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Schnarre

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1

Samstag, 18. Mai 2019, 10:18

Grundfrequenzen von unseren Trommeln, brauche Input!

Hi zusammen,
für ein Kleinprojekt an der FH habe ich die Aufgabe, mit Hilfe von Matlab die Grundfrequenz unserer geliebten Instrumente zu ermitteln, wobei sich
das ganze eher auf die Trommeln beschränkt - Becken bleiben also erst einmal außen vor. Nun habe ich mal das Frequenzspektrum einer Snare
ermittelt und hier als Bild angefügt.
Jetzt die Frage zur Definition der Grundfrequenz bzw. des Grundtons: Dieser stellt doch die niedrigste Frequenz mit dem ersten Maximum dar, oder?
Im Falle der abgebildeten Snare wäre diese also in etwa bei 200 Hz gestimmt. Fachkundige Meinungen sind gerne gesehen, während ich mich
gleichzeitig weiter im Netz durchwühle. Danke schon mal!
Gruß
Schnarre

Das muß kesseln!!! :D

2

Samstag, 18. Mai 2019, 11:47

So habe ich das auch immer verstanden bzw. so steht´s ausführlicher behandelt auch z. B. hier.

Jürgen K

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3

Samstag, 18. Mai 2019, 12:25

Hallo,

der praktische Effekt ist aber, dass man den Grund"ton" nicht als den "Ton" der Trommel hört.
Für den stimmfreudigen Musikanten klingt die Kleine nach knapp unter 600 Hz.
Bei Sonor werden die höherwertigeren Kleinen Trommeln vor Auslieferung auf das zweigestrichene
Cis gestimmt.

Das ist wie mit den Becken, da sagen auch alle, die wären hoch (klingend),
faktisch haben sie teilweise extrem tiefe Grundtöne.

Das ist das Problem, warum man Trommeln nach konservativer Interpretation
nicht auf einen Ton stimmen kann.

Grüße
Jürgen

Schnarre

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4

Samstag, 18. Mai 2019, 12:38

Hi Jürgen, habe gerade mal gegooglet: Zweigestrichenes Cis liegt bei 554Hz. Das größte Maximum auf meinem Plot liegt bei 577Hz.

Zum Thema Sonor: Der Plot ist von einer Sonor-Snare, aber frag mich nicht welche ;) .
Das heißt also, die Grundfrequenz liegt hier bei ca. 185Hz, die Stimmung aufgrund des Maximums bei 577Hz, richtig? Nimmt man die ganzzahligen Vielfachen von 185Hz,
so landet man letztendlich bei 185Hz, 370Hz, 555Hz,...
Ich denke, jetzt weiß ich auf jeden Fall, wonach ich suchen muss. Danke Euch!
Das muß kesseln!!! :D

m_tree

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5

Samstag, 18. Mai 2019, 12:39

Jetzt die Frage zur Definition der Grundfrequenz bzw. des Grundtons: Dieser stellt doch die niedrigste Frequenz mit dem ersten Maximum dar, oder?

Genau.

Zitat

Im Falle der abgebildeten Snare wäre diese also in etwa bei 200 Hz gestimmt.

Etwa 200Hz sind bei 14" Snares mit normaler (bzw. für Snares üblich recht hoher) Stimmung der Normalbereich. Also deine Messung und Interpretation ist vollkommen korrekt.
Wohingegen der Grundton eines tief gestimmten 10" Toms auch bei 140Hz liegen kann. Die Stimmung hat also auch einen großen Einfluss, nicht nur die Größe der Trommel.

Während die Mikrofonierung - wobei es vor allem um die Unterscheidung von nah aufgestellten Mikrofonen am Schlagfell und im Freifeld aufgestellten Mikrofonen (z.B. 0,5-1m Abstand) geht - schon einen großen Einfluss auf den Gesantklang und bzw. die Frequenzverteilung im Spektrum hat, bleibt der Grundton an Ort und Stelle. Aber vor allem bei der Bassdrum kann das u.U. erhebliche Unterschiede hervorbringen. Schon die Mikrofonposition direkt an / in der Bassdrum macht was aus (der Grundton außen am Reso ist ggf. ein anderer als in der Bassdrum), aber ganz extrem wirds im Vergleich zu Overheads. Nah aufgestellte Bassdrum Mikros nehmen weitaus mehr Tiefbässe auf.

