Für ein kleines Projekt möchte ich Duddelsacktöne erzeugen. Es ergeben sich verschiedene Herausforderungen. Die erste ist, herauszukriegen, wie die Frequenzen der Grundtöne sind. Laut Wikipedia werden 9 Töne gespielt: https://de.wikipedia.org/wiki/Great_Highland_Bagpipe In der Tabelle sind aber 14 Töne. Welche Tonhöhen sind die 9 Töne?
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Du meinst so wie im Bild? Jetzt müsste ich nur noch die Frequenzen dazu bekommen, weil laut dem Artikel ja gilt: "Der Grundton A der Great Highland Bagpipe liegt sehr nahe bei einem B (englisch B flat) und hat je nach Hersteller und Spieler eine Frequenz zwischen 469 Hz und 482 Hz" d.h. nehme ich an, dass sich die restlichen Töne entsprechend des Grundtons verschieben. Die nächste Frage ist dann nach dem Spektrum eines Tons. Ich vermute, als erstes könnte man das Ganze durch ein Dreieck annähern.
Markus schrieb: > Ich vermute Man könnte sich mal so ein Dudelsackgeräusch als Spektrum anzeigen lassen. Am besten jede Pfeife für sich...
Falls du eine VST faehige DAW hast, kannst ja mal ein entsprechendes VST Instrument reinladen und dir das Spektrum anzeigen lassen. Das sollte dann ziemlich brauchbare Daten liefern und evtl. laesst sich da ein Synthesemuster erkennen. :-) Ein Beispiel VST das ich auf die schnelle bei Google gefunden hab. Keien Ahnugn wie gut es ist. http://soundbytes.de/BagPipes/?download-en
von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite 23.10.2021 21:35 >Man könnte sich mal so ein Dudelsackgeräusch als Spektrum anzeigen >lassen. Am besten jede Pfeife für sich... Scheinbar ist das Thema auch für die Forschung interessant. Hier ist eine Analyse der Spectren: https://www.researchgate.net/publication/263501635_Acoustics_of_the_Highland_Bagpipe_Chanter_and_Reed Was ich mich schon länger frage und eigentlich immer mal untersuchen wollte: Wie wichtig ist die Phase? Was passiert, wenn man das Spectrum einer Dreieck oder Rechteckschwinung nimmt und die Phaseninformationen ändert?
Markus schrieb: > Es ergeben sich verschiedene Herausforderungen. Das könnte wohl sein, ja. :-) Die Grundtonfrequenzen herauszufinden, dürfte dabei das geringste Problem sein. Da braucht es nur eine gute Aufzeichnung von der schottischen Hymne und ein Keyboard mit Tuningknopf, oder ein Gitarre mit Stimmgerät. Ich habe mir für solche Zwecke eine kleine Kinderukulele zugelegt, mit der ich jeden willkürlichen Ton in einem komplexen Werk / Zusammenklang frei nach Gehör einstimmen kann, um sie dann allein zu spielen und die Frequenz abzulesen. Markus schrieb: > Was passiert, wenn man das Spectrum > einer Dreieck oder Rechteckschwinung nimmt und die Phaseninformationen > ändert? Kommt drauf an, was du änderst (den inneren Zusammenhang welcher Oberwellen) und in welchem Kontext du es zusammenmischst. Die Töne interferieren ja alle und das tun auch die Oberwellen. Da kann allesmögliche bei rauskommen: Beitrag "Re: Rechteckfunktion multipliziert mit Dreieckfunktion" Wenn mehrere Pfeifen ertönen, werden die natürlich auch phasenmoduliert laufen, weil solche Töne nicht stabil sind. Das macht ihren Charakter aus. Gerade bei den pipes sind die Schwebungen sehr wichtig und ich bezweifle, ob du mit einem normalen Spektrumanalysator selbige wirst sehen und erkennen können. Um die Frequenzen nur zu messen und es rein analytisch zu machen, bräuchte es auch einen sehr hochauslösenden Audio-Spektrumanalysator. Problematik ist hier beschrieben: Beitrag "Re: Autokorrelation: Digitales Stimmgerät Auflösung erhöhen" Tobias B. schrieb: > Falls du eine VST faehige DAW hast, Ich kenne keinen "Reinstopf" für PC-DAWs, der das auch nur annähernd präzise anzeigt. Das muss man wahrscheinlich auch per Gehör einstellen. Also Schwebungen zählen oder fühlen und Stimmung anpassen. Die "anderen Herausforderungen" wären dann mal die Transienten! Blasinstrumente haben ein luftstromabhängiges Einschwingverhalten, d.h. die Tonhöhe macht mit der Lautstärke eine Kurve. Einfach nur einen Ton mit konstanter Tonhöhe