de Miljoen-Signalen Mixer

Van schoonheid genieten, samen met verdieping. :okdan:

Dat "quasi-intellectualistische avant-gardisme wat op de instituten bon-ton was" wekt de verkeerde indruk zo alleenstaand in de link. Het was een sarcastisch bedoelde reactie.
Juist op deze instituten ontstond verdieping en vernieuwing.
De ruimte voor onafhankelijk onderzoek is tegenwoordig beperkter.
Met als resultaat de vele copy-paste 'nice' musics.

@ Septic, wanneer je happy accidents onderzoekt en begrijpt wat er gebeurd, kun je happy bewust dingen maken.
 
Van schoonheid genieten, samen met verdieping. :okdan:

Dat "quasi-intellectualistische avant-gardisme wat op de instituten bon-ton was" wekt de verkeerde indruk zo alleenstaand in de link.

Het gaat hier inderdaad alleen om dat Feynman-argument: de rationalisering die iets toevoegt aan de beleving en niet iets weghaalt. Ik had die link naar de Art-of Electronics-draad beter weg kunnen laten.
 
https://www.synthforum.nl/forums/showpost.php?p=1778602&postcount=120 WaveGuide
https://www.synthforum.nl/forums/showpost.php?p=1782783&postcount=121 Sander02
https://www.synthforum.nl/forums/showpost.php?p=1783179&postcount=125 Arv

#120 WaveGuide:
Na de Schuif-Mix operatie krijg je dat geblokte signaal. Hoe klinkt dàt? Zal het doffer klinken dan de rateltoon of scherper?

#121 Sander02:
Zal denk ik doffer klinken vanwege vloeibaarheid in het signaal, maar wel met meer (bas)lading.

#125 Arv:
Ik denk identiek, er zijn immers geen andere frequenties aanwezig in het nieuwe signaal.
Er zijn inderdaad geen andere frequenties aanwezig in het signaal, maar dat betekent niet dat het geluid hetzelfde klinkt. Ik ben het met Sander eens dat het geluid van het geblokte signaal doffer klinkt. Natuurlijk kun je direct de proef op de som nemen en gewoon luisteren om vast te stellen dat dat klopt, maar is het ook te beredeneren? Als opstapje daarvoor diende de derde vraag van #120:

#120 WaveGuide:
(3) geluid+geluid+geluid+geluid+geluid+.... = stilte ???
Is het mogelijk om zonder nul-samples tussen te voegen tonen te maken, zodanig dat deze Kopier-Schuif-Mix bewerking stilte oplevert? Zo ja, voorbeelden?

#121: Sander02:
denk het wel, dan zou ik 9 speldenknoppen naast elkaar zetten als: hoogst-laagst-hoogst-laagst..
Dan valt na 9 posities de hoogste speldenknop op de laagste speldenknop en zullen ze elkaar uitfaseren.. verschuif je alles 1 positie verder / terug, heb je weer signaal terug.

#125 Arv:
Zeker, als het een fase verschil heeft van precies Pi. Tegenfase.

Hier nog eens de grafiek van het geblokte signaal. Elke outputsample (rood) vind je door het signaal en alle kopieën op te tellen. Bijvoorbeeld de blauwomlijnde outputsample. Je kunt gemakkelijk nagaan dat je in feite steeds tien achtereenvolgende signaalsamples bij elkaar optelt (rood omlijnde vak boven).

attachment.php


Dus elk periodiek signaal waarvan de periode uit tien samples bestaat (en dat geen DC-component heeft) levert een som op die gelijk is aan nul en is dus onhoorbaar. Hieronder als voorbeeld een sinus met een periode van 10 samples.
attachment.php


De mix geeft stilte (op de eerste tien samples na, dat noemen we de transiënt). In plaats van de sinus had je ook elk ander signaal met periode van tien samples kunnen nemen.
(morgen meer...)
 

Attachments

  • Sinustoon_10kHz_SampleHold_0.jpg
    Sinustoon_10kHz_SampleHold_0.jpg
    49,8 KB · Bekeken: 96
  • Sinustoon_Moving_Average_Nul_1.jpg
    Sinustoon_Moving_Average_Nul_1.jpg
    59,7 KB · Bekeken: 106
Galm en zelfs de akoestiek van bestaande concertzalen is inderdaad een van de vele dingen die je kunt maken met Schaal-Schuif-Mix. Tot hier is alleen nog maar sprake van Schuif-Mixen en ook dan zie je al een soort "galm" ontstaan: negen reflecties worden aan een signaal toegevoegd. Maar het is wel een heel rare galm: alle reflecties zijn precies even hard.

Of het nu gaat om spraak of muziek, om galm of filters, meestal spreek je òfwel in termen van tijd-effecten òfwel in termen van frequentie-effecten. Bijvoorbeeld galm is duidelijk een tijd-effect. En een filter verandert de klankkleur en is dus een frequentie-effect (spectrum). Toch zijn tijd en frequentie altijd twee aspekten van hetzelfde geluidseffect. Dat wil zeggen: je kunt over een filter net zo goed praten in termen van tijd, en over galm net zo goed in termen van frequenties. Er bestaat dan ook een directe "vertaling" van de een naar de ander: de Fourier transformatie (FFT). Bijvoorbeeld als het gaat om de galm van een opnamestudio praat je liever in termen van frequenties: bepaalde frequenties kunnen soms veel harder klinken dan andere; dan beschouw je galm dus even als een filter. En, guess what, galm is dan ook niets anders dan een filter! Omgekeerd produceert elk filter een
galm, ook al is die vaak zo kort dat je dat niet als galm waarneemt, maar als verkleuring van de klank.

Zo ook deze Schuif-Mix-bewerking. Je ziet in het plaatje die verschoven kopieën en denkt automatisch in termen van reflecties, dus van tijd. Toch is Schuif-Mix veel gemakkelijker te snappen als je erover praat in termen van klankverandering, frequenties, preciezer gezegd: in termen van sinusgolven van verschillende frequenties. Deze Schuif-Mixbewerking met tien componenten is een filter dat sinusgolven van welgeteld vijf frequenties volledig tegenhoudt!! Die frequenties zijn:

Code:
1 X Fs/10 =  4410 Hz
2 X Fs/10 =  8820 Hz 
3 X Fs/10 = 13230 Hz 
4 X Fs/10 = 17640 Hz 
5 X Fs/10 = 22050 Hz
(Fs is de samplingfrequentie: 44100 Hz.)

Als je een sinustoon maakt met een frequentie uit het rijtje hierboven, en je telt tien samples bij elkaar op, dan krijg je steeds nul, bij welke sample je ook begint.
Hieronder een plaatje voor een sinus van 3 X Fs/10 = 13230 Hz.

Ook als je een mix maakt van vijf sinussen met frequenties uit dit rijtje, welke amplitude en fase je ze ook geeft, altijd zullen tien achtereenvolgende samples de som nul opleveren. Maar een zaagtand of een blokgolf van 4410 Hz dan? Die zijn volgens Fourier ook mixen van sinussen uit dat frequentierijtje! :)

Daarmee hebben het meest exacte antwoord op vraag (3) van #120: geluid + geluid + geluid + geluid + geluid + .... = stilte ???

Morgen de bijbehorende frequentiekarakteristiek van deze Schuif-Mix-bewerking en de verklaring waarom het "geblokte signaal" doffer klinkt dan de gatensinus.
 

Attachments

  • Sinustoon_Moving_Average_Nul_3.jpg
    Sinustoon_Moving_Average_Nul_3.jpg
    66,8 KB · Bekeken: 110
Hier de amplitudekarakteristiek van 'Schuif-Mix-10'.
Het is een bewerking die reflecties toevoegt. Daardoor ontstaat een filterwerking die alle frequenties die een veelvoud zijn van Fs/10 (de samplingfrequentie gedeeld door 10) geheel uitdooft.
Die frequenties zijn in de grafiek aangegeven voor Fs = 44100 Hz.


attachment.php


Je kunt deze grafiek maken door een sinustoon geleidelijk in frequentie te verhogen, te bewerken met 'Schuif-Mix-10' en dan de amplitude van het resultaat op te meten en weer te geven als een punt van de grafiek. Het kan ook razendsnel met de FFT, daarover later meer.
 

Attachments

  • Grafiek Amplitude Respons_0.jpg
    Grafiek Amplitude Respons_0.jpg
    25,2 KB · Bekeken: 103
spreken met twee tongen

spreken met twee tongen

In de (audio-)signaalverwerking spreek je altijd twee talen tegelijk: tijd en frequentie. Die geven dezelfde trillingsinformatie weer, maar op verschillende manieren. Als je een tijdsignaal hebt, kun je met de FFT het corresponderende spectrum vinden. Als je een spectrum het, kun je met de inverse van de FFT, de IFFT, het corresponderende tijdsignaal vinden.

Het spectrum is belangijk omdat ons oor een soortgelijke spectrumanalyse uitvoert als de FFT: regelmatige (periodieke) trillingen horen we als tonen, soms zelfs ook met goed te onderscheiden boventonen. Dat heeft in de 18de eeuw geleid tot de wiskundige notie van wat we nu de Fouriertransformatie noemen. Een ander zeer belangrijk punt is dat het spectrum veel simpeler laat zien wat een filter nou eigenlijk gehoormatig doet. In het plaatje hieronder is dat te zien.

attachment.php



In termen van tijdsignalen moeten we filterwerking omschrijven als een zeer ingewikkelde Schaal-Schuif-Mixbewerking. In termen van spectra is filteren niks anders dan een simpele vermenigvuldiging: als je het lijnenspectrum van de gaten-sinus (boven) vermenigvuldigt met dat van de Kopieer-Schuif-Mix bewerking (rood, midden), dan krijg je het lijnenspectrum van de kanteel-sinus (onder). In de laatste zijn de boventonen duidelijk veel zachter, dus de kanteel-sinus klinkt doffer dan de gaten-sinus.

.
 

Attachments

  • Grafiek tijd en spectrum sinustoon en kanteelinterpolatie.jpg
    Grafiek tijd en spectrum sinustoon en kanteelinterpolatie.jpg
    51,9 KB · Bekeken: 110
Oeps... :o:
Door een foutje in de grafische instelling is het spectrum van de Gatensinus hierboven fout afgebeeld. Hieronder het werkelijke spectrum....
 

Attachments

  • Grafiek spectrum Gatensinus.jpg
    Grafiek spectrum Gatensinus.jpg
    21 KB · Bekeken: 102
...en alweer moet ik mezelf terugfluiten....
Het spectrum hierboven is evenmin correct...
Sorry voor dit gehannes....:o::o::o:

Ik kreeg argwaan omdat niet alle spectraallijnen van de gatensinus exact even lang zijn, want dat is wat je hier moet verwachten (waarom???)

Maar nu heb ik het strak! *D
Reden van de fout: ik had de FFT routineus ingesteld