Mit einer FFT lässt sich das ganz einfach ermitteln. Ich benutze diesen Analyzer hier: https://www.voxengo.com/product/span/

Ich könnte mit ein paar konkreten Beispielen auch noch ausführlicher was dazu schreiben.

6

Samstag, 18. Mai 2019, 16:12

Mein Lieblings-Youtube-Kanal "Sounds like a drum" hat zwei Videos zum Thema gedreht. Vielleicht hilfts ja weiter.

Two

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7

Samstag, 18. Mai 2019, 19:33

An die beiden Graphen muss eine Achsenbeschriftung dran !! ;)

Schnarre

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8

Samstag, 18. Mai 2019, 21:26

An die beiden Graphen muss eine Achsenbeschriftung dran !! ;)

Da hast Du natürlich Recht, das kommt auch noch. Habe allerdings erst einmal eine ganz andere Problematik ;) . Die richtige Auswertung der Grundfrequenz ist in AUTOMATISCHER Form gar nicht so einfach. Mein erster Ansatz ist hier die Bildung einer Hüllkurve. Nun muss automatisch entschieden werden, welches Maximum die Grundfrequenz darstellt. Falls dazu jemand eine geniale Idee hat, bin ich immer dankbar.
Das muß kesseln!!! :D

m_tree

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9

Samstag, 18. Mai 2019, 22:48

Machs doch nicht komplizierter, als es ist ...

Der "Berg" um 200Hz ist der Grundton deiner Snare. Das, was darunter stattfindet, kannst du vernachlässigen. Der Grundton einer Bassdrum ist schwieriger zu bestimmen. Also check das doch am besten auch erst mal noch ab ;)

Schnarre

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10

Samstag, 18. Mai 2019, 23:14

Machs doch nicht komplizierter, als es ist ...

Der "Berg" um 200Hz ist der Grundton deiner Snare. Das, was darunter stattfindet, kannst du vernachlässigen. Der Grundton einer Bassdrum ist schwieriger zu bestimmen. Also check das doch am besten auch erst mal noch ab ;)
Das Ziel ist, die Grundfrequenz automatisch als Zahlenwert in Matlab auszugeben. Ablesen der FFT alleine reicht leider nicht.
Das muß kesseln!!! :D

m_tree

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11

Samstag, 18. Mai 2019, 23:53

Machs doch nicht komplizierter, als es ist ...

Der "Berg" um 200Hz ist der Grundton deiner Snare. Das, was darunter stattfindet, kannst du vernachlässigen. Der Grundton einer Bassdrum ist schwieriger zu bestimmen. Also check das doch am besten auch erst mal noch ab ;)
Das Ziel ist, die Grundfrequenz automatisch als Zahlenwert in Matlab auszugeben. Ablesen der FFT alleine reicht leider nicht.

Dann müsstest du wohl erst mal einen Differenzwert der Amplitude von 0Hz bis zum Grundton bestimmen, ab dem sich der Grundton zweifelsfrei bestimmen lässt. D.h., dass der Differenzwert den ganzen "Schmodder" unter der Grundfrequenz außer Acht lässt. Hängt natürlich wiederrum auch wieder vom Gesamtpegel des Signals ab. Aber ich gehe davon aus, dass du den sogar Trommel-spezifisch bestimmen musst. Wie nimmst du denn die Snare auf? Die Mikrofonierung ist da m.E. schon ein wichtiges Thema.

Schnarre

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12

Sonntag, 19. Mai 2019, 00:42

Ich habe nun vor, jedes Maximum mit dem nächsten zu vergleichen (durch die Hüllkurve habe ich das ganze "Rauschen" ganz gut rausbekommen). Ist das erste deutlich kleiner als das zweite, so wird das erste verworfen usw.
Hoffe, dass mich das zum Ziel bringt. ich selbst habe leider (noch) keine ordentlichen Mikrofone, daher greife ich auf Testsamples der einzelnen Hersteller zurück.

Werde morgen mal schauen, ob ich das so hinbekomme und dann mit zahlreichen weiteren Samples testen. Ich denke fast, dass die Snare die "gemeinste" Trommel ist,

was eine solche Auswertung angeht. Das ist aber bislang nur eine Vermutung. Wenn das klappt, werde ich jedenfalls weiter mit Toms, Bass-Drums und evtl. doch noch Becken testen.
Mal schauen, was dabei herauskommt.