anschalten, klingt dann nicht nach Instrument, sondern nach Bontempi! Und auch hier kommt der dudelnde Sack mit einem Sondereffekt: Der Sack wird mit dem Arm gepresst und die Luft stömt gegen ein Ventil, das den Luftstrom stabilisert. Lässt man aber im Druck nur minimal nach, variiert sofort die Tonhöhe. Erfahrene pipe-Spieler nutzen das auch. Man kann diesen Effekt sogar als unmusikalischer Laie hören, wenn man den Sack ablegt: Wenn dem die Luft ausgeht, sacken die Pfeifentöne in den Keller. Aus diesem kommen sie auch schlagartig hervor, wenn ein Ton angeblasen wird. Der Dudelsack ist wahrscheinlich das Instrument, das am stärksten die Tonhöhe nach oben zieht, wenn der Ton beginnt. Ich höre da oft mal eine Oktave heraus. Mehr gibt es nur beim Techno!
Ach ja: Da du das hier im FPGA-Bereich postest, gehe ich davon aus, dass du die Töne mit einem solchen erzeugen möchtest(?) Da wünsche ich viel Spass - ich habe es in über 15 Jahren nicht zufriedenstellend geschafft. Die pipes waren seinerzeit die Triebfeder für die Entwicklung meines eigenen Synths- da ich irrtümlich annahm, OMD hätte ihren Leadsound mit einem analogen(?) Synth erzeugt und das wollte ich nachspielen können. Erst bei den Recherchen der Details (der erste Synth war schon lange fertig) kam ich drauf, wie sie ihren Dudelsackklang wirklich machen: Mit einem Mellotron! Will heißen: Der wohl bekannteste Leadsound aller Zeiten, aus genau dem Werk, das für den Start des BritPops mit elektronischen Synthesizern steht, war gar kein Synthie sondern kam vom Band :-) Man darf sich aber trösten: Auch einige "Kollegen", die sich gerade um das Wiederentstehen des Synclaviers auf FPGA-Basis bemühen, kriegen es nicht hin. Die Woche kam wieder mal 'ne mail, ob ich noch Ideen habe. Holzblasinstrumente sind halt nicht so einfach zu modellieren und dieser Sound ist ja auch noch modifiziert. Selbst Andy selber kriegt ihn ja nicht 100% hin: Vor ein paar Jahren habe ich ein Konzert der wieder aktiven OMD gesehen: Da spielten sie Kronos und Tyros. Klang aber weder nach dem Original noch nach einem echten Dudelsack. Da kannst aber nach Abschluss des Projektes gerne mal den Sound deines Dudelsacks posten. Würde mich mal interessieren.
Jürgen S. schrieb: > Ich kenne keinen "Reinstopf" für PC-DAWs, der das auch nur annähernd > präzise anzeigt. Das muss man wahrscheinlich auch per Gehör einstellen. > Also Schwebungen zählen oder fühlen und Stimmung anpassen. Hmmm, also ich wuerde Cubase nehmen, das VST Instrument und mir dann das Spektrum anzeigen lassen. Oder nopch eleganter: Eine Tonleiter durchspielen und dann ein Audio Mixdown als Wave erzeugen (idealerweise mit Floating Daten). Damit kann man dann die Daten analysieren wie man lustig ist. Und im Prinzip will er ja genau das nachbauen. Grundton vorgeben und wie ein Dudelsack solls dann klingen. :-)
von Jürgen S. (engineer) >Da du das hier im FPGA-Bereich postest, gehe ich davon aus, dass du die >Töne mit einem solchen erzeugen möchtest(?) Da wünsche ich viel Spass - >ich habe es in über 15 Jahren nicht zufriedenstellend geschafft. Interessant, dass die Duddelsacktöne eine Triebfeder für dein Projekt waren. Ich denke auch, dass Erzeugung dieser Art von Tönen eine ziemlich große Herausforderung ist. Es handelt sich wohl eher um ein Problem der digitalen Signalverarbeitung und weniger um ein FPGA Problem. Sobald man das Verfahren hat, dürfte es ich wohl auch auf einem FPGA umsetzen lassen. Ich fange mal langsam mit der Analyse-Phase an. Als erstes brauche ich WAV oder MP3 Aufnahmen. Hier gibt es z.B. welche: https://www.looperman.com/loops/tags/free-bagpipe-loops-samples-sounds-wavs-download Leider sind die nur bedingt geeignet, weil immer gleichzeitig die Drones mit den tiefen Tönen gespielt werden oder Hall in den Aufnahmen ist. Ich verwende Linux und man kann dort wenigstens den AudioOutput mitschneiden: https://askubuntu.com/questions/229352/how-to-record-output-to-speakers Vielleicht hat von euch jemand einen klaren Duddelsackton, den ihr als MP3 posten könntet.
