями (чем и отличается ударная волна от звуковой) по-разному преломляют свет.
Звуковые волны нормальной амплитуды не меняют "прозрачности" воздуха. И даже если ты смог бы их фиксировать, то не увидел бы абсолютно ничего нового по сравнению с микрофоном. Ту же самую осцилограмму, но в объеме.
Гидродинамические процессы - те да фиксируют:
Источник: Если тебе не покажется слишком трудным (бытует мнение, что голландский - родной брат немецкого), то я тебе советую прочитать и перевести, полезную вещь для форума сделаешь).
Но, опять же, упирается все в "количество раз в секунду", в герцы, да в степень задымленности (струя с дымом) или температурной разницы (струя горячая): заснять можно лишь самые начальные стадии атаки).
К слову, свяжись со мной по скайпу, пожалуйста. Надо поговорить.
Вопщем, может статься, что кому-то когда-то захочется заниматься такими же вещами с другими инструментами.
Выход я нашел в том же Аудишн.
1. Наигрываем звук.
2. Чистим его от шума через Нойз редукшн.
3. На сонограмме инструментом Marquee Selection tool просто вырезаем (волшебство да и только) полосу частоты соответствующей гармоники и сохраняем в отдельный файл.
4. Звуковое давление (упрощенно - громкость) гармоник у флейт по отношению к основному тону очень низкое (прога SpectraPLUS считает показатель Total Harmonic Distortion, то есть - отношение силы гармоник к основному тону, для звука ля при 16 мм трубке с гладкими стенками - от 10 до 13%). Потому эвалайзером просто увеличиваем громкость либо отдельных файлов, либо подтягиваем гармоники вверх в анализируемом общем файле. Последнее удобнее, поскольку можно спектрограммой (скан селекшн) контролировать результат.
5. Анализировать визуально через Эксель не получилось. Причина: многа букав :) То есть, на одну секунду получается ажно 32 тыс. заначений, и чуть более двух секунд звука тупо не влазят в экселевскую таблицу, получается уже больше 65 тысяч строк. А жалко, поскольку в экселе мне удобно проводить всякие корелляции, лаги замерять, да и просто визуально на одном графике сравнивать, в нем же можно было бы провести "усиление". Statistica тоже не помогла, тормозит на количестве значений.
И выход я нашел через все тот же Аудишн. В многоканальном виде открываем общую осциллограмму, осциллограммы основного тона, теретьей и пятой гармоник (изучаю панфлейту), и визуально сравниваем фазовые аспекты. Собственно, усиление проводится только для того, чтобы в многоканальном виде хоть что-то увидеть, поскольку пятая гармоника выглядит почти как прерывистая полоска.
В таком представлении осциллограмм гораздо нагляднее выглядят и временные громкостные соотношения гармоник, очень показательны атака и затухание.
Результаты (вкратце) показали:
1. Эпизодичность сигналов всех гармоник начиная с третьей. Увеличивая громкость получаемого на панфлейте звука можно сделать третью гармонику более постоянной. Причина - низкая упругость гидродинамической составляющей.
2. Между неэпизодичными гармониками и основным тоном есть фазовый лаг пиков максимумов/минимумов амплитуд, гармоники запаздывают. Над причиной думаю.
3. Лаг зависит от общей громкости звука (громче-меньше лаг).
4. У громкости основного тона есть своеобразный "энергетический предел" нарастания, и громкость гармоник с увеличение общей громкости растет более скорыми темпами.
5. Наконец-то наглядно увидел процесс установления гармоник при разных атаках, их взаимное влияние. Результат совпал с результатами трудов акустиков-органистов.
6. Передув при усилении - процесс полной "переустановки звука". Фазовые моменты приводят к "гибели звука" при силе струи, очень близкой к передуву.
7. В любом передуве у любой флейты есть "ундертон", то есть частота первого регистра, и убрать его окончательно просто невозможно.
Буду дальше дуть и смотреть. Параллельно подключаю кену.
Вообще, факт того, что можно самостоятельно, в домашних условиях проводить изучение природы звука музыкального инструмента, уже окрыляет. То есть, имея лишь комп и микрофон можно на серьезном уровне оценивать тембральные особенности инструмента.