Würde lieber selbst wieder zocken, aber was muss, das muss. Gibt schlimmere Theoriethemen als Schlagzeuge. ;)
Das muß kesseln!!! :D

Two

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13

Sonntag, 19. Mai 2019, 14:53

Mein erster Ansatz ist hier die Bildung einer Hüllkurve. Nun muss automatisch entschieden werden, welches Maximum die Grundfrequenz darstellt. Falls dazu jemand eine geniale Idee hat, bin ich immer dankbar.


Das sauber zu machen ist gar nicht so einfach. Der Ansatz mit der Hüllkurve bringt keine sauberen Ergebnisse, da das Maximum der Peaks nicht immer (sieht man auch auf Deiner Grafik) nicht immer mit dem Maximum der Hüllkurve zusammenfällt.
Normalerweise würde man eine Funktion suchen, die die Form eines einzelnen Peaks beschreibt, diese dann anfitten, und den Fitparameter, der die Frequenzlage des Peaks beschreibt, für die weitere Auswertung nutzen. Das Problem hier ist, dass das Spektrum sehr viele Überlagerte Peaks enthält, die sich überschneiden und sehr unterschiedliche Amplituten haben. Man müsste also eine Fitfunktion aus vielen Überlagerten Peaks benutzen. Das ist technisch möglich, aber Du hast dann sehr viele Fitparameter (jeder Peak vermutlich 2 bis 3 Parameter x Anzahl der Peaks), und dann ist es wieder schwierig, den richtigen Parameter automatisch herauszusuchen.
Der beste Kompromiss ist vermutlich, die lage der höchsten Peaks herauszusuchen (durch eine einfache Suche nach Werten, die eine bestimmte Schwelle überschreiten). Dann hast Du schon mal eine grobe Lage des Maximums. Dann eine Fitfunktion finden, die nicht allzu empflindlich auf Überlagerung mit kleineren Peaks ist, aber trotzdem das Maximum sauber reproduziert, und diese auf den ersten Peak loslassen.

Hope this helps.

Schnarre

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14

Sonntag, 19. Mai 2019, 17:52

Du hast natürlich Recht. Wenn man sich die komplette FFT ansieht, so sind deutlich zu viele Peaks vorhanden, die sich kaum auswerten lassen. Da die Amplitude doch nicht bekannt ist und sich von Aufnahme zu Aufnahme ändert, kann man diese nicht als Ausschlusskriterium heranziehen. Die Hüllkurve lässt sich hingegen weiter anpassen, sodass diese mehrere Peaks berücksichtigt. Generell müssen die meisten Peaks jedoch herausgefiltert bzw. geglättet werden, um eine vernünftige
Selektionsmöglichkeit zu schaffen. Bin mittlerweile soweit, dass mir eine Grundfrequenz von 183,5Hz angezeigt wird, was ich nach jetzigem Stand akzeptabel finde. Bei einem Test mit einer Bassdrumaufnahme hat dieses Verfahren ebenfalls
funktioniert. Die Tests beginnen jedoch demnächst erst.
Vielleicht kann mir noch jemand sagen, ob es Sinn macht, weitere wichtige Eigenschaften als Zahlenwert auszugeben, die sich aus der FFT herauslesen lassen (2.,3. Harmonische usw.). Bislang werden folgende Werte ausgegeben:
Grundfrequenz sowie Peakfrequenz mit zugehöriger Amplitude.
Möchte noch versuchen, das ganze in eine schöne GUI zu verpacken, sodass man das Soundfile auswählen kann und in Abhängigkeit davon die entsprechenden Werte ausgegeben werden. Ich denke, das Ziel ist nicht mehr so weit entfernt und dann beginnt die Dokumentationsarbeit *würg*.
Also, über weitere Vorschläge zu wichtigen Werten (mit Begründung) von versierten Musikern wäre ich dankbar.

