resjega, все понимаю, осознаю, что делать и руцями несложно, но, все же, мне нужна прога. Целью-то я ставлю не единичное измерение, а хочу прогнать звук по милисекундам, да наглядно отобразить процессы взаимодействия гармоник. Потом то же самое сотворить с процессами атаки-затухания, побаловаться с разными модификациями звука... короче, измерений надо много проводить...
resjega, Маткад, конечно, неплохой вариант, все наглядно... О предупреждении "Указанные преобразования довольно сложны, и грамотное применение их требует соответствующих математических познаний". Понимаешь, в чем дело, я уже представляю себе результаты первых преобразований, то есть, осцилограмму я в Экселе "повторяю". И на простых примерах я просто посмотрю, как результаты будут себя вести в математическом представлении. Суть процесса со стороны физики понятна. А вот изучить хочу разнообразные отступления от равновесных, обычных состояний: атакировка, затухание, случаи, когда осциограмма неожиданно становится ярким примером синусоидального графика (что никак не вяжется с природой духовых)...
Ладно, я пока буду искать существующую прогу с наглядным представлением, а если не найду, то возьмусь за Маткад.
noname, в общем,тебе нужна прога,подобная тому тьюнеру с сайта про сяку.
Который даёт спектрограмму,к тому же записывает и позволяет
потом многократно анализировать уровень гармоник.
Только тебе надо,чтобы эта прога выдавала множество графиков.
Вверху такой же как и все звуковые редакторы,а потом ниже один
за другим графики синусоидальных составляющих этого сигнала с
их фазами и уровнями по отношению друг к другу.
Дело только в том,что тьюнер нужен миллионам,а такая прога лишь
небольшой части людей типа тебя.Поэтому,наверно,и найти такой
программный инструмент для работы непросто.Я даже полагаю,что,может быть,
её в таком чисто инструментальном виде,где любой желающий мог бы
работать с ней примерно так же просто,как с этим тьюнером,до сих пор никто не написал.
Хотя преобразование Фурье и его более подходящий для компа вариант
под названием быстрое преобразование Хартли,где отсутствуют мнимые числа,используется повсюду.
Ну,хотя бы в тех же фильтрах подавления шума в сигнале цифровым методом.
Кстати,очень даже может быть,что этот тьюнер,как раз и фильтрует по этому методу Фурье/Хартли.
В таком случае,если бы автор переписал её под твои надобности - это было бы скорее всего то,что ты ищешь!
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.
noname, Ты в курсе, про преобразование Фурье, кроме того что оно позволяет получить спектр сигнала из аудиоданных?
Как оно происходит, какие свойства, параметры, требования?
Для начала следует пояснить, что существует два основных алгоритма, реализующие преобразование Фурье это:
Дискретное преобразование Фурье (DFT)
Быстрое преобразование Фурье (FFT)
В применении к аудиоданным используется алгоритм FFT, использующий размер преобразований, представляющими из себя степень двойки (128, .., 1024, 2048 и т.д.).
Например, пусть, у нас есть аудио - данные, сэмплированные в 44.1 кГц, и мы, взяв 8 значений (отдельных отсчетов), хотим получить частотное разложение этого участка. В результате у нас получится 5 пар коэффициентов - 4 синусоиды с частотами 22.05 кГц, 16.5 кГц, 11.025 кГц, 5.51 кГц, и синусоида с частотой 0 кГц - то есть константа. Взяв 8 значений, мы можем разложить исходный сигнал на 4 гармоники (синусоиды, частоты). Про константу (нулевую гармонику) на время забудем - её надо просто прибавить при обратном преобразовании, а здесь она нас не интересует.
Взяв 16 отсчетов, мы получим 8 частот. Для 1024 - 512 частот. Шаг между ними, то есть частотное разрешение, составляет, в нашем примере с 44.1 кГц, (22.05 кГц)/ (N/2), или просто (44.1 кГц)/N. Частоты идут от нуля и выше, с этим шагом.
Вот поэтому при FFT используется такое понятие как размер окна, который может быть только степенью двойки (128, .., 1024, 2048 и т.д.),
чем больше размер окна, тем большее разрешение по частоте мы можем получить, но следует учесть, что размер окна совпадает с количеством анализируемых сэмплов, к примеру имеем размер окна 16384, это соответственно 16384 сэмплов, и при частоте дискретизации 44.1 кГц это будет кусок, длительностью 0,3715 сек., с шагом преобразования 2,69165 Гц.
Help к любой программе звукообработки скажет нам одну простую истину, которая звучит так: выигрывая в разрешении по времени, мы проигрываем в разрешении по частоте, и наоборот.
Далее есть такой момент, как оконные функции, необходимые для улучшения качества при FFT. Разные оконные функции приводят к разным результатам, и все они располагаются в некий спектр, от почти-ничего не делания, до сильного вмешательства в спектральное разложение.
Перечисляю этот спектр известных функций, от самых безобидных до ядреных: Triangular, Hanning, Hamming, Blackman, Welch (распределение Гаусса), Blackman-Harris.
Так что в проектируемой программе следует реализовать выбор размера окна и оконной функции, и найти оптимальное решение, результаты которого больше всего похожи на правду.
Далее необходимо сделать компоненты, позволяющие визуализировать спектр сигнала и осциллограмму.
Компонент, реализующий визуализацию спектра сигнала можно взять из хроматического тюнера программы FlutoMAX Flute Designer, переделав его для данной задачи:
Компонент для визуализации амплитудно-временной зависимости (осциллограммы) придётся разработать самому, также учесть те моменты, что потребуется масштабирование, и выделение фрагмента, по аналогии с Эдоб Аудишн.
Вот с этих моментов и следует начать реализацию проекта «Spectrum Expert».
__________________
• 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
Комбинированный вид