Для визуального анализа, конечно, стоит иметь два-три монитора, чтобы видеть одновременно представление в виде спектрограммы, сонограммы, осциллограммы, да еще неплохо было бы на сонограмме изменять размер временого промежутка, на котором "считывается" отдельная позиция сонограммы. SpectraPLUS в этом плане меня вообще разочаровал, сонограммы выглядят очень размыто, временные пертурбации визуально не выцепишь. А ведь программа создавалась именно как анализатор звука.
Хотелось бы еще раздобыть микрофон, который можно было бы присобачить вместо донышка трубки, и получить вообще идеальные значения. Мой микрофончик перегружается напрочь.
Последний раз редактировалось noname; 16.11.2011 в 09:39..
Эти 2 пользователя(ей) сказали Спасибо noname за это полезное сообщение:
Занимаюсь вопросами фазового согласования гармонических составляющих.
.......
Ищу человека или юзабельный софт.
Собственно я программист, попробуйте мою программу , там есть встроенный хроматический тюнер, основанный на анализаторе спектра, вполне возможно, что у вас появятся мысли по этому поводу, напишите мне и попробуем их реализовать
__________________
• Изготовление музыкальных инструментов
• Звукозаписывающая музыкальная студия
• Разработка программного обеспечения для работы со звуком и музыкой
• Исследования в области звука и музыки
• Online-консультации по вопросам звука, акустики, звукозаписи, сведения, аранжировки, музыкальной электроники и программного обеспечения
Васян, с удовольствием. Получилось прочитать мои сообщения из этой темы и повторить их на Аудишыне?
В аудишне да не только в нём, сколько раз приходилось наблюдать спектр сигнала, кроме как визуализации, данные от туда достать можно, аудишн позволяет их копировать в буфер, в результате получается подобное:
Дело вовсе не в аудишне, анализ Фурье можно сделать самостоятельно без помощи стороннего софта. Реализаций алгоритмов DFT и FFT, написано много, и принципиально они между собой не различаются.
Так понимаю нужна программа, которая производит анализ Фурье, результат которого предоставляется в виде графиков визуально, и в виде массивов чисел в памяти, затем с этими массивами чисел производятся различные статистические операции, вычисляются соотношения амплитуд, фаз между разными гармониками?
Давайте тогда так, вы как автор, придумайте название для этого проекта.
У меня для даже самой несложной программы есть правило организовывать в своём виртуальном пространстве отдельный проект, под который отводится отдельная папка с соответствующим деревом вложенных папок, где хранятся все нужные по проекту материалы.
__________________
• Изготовление музыкальных инструментов
• Звукозаписывающая музыкальная студия
• Разработка программного обеспечения для работы со звуком и музыкой
• Исследования в области звука и музыки
• Online-консультации по вопросам звука, акустики, звукозаписи, сведения, аранжировки, музыкальной электроники и программного обеспечения
Последний раз редактировалось Васян; 24.12.2013 в 08:15..
Так понимаю нужна программа, которая производит анализ Фурье, результат которого предоставляется в виде графиков визуально, и в виде массивов чисел в памяти, затем с этими массивами чисел производятся различные статистические операции, вычисляются соотношения амплитуд, фаз между разными гармониками?
Абсолютно верно. Но не столько "нужна", сколько "хотелось бы такую". Потому что пока потребитель на эту прогу лишь 1. Я :)
Если название проекта настолько уж важно, и действительно имя придумывать должен я, то пусть он называется "Величие Василия Макарова". Потому что затянется это на бес его знает какое времечко: нужно будет изучать статистику, основы математики рядов, основой звукообработки. А я всего лишь серенький экономистик. А если еще делать удобоваримый интерфейс... Это действительно будет величие, сравнимое с самоличным написанием аудишна. И никому пока не нужное :)
Абсолютно верно. Но не столько "нужна", сколько "хотелось бы такую". Потому что пока потребитель на эту прогу лишь 1. Я :)
Мне такая программа нужна тоже, потому как в планах на основе данных исследований сделать модуль синтеза, который смог достаточно точно, со всеми нюансами, синтезировать звуки реальных инструментов, для разрабатываемого проекта виртуально-реального синтезатора . Ради достижения этой цели готов потратить на это годы, если уж на то пошло.
Цитата:
Сообщение от noname
Если название проекта настолько уж важно, и действительно имя придумывать должен я, то пусть он называется "Величие Василия Макарова"
Ну это вы загнули
Мне нужно как то папку обозвать, чтобы в неё материалы по этой теме собрать. Ладно, напрягу свой ум и придумаю название проекта.
Цитата:
Сообщение от noname
Это действительно будет величие, сравнимое с самоличным написанием аудишна. И никому пока не нужное :)
Аудишн достаточно сложная программа, в ней только полсотни диалоговых окон. Да и смысл наделять программу для исследований звука функциями аудиоредактора? Разве что по по минимуму, усиление, обрезка семпла. Насчёт нужности кому либо ещё, думаю найдутся ещё энтузиасты, время покажет...
__________________
• Изготовление музыкальных инструментов
• Звукозаписывающая музыкальная студия
• Разработка программного обеспечения для работы со звуком и музыкой
• Исследования в области звука и музыки
• Online-консультации по вопросам звука, акустики, звукозаписи, сведения, аранжировки, музыкальной электроники и программного обеспечения
Этот пользователь сказал Спасибо Васян за это полезное сообщение:
Да и смысл наделять программу для исследований звука функциями аудиоредактора?
Вот потому я и предлагаю тебе, исключительно для того, чтобы осознать, что именно нужно будет осуществить и что уже осуществлено в Аудишине, просто взять и прогнать те моменты, которые описаны мною в сообщениях выше. Можешь мне поверить, что при должном углублении ты потратишь не менее месяца и откроешь для себя много нового. И в Скайпе, голосом, я тебе подскажу, на что именно тебе нужно обращать внимание.
Собственно, чистка, обрезка, разделение на гармоники, нормализацию по громкости - всё это уже осуществляется Аудишном. Он выдаёт ряды значений. Вопрос именно в удобоваримом визуальном представлении, обсчитывании лагов, соотношений амплитуд (и тоже их выводом в графическом виде). Работать придется с файлами по 1-4 секунды. Это определенный объем данных. Те статистические и графопостроительные возможности, которые есть у меня (точнее - те, которыми я просто привык пользоваться) - они с таким набором значений не справляются. И если говорить объективно, то нужен лишь "аддон" к Аудишну, который и сам по себе уже является продвинутым саунд-анализатором.
Цитата:
Сообщение от Васян
для разрабатываемого проекта виртуально-реального синтезатора «Uranium».
При всем при том, что мне эта цель кажется невероятно прекрасной и желаемой, я вынужден тебя предупредить, что её достижение связано с таким количеством научной (и именно исследовательской) работы, что до первых результатов действительно уйдут годы.
Ведь для того, чтобы насинтезить что-то, надо знать о существовании этого чего-то (фактически - уметь выполнять), знать физическую природу, знать вариации и критические значения, знать рычаги управления и определить будущие рычаги управления "исполнителя". А учитывая тот факт, что ты программист, я заранее готов предугадать, что тебя так и будет порывать что-то побыстрее напрограммировать, в ущерб глобальной цели. Глобальная же цель окажется такой, что всё ранее уже воплощенное в коде окажется в лучшем случае бесполезным, а в худшем - еще и будет тянуть назад (ведь столько времени уже потратил).
Потому, если меня кто-то спросит, возможно ли достоверно под какую-то "клавиатуру/аппликатуру/датчики" насинтезировать панфлейту (очень простая с точки зрения физики и синтеза), то я отвечу, что только с невероятными затратами времени/раздумий/нервов. Еще относительно легко насинтезируется окарина. А вот с прочими инструментами - скорее отвечу "невозможно". Если синтезить не под риал-тайм, то будет намного проще. Подробнее готов поговорить голосом. И не раньше 2-го :)
Линейный вид