Vielleicht kann ich dann, falls gewünscht, das File nach Projektabschluss hier zur Verfügung stellen.
Das muß kesseln!!! :D

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15

Sonntag, 19. Mai 2019, 19:32

Schau doch mal was du zu "pitch recognition" für Gitarren Stimm Programme findest. Dort besteht das Problem ja auch und somit könnte es dich weiter bringen.
"Man muss das Grundgesetz vor seinen Vätern schützen und die Verfassung vor ihren Schützern."
"Der Faschismus ist eine Spielart der freien Marktwirtschaft."
Wolfgang Neuss

m_tree

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16

Montag, 20. Mai 2019, 06:37

Du hast natürlich Recht. Wenn man sich die komplette FFT ansieht, so sind deutlich zu viele Peaks vorhanden, die sich kaum auswerten lassen. Da die Amplitude doch nicht bekannt ist und sich von Aufnahme zu Aufnahme ändert, kann man diese nicht als Ausschlusskriterium heranziehen. Die Hüllkurve lässt sich hingegen weiter anpassen, sodass diese mehrere Peaks berücksichtigt. Generell müssen die meisten Peaks jedoch herausgefiltert bzw. geglättet werden, um eine vernünftige
Selektionsmöglichkeit zu schaffen. Bin mittlerweile soweit, dass mir eine Grundfrequenz von 183,5Hz angezeigt wird, was ich nach jetzigem Stand akzeptabel finde. Bei einem Test mit einer Bassdrumaufnahme hat dieses Verfahren ebenfalls
funktioniert. Die Tests beginnen jedoch demnächst erst.

Würde es was bringen, einen steilen Lowpass Filter bei z.B. 500Hz zu setzen? Nur für den Auswertungs Algorithmus selbst, damit der von den Oberschwingungen nicht zu sehr "irritiert" wird.

Schnarre

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17

Montag, 20. Mai 2019, 10:40

Das wollte ich erst einmal nicht machen, weil ich mir die Option offen lassen wollte, auch Becken mit der Berechnung erfassen zu können, ohne dem Programm vorher irgendwo mitzuteilen, um welches Instrument es sich handelt.
Ich könnte mir allerdings vorstellen, dass vielleicht ein sehr steilflankiges Bandpassfilter dabei hilft, die Grundfrequenz im Zeitbereich sichtbar zu machen. Zuvor muss die Grundfrequenz natürlich ermittelt worden sein.
Das muß kesseln!!! :D

m_tree

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18

Montag, 20. Mai 2019, 13:54

ohne dem Programm vorher irgendwo mitzuteilen, um welches Instrument es sich handelt.

Genau das wirst du m.E. aber machen müssen. Zumindest, ob es sich um eine Trommel oder ein Becken handelt.

Zitat

Ich könnte mir allerdings vorstellen, dass vielleicht ein sehr steilflankiges Bandpassfilter dabei hilft, die Grundfrequenz im Zeitbereich sichtbar zu machen. Zuvor muss die Grundfrequenz natürlich ermittelt worden sein.

Vergessen sollte man bei solchen Filter Geschichten natürlich nicht, dass die gerade bei steilflankigen Eingriffen direkt auf Grundtönen den Grundton quasi selbst "verlängern" sowie die Phasenlage verschmieren usw. ...

Schnarre

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19

Montag, 20. Mai 2019, 15:06

Genau das wirst du m.E. aber machen müssen. Zumindest, ob es sich um eine Trommel oder ein Becken handelt.

Wahrscheinlich hast Du Recht. Angedacht war das ganze ja erst einmal nur für Trommeln, auch wenn ich ebenso Becken im Hinterkopf habe. Jedes Frequenzspektrum ist anders und daher
gehe ich auch davon aus, dass es nicht immer passen wird. Hier mal ein Versuch einer Ridebecken-Aufnahme. Die Glocke war mit dabei und es wurde ansonsten nur auf der Fläche gespielt, also ohne ancrashen.

Als Grundfrequenz wurde mir hier ein Wert von 292Hz ausgegeben. Sollte passen, oder? Vielleicht kann mir jemand generell mal sagen, wie es um die Grundfrequenzen von Becken (pi mal Daumen) bestellt ist.
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m_tree

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20

Montag, 20. Mai 2019, 15:42

Als Grundfrequenz wurde mir hier ein Wert von 292Hz ausgegeben. Sollte passen, oder?

Hmm ... kann ich nicht so ganz glauben. Ich hab da eher die 1400-nochwas Hz im Verdacht. Auf einer Aufnahme passiert ja unter den Grundtönen schon auch noch was. Es gibt kein perfektes Signal bei akustischen Aufnahmen.
Wie viel dB liegen die 1.4xx Hz über den 292Hz?