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Hier mal ein drei Töne aus der obigen Soundkollektion ( Float 153BPM Blend Beats) ausgeschnitten. Verwertbar scheinen mir hier erst mal nur Informationen über die Hüllkurven und deren Zeiten.
https://soundlab.cs.princeton.edu/learning/tutorials/phys.html Und bei Stanford über Physical Modelling und Waveguid-Synthese informieren. Dann mit einem kleinen Waveguide-Setup anfangen. Wenn du es schaffst es zum oszillieren zu bringen, kannst du über das Reed nachdenken. Ich befürchte du unterschätzt das Problem.
Hildegard schrieb: > https://soundlab.cs.princeton.edu/learning/tutorials/phys.html Da steht aber nichts Konkretes und schon gar nicht über die genaue Modellierung von bag pipes. Ich kann mir auch nur schwer vorstellen, daß man mal so eben die Physik einer solchen Dudelsackpfeife (oder heißt es -flöte ?) vollständig formulieren kann, um hernach einen Ton herauszubekommen. Was aus den Keyboards so heraustönt und sich physical modelling nennt, kann man alles in der -> Pfeife <- rauchen :-)
Tatsächlich ist der Duddelsackton wohl eine ziemlich große Herausforderung für die Soundsynthese. Ich habe einfach mal JingleBells von hier https://www.partitions.bzh/deutsch/partitur/449_Jingle_Bells genommen und auf Ubuntu mit "TiMidity" abgespielt. Das Ganze hört sich schon etwas dürftig an. Besonders die Drones klingen eher wie das unerwünschte 50Hz Brummen, das man bei früheren Audioaufnahmen ab und zu hatte.
Tobias B. schrieb: > Hmmm, also ich wuerde Cubase nehmen, das VST Instrument und mir dann das > Spektrum anzeigen lassen. Mit welchem Toll du das machst, ist reichlich egal. Du brauchst den zeitlichen Verlauf. Wavelab kann das als 3D-Spektralanalyse und auch Samplitude. Falls Cubase das auch kann, gut - aber aus den Diagrammen kann man beim Besten willen nicht entnehmen, wie der genaue Tonverlauf ist. Das müsste man schon hochaufgelöst aufnehmen und wieder als IFFT abspielen und dann kann man auch gleich das Sample nehmen. Macht weniger Artefakte bei der Resynthese.
Jürgen S. schrieb: > Du brauchst den > zeitlichen Verlauf. Und den kannst dir ja mit einem Wave Export holen, was auch jede DAW kann. ;-)
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Tobias B. schrieb: > Und den kannst dir ja mit einem Wave Export holen, was auch jede DAW > kann. ;-) Das führt ja letztlich wieder auf das Sample selber(?). Ich meinte auch nicht den (zweidimensionalen) Verlauf des Signals im Zeitbereich, sondern den (dreidimensionalen) Verlauf der Amplituden im Frequenzbereich. Der lässt sich zwar prinzipiell aus jeder FFT erzeugen, in der Praxis krankt es aber daran, dass ... a) jede schnelle und kurze FFT zu grob ist und die Frequenzen nicht genug auflöst, oder b) (wenn sie fein genug ist) die Amplituden zwar genügend trennt, dafür aber zu kurz ist und die Amplitudenwerte zu ungenau sind, oder c) sie für a) und b) lang und fein genug ist, dafür aber bei Weitem zu lang wird, um den Einschwingvorgang zu erfassen. Eine halbwegs audiotaugliche FFT muss wenigstens eine halbe Welle erfassen, will man überhaupt eine verwertbare Information haben. Möchte man unabhängig von Fenstereffekten sein, braucht es 2-3 Wellen und mehr. Das sind bei tiefen Tönen bis zu 100ms. Da sind viele Töne nicht nur schon komplett eingeschwungen, sondern manche sogar schon wieder weg :-) Du kriegst immer einen Kompromiss! Ein aus FFT-Daten rekonstruiertes Signal ist so derart mit Artefakten belastet, dass es immer nach Plastik und Konserve klingt. Das liegt an der unzureichenden Repräsentation der Oberwellen in der kurzen Sicht einerseits und an der Unmöglichkeit, gleichzeitig in der langen Sicht, die Schwebungen eines Signals in der FFT abzubilden. Lange Töne regen Resonanzen an, die automatisch mit einfliessen, (was sie bei einem Sample-basierten Vorgehen auch müssen). Diese führen zu partiellen Auslöschungen, die sich in der FFT falsch abbilden. Hinzu kommen Überlagerungen mit anderen Tönen aus anderen Pfeifen. Dieses Muster kann man nicht einfach aufnehmen und wieder abspielen, weil man dann das gesamte Pattern looped, was direkt hörbar ist. Das Einzige, was zielsicher funktioniert, ist das optische Zerlegen der Tonfolgen in Phasen, die man dann synthetisch abbildet. Dabei kann man per Gehör trennen, was aus der einen und was aus der anderen Pfeife kommt und was Resonanz ist und was primärer Erregerton. Da muss man aber viel werkeln, um an einen authentischen Klang heran zu kommen. Daher bleibt für den einfachen Ansatz nur, jede Pfeife einzeln in verschiedenen Anblastechniken möglichst "trocken" zu sampeln und sich dann beim Zusammenbau, das Passende zu suchen und dann mit Überblendungen zu arbeiten - klassische Samplesynthese halt.
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ADSR_SynthStructure.png
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Hier mal der erste Versuch, die Tonhöhen zu "matchen".
1 | % A tuned to 475 HZ |
2 | % logGM als niedrigster Ton |
3 | GreadHighLand_pitch_Hz=[422,475,534,594,633,713,792,855,950] |
Die Idee bei der Synthesizerstruktur war, die Tonhöhe mit einer Hüllkurve zu ändern. Über den Effekt lässt sich streiten, aber es klingt zumindest nicht so fad wie ein reiner Sinus. Hinweis: die Zahlen bei den ADSR sind einheitenlose Anstieggeschwindigkeiten. Das ganze ist erst mal auf einem RP2040 gespielt.
Markus schrieb: > Über den Effekt lässt sich streiten, aber es klingt > zumindest nicht so fad wie ein reiner Sinus. Ja, eine leichte Assoziationen Richtung Flöte kann ich erkennen. Vielleicht hilft hier eine Modellierung mit Luftinhalt des Sacks und eine KI, die abhängig vom Notenbild den Armdruck nachbildet weiter. Duke
Naja, das Charakteristische der Flöte ist ja das überlagerte Hauchen und das müsste wenigstens noch hinein. Also: Rauschgenerator mit gesteuertem Formantfilter additiv aufs Signal geben. Aber sollte es nicht Dudelsack werden? Da bräuchte es zunächst einmal eine Modellierung des Rohrblatts wie beim Saxophon. Das erzeugt ja das Scattern des Luftstroms, der dann mit seinen starken Transienten die Resonanzen des Flötenkorpus' anregt und so erst den charakteristischen Klang solcher Instrumente erzeugt. Modelliert wird es in Synthesizern mit spannungsgesteuerten Verstärkern + Filtern. Der einfachste Weg in digitalen Systemen wäre ein schneller Rechteck-LFO mit Offset, der das Signal multiplikativ verstärkt und seinerseits frequenzabhängig ist. Damit hätte man schon einmal die Grundstimmung. Das wären dann so 10% der Realität. Da der Dudelsack mit einem Doppelblatt arbeitet, gibt es dann noch eine Dynamik in den Unterbrechungen, wenn die Blätter interagieren. Macht man das richtig, hätte man sicher 30%. Hinzu kämen die Oberwellen nach Ordnungszahl der Geometrie. Auch da hat der DS einiges an zusätzlicher Komplexität zu bieten, das über die "normale" Flöte hinaus geht.
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