Harmoniczne, equalizer, analizer... - dylematy

Dział dla początkujących adeptów sztuki realizacji. Nie krępuj się zwrócić ze swoją sprawą, nic nie jest proste a ta dziedzina już szczególnie.
Awatar użytkownika
pajczur
Posty: 31
Rejestracja: poniedziałek 11 paź 2010, 00:00
Kontakt:

Harmoniczne, equalizer, analizer... - dylematy

Post autor: pajczur » wtorek 02 lis 2010, 11:49

Witam serdecznie,


czy ktoś byłby w stanie mi wyjaśnić kilka spraw?


Dlaczego, kiedy wygeneruję zwykłą sinusoidę o częstotliwości np. 440 Hz, moje analizery frekwencji (w Logic Pro 9, a także inny: PAZ-Frequency marki Waves) pokazują, że oprócz częstotliwości 440 Hz pobrzmiewają jeszcze inne częstotliwości od około 320 Hz do około 580 Hz. Myślałem, że przy prostej sinusoidzie, dodatkowo wygenerowanej cyfrowo, czyli bez zakłóceń i zniekształceń, nie ma mowy o harmonicznych. A jednak? O co chodzi?


Jeszcze bardziej frapuje mnie wynik innego doświadczenia.


Kiedy np. zagram na gitarze dźwięk A=440 Hz, a potem przestroję gitarę o kilka centów wyżej i zagram powiedzmy 450 Hz, a potem wypuszczę te dwa dźwięki jednocześnie, to słychać wyraźny fałsz, falowanie i takie tam nie przyjemności.


To samo się dzieje, kiedy wygeneruję zwykłą sinusoidę 440 Hz, a potem drugą np. 445 Hz. Gdy puszczę równocześnie obydwie, to również słychać fałsz, może nie taki nieprzyjemny jak na gitarze, ale falowanie jest wyraźne.


A jednak gdy zagram na gitarze pojedynczy dźwięk A=440 Hz, lub nawet wygeneruję gołą sinusoidę np. 440 Hz, analizer frekwencji pokazuje mi, że oprócz czestotliwości 440 Hz pobrzmiewają (ciszej, ale jednak) jeszcze częstotliwości od około 320 Hz do około 580 Hz (czyli nie mieści się oktawa), a mimo to nie słychać fałszów, jak to się dzieje? O co chodzi?


Chociaż mam wykształcenie inżynierskie, co prawda nie związane z muzyką, ale tematyka częstotliwości, fali, dźwięków i ich harmonicznych nie jest mi obca, a jednak chyba wciąż nie mogę pojąć istoty tych całych harmonicznych. O co chodzi?


Spędza mi to sen z powiek, eksperymentuję z equalizerem i wciąż nie do końca rozumiem jego działanie, między innymi przez tych kilka niewiadomych.


 


Inna sprawa, może mniej istotna, przynajmniej dla mnie, bo wydaje mi się, że jestem w stanie to sobie wytłumaczyć, ale jednak wolałbym przeczytać bardziej fachowe wyjaśnienie niż to co mam w głowie.


A mianowicie. kwestia natężenia dźwięku i jego częstotliwość. Natężenie wyraża się w watach, ale jak wiadomo ludzkie ucho działa nieliniowo :), trzeba było wprowadzić skalę logarytmiczną, aby móc liniowo zobrazować narastanie dźwięku słyszanego w ludzkim uchu, stąd mamy decybele. I we wszystkich urządzeniach związanych z muzyką natężenie jest wyrażane nie w watach, a właśnie w belach (konkretniej w decybelach).


Podobnie ucho ludzkie reaguje na wysokość dźwięku, stąd mamy strój równomiernie temperowany i wyrażamy wysokość dźwięku za pomocą literek, ich kreślności oraz krzyżyków i bemoli. A jednak są odstępstwa, miedzy innymi właśnie w equalizerach, gdzie wysokość dźwięku jest wyrażana w hercach. Moje pytanie: Z czego to wynika? Dlaczego jeżeli chodzi o natężenie dźwięku, tych odstępstw nie ma i wszędzie mamy decybele, a częstotliwość jest wyrażana raz za pomocą herców, a innym razem za pomocą literek.


Czy nie przyjemniej byłoby bawić się equalizerem, mając przed sobą właśnie nazwy dźwięków, zamiast tych przeokropnych herców narastających kompletnie nierównomiernie?


 Ja bym tak wolał, bo lepiej czuję np. a4, niż jakieś 3,52kHz. Ale pewnie błądzę i nie wiem co czynie, życząc sobie takiego stanu rzeczy.


Proszę mi wyjaśnić gdzie tkwi błąd w moim rozumowaniu. Będę bardzo wdzięczny za wszelkie odpowiedzi.


[addsig]

Awatar użytkownika
MB
Posty: 3318
Rejestracja: wtorek 09 kwie 2002, 00:00

Re: Harmoniczne, equalizer, analizer... - dylematy

Post autor: MB » wtorek 02 lis 2010, 12:40

Dlaczego, kiedy wygeneruję zwykłą sinusoidę o częstotliwości np. 440 Hz, moje analizery frekwencji (w Logic Pro 9, a także inny: PAZ-Frequency marki Waves) pokazują, że oprócz częstotliwości 440 Hz pobrzmiewają jeszcze inne częstotliwości od około 320 Hz do około 580 Hz. Myślałem, że przy prostej sinusoidzie, dodatkowo wygenerowanej cyfrowo, czyli bez zakłóceń i zniekształceń, nie ma mowy o harmonicznych. A jednak? O co chodzi?
***********************
Wszystko zależy od tego, jak jest zbudowany analizator, którego używasz. Warto zdawać sobie sprawę z tego, że nie da się wygenerować sygnału, który ma nieskończenie wąskie pasmo (tylko jedna częstotliwość), bo taki sygnał musiałby trwać nieskończenie długo. Podobnie, nie da się skonstruować analizatora o nieskończonej rozdzielczości. Jeśli analizator składa się z zespołu równoległych filtrów, za którymi są detektory poziomu i wskaźniki, to zazwyczaj filtry konfiguruje się tak, że ich pasma częściowo się zazębiają. Zatem sinusoida o stałej częstotliwości trafia do kilku filtrów, stąd takie niejednoznaczne wskazania.


Jeszcze bardziej frapuje mnie wynik innego doświadczenia.
Kiedy np. zagram na gitarze dźwięk A=440 Hz, a potem przestroję gitarę o kilka centów wyżej i zagram powiedzmy 450 Hz, a potem wypuszczę te dwa dźwięki jednocześnie, to słychać wyraźny fałsz, falowanie i takie tam nie przyjemności. To samo się dzieje, kiedy wygeneruję zwykłą sinusoidę 440 Hz, a potem drugą np. 445 Hz. Gdy puszczę równocześnie obydwie, to również słychać fałsz, może nie taki nieprzyjemny jak na gitarze, ale falowanie jest wyraźne.
************************
Jest to efekt tzw. zdudnienia - dwie fale sinusoidalne o zbliżonej częstotliwości interferują, ich maksima i minima spotykają się w pewnych odstępach czasu i następuje cykliczne wygaszenie i wzmocnienie. Jest nawet tożsamość trygonometryczna pokazująca, że suma 2 sinusoid jest równa iloczynowi sinusoidy o średniej częstotliwości przez sinusoidę o częstotliwości różnicowej (modulacja amplitudy). W przypadku dźwięków złożonych (gdzie występuje nie jedna a wiele sinusoid) takie zdudnienia występują na każdej parze harmonicznych, gdzie bezwzględne różnice częstotliwości nie są takie same, czyli interferencja każdej pary ma inną częstość (powstaje skomplikowany wzór modulacji).



Inna sprawa, może mniej istotna, przynajmniej dla mnie, bo wydaje mi się, że jestem w stanie to sobie wytłumaczyć, ale jednak wolałbym przeczytać bardziej fachowe wyjaśnienie niż to co mam w głowie.
A mianowicie. kwestia natężenia dźwięku i jego częstotliwość. Natężenie wyraża się w watach, ale jak wiadomo ludzkie ucho działa nieliniowo :), trzeba było wprowadzić skalę logarytmiczną, aby móc liniowo zobrazować narastanie dźwięku słyszanego w ludzkim uchu, stąd mamy decybele. I we wszystkich urządzeniach związanych z muzyką natężenie jest wyrażane nie w watach, a właśnie w belach (konkretniej w decybelach).
Podobnie ucho ludzkie reaguje na wysokość dźwięku, stąd mamy strój równomiernie temperowany i wyrażamy wysokość dźwięku za pomocą literek, ich kreślności oraz krzyżyków i bemoli. A jednak są odstępstwa, miedzy innymi właśnie w equalizerach, gdzie wysokość dźwięku jest wyrażana w hercach. Moje pytanie: Z czego to wynika? Dlaczego jeżeli chodzi o natężenie dźwięku, tych odstępstw nie ma i wszędzie mamy decybele, a częstotliwość jest wyrażana raz za pomocą herców, a innym razem za pomocą literek.
**********************
Nie do końca tak jest. Przy pomocy oznaczeń muzycznych nie określa się częstotliwości dźwięku, tylko wysokość dźwięku, a więc wrażenie subiektywne. Częstotliwość to cecha fizyczna, mierzalna. Wysokość jest powiązana z częstotliwością, ale można pokazać, że w wielu przypadkach dźwięki o tej samej częstotliwości mają różnie postrzeganą wysokość, zależy to od ich składu harmonicznego.


Czy nie przyjemniej byłoby bawić się equalizerem, mając przed sobą właśnie nazwy dźwięków, zamiast tych przeokropnych herców narastających kompletnie nierównomiernie?
**********************
Być może, ale equalizer jest urządzeniem technicznym, które modyfikuje składowe widmowe dźwięku (a te są w dziedzinie częstotliwości). Korektor nie usuwa/podbija dźwięków o określonej wysokości, bo te składają się z wielu harmonicznych o różnych częstotliwościach.

Awatar użytkownika
Jassio
Posty: 241
Rejestracja: niedziela 23 sty 2005, 00:00

Re: Harmoniczne, equalizer, analizer... - dylematy

Post autor: Jassio » wtorek 02 lis 2010, 19:33


>Dlaczego, kiedy wygeneruję zwykłą sinusoidę o częstotliwości np. 440 Hz, moje analizery frekwencji (w Logic Pro 9, a także inny: PAZ-Frequency marki Waves) pokazują, że oprócz częstotliwości 440 Hz pobrzmiewają jeszcze inne częstotliwości od około 320 Hz do około 580 Hz. 


 


Jeśli jest to analizator widma liczący transformatę Fouriera, to istnieje pojęcie przecieku widma, jeśli w oknie analizatora nie zmieścił się pełen okres sygnału (co praktycznie zawsze ma miejsce). Dlatego używa się róznych okien, jednak nie likwidują one w całości przecieku widma i to "przekłamanie" występuję (choć nie jest to wcale żaden błąd).


Jeśli wygenerujesz sinusa, którego pełen okres trwa 1024 sampli i policzysz DFT o długości 1024 sampli, to przecieku widma nie doświadczysz.


Świat bez muzyki byłby monofoniczny,
a tak jest wielowymiarowy.

ODPOWIEDZ