INSTITUUT VOOR DEELTIJD HTO Hogeschool van Amsterdam Studentenhandleiding Eigenschappen van klanken OPLEIDING ELEKTROTECHNIEK Project: Behorend bij blok I-3 Opgesteld door: Pieter Beerthuizen Datum: Oktober 2001 Status: Definitief Versie: 1.0
Wijzigingen t.o.v. vorige versies van de blokhandleiding Versie 1.0 Ondersteuning bij blok I-3 Versie Versie Blok I-3 Studentenhandleiding bij I-3 Klankherkenning pag. 2 van 7
Inhoudsopgave 1 INLEIDING 4 2 EIGENSCHAPPEN VAN KLANKEN 4 3 ENKELE VOORBEELDEN VAN KLANKEN 4 4 KLANKREFERENTIE VOOR HET PROJECT 4 5 INTERFERENTIE 5 Blok I-3 Studentenhandleiding bij I-3 Klankherkenning pag. 3 van 7
1 Inleiding Gebleken is dat blok I-3 klankherkenning vaak problemen geeft als gevolg van onbekendheid van sommige studenten met bepaalde terminologie. Om die reden is een korte studentenhandleiding samengesteld om een aantal termen kort toe te lichten als hulp bij de keuzes die in het project moeten worden gemaakt. Verder wordt kort aandacht besteed aan de effecten van een te lage sample-frequentie. 2 Eigenschappen van klanken Bij klanken wordt ondermeer onderscheid gemaakt in: Amplitude van het signaal: constant, (monotoon) afnemend, aanzwellend Grondtoon van het signaal; bestaat het signaal uit verschillende tonen (vgl. 2 toetsen op eenpiano) of is het een enkelvoudig signaal Spectrum van het signaal in relatie tot de grondtoon, en eventueel van de additionele tonen; spectra kunnen overlappen Tijdsduur van het geluids-sample (in relatie tot de duur van het geluidsfragment) Filtereigenschappen van de waarnemer (oor, microfoon, ) Eventueel akoestische eigenschappen van de ruimte waarin wordt opgenomen Bij de keuze van een geluidsfragment moet rekening worden gehouden met bovengenoemde eigenschappen om een goede signaalanalyse te kunnen maken, waaruit je het instrument kunt herkennen. 3 Enkele voorbeelden van klanken Elektronische toongenerator: constante amplitude, enkele grondtoon, spectrum afhankelijk van signaalvorm (sinus, blok, driehoek, zaagtand, e.d.), klankkleur zeer constant Padvindersfluit: twee grondtonen, redelijk constante amplitude (afhankelijk van aanblazen), bevat redelijk veel ruis, klankkleur redelijk constant Blokfluit: enkele grondtoon maar bij hard aanblazen verspringt de grondtoon naar een harmonische ervan (d.i. nieuwe grondtoon), redelijk constante amplitude (afhankelijk van aanblazen) Akoestische gitaar, clavecimbel, harp: enkele grondtoon (niet afgedempte snarenklinken mee), amplitude neemt snel in tijd af (geluid sterft uit), klankkleur wordt beinvloed door wijze en plaats van aantokkelen van de snaar, materiaal van de snaar bepaalt hoe snel boventonen worden geabsorbeerd Orgelpijp, trompet: geluid heeft even tijd nodig om in amplitude op te bouwen waarna constant, enkele grondtoon Keukenmixer, automotor: diverse grondtonen als gevolg van verschillende bewegende delen, redelijk constante amplitude, veel moeilijk te bepalen hogere harmonischen 4 Klankreferentie voor het project Verder zul je voor het herkennen een referentie moeten hebben: een al eerder opgenomen geluid van een vergelijkbare bron, of kentallen van hogere harmonischen (die de klankkleur beschrijven), Blok I-3 Studentenhandleiding bij I-3 Klankherkenning pag. 4 van 7
Daarbij rekening houden met de verschillen in de uitvoering van de instrumenten: er zijn bijvoorbeeld heel veel verschillende soorten orgelpijpen die heel verschillende klankkleuren hebben, zoals open en "gedekte"pijpen, tongwerken, konische pijpen, Van geluiden wordt gezegd dat zij een bepaalde toon hebben als de grondtoonhoogte (basisfrequentie) van het geluid duidelijk herkenbaar en waarneembaar is. Het hebben van hogere harmonischen van die grondtoon beïnvloedt wel de klank maar niet de toon. 5 Interferentie Als je twee zuivere sinusvormige geluiden neemt van verschillende frequentie zul je die doorgaans als twee aparte tonen horen. Wanneer echter de frequenties dicht bij elkaar liggen hoor je ook een ander effect: zwevingen, met een lage frequentie. De zwevings-frequentie blijkt overeen te komen met het frequentieverschil tussen de twee tonen. Wiskundig geanalyseerd is aan te tonen dat bij het mengen van twee tonen er een somsignaal en een verschilsignaal wordt gevormd; de zwevingen komen overeen met het verschilsignaal terwijl het somsignaal vaak niet goed voor het oor waarneembaar is (maar er niettemin wel is). De zwevingen worden door musici gebruikt om bijvoorbeeld instrumenten op elkaar te stemmen: de zwevingsfrequentie wordt tot nul teruggebracht, wat dus betekent dat beide instrumenten precies dezelfde toonhoogte produceren. Wanneer een geluid wordt ge-sampled met een puls is dat dus ook een menging van twee signalen, waarbij je je moet realiseren dat het pulssignaal een grondfrequentie heeft (de sample-frequentie) en eigen hogere harmonischen. Het mengsignaal van beide bestaat dus uit het mengsignaal van de sample-frequentie van de puls met het ingangssignaal, maar ook van alle hogere harmonischen van die puls daarmee. Er ontstaat dus een som- en een verschilsignaal van het ingangssignaal met de pulsfrequenties (grondfrequentie plus harmonischen). Om geen vermenging te krijgen van de oorspronkelijke ingangssignaal-frequentie met verschilfrequentie van de menging van dat signaal met de sample-puls moet je dus een sample-frequentie kiezen die minstens tweemaal zo hoog is als de frequentie van het signaal dat je wilt bemonsteren. Doe je dat niet, dan ontstaat het zogenaamde alias effect: je meet (of hoort) iets anders dan de bedoeling was. Om dat te vermijden worden anti-alias filters gebruikt die het te bemonstern scherp wegfilteren voor frequenties hoger dan de halve sample-frequentie. Zie hiervoor ook dictaat DIG3 uit het I-1 blok. Dit effect is eenvoudig te illustreren door een sinus te laten uitrekenen met een begrensd aantal rekenstappen (of evt. de schermresolutie als samplefrequentie te nemen); in dit voorbeeld is y = sin 40 x, y = sin 50 x en y=sin 100 x genomen, dus één frequentie, een constante amplitude, etc. Dit gebeurt met elke frequentiecomponenet in het ingangssignaal. Blok I-3 Studentenhandleiding bij I-3 Klankherkenning pag. 5 van 7
Blok I-3 Studentenhandleiding bij I-3 Klankherkenning pag. 6 van 7
Blok I-3 Studentenhandleiding bij I-3 Klankherkenning pag. 7 van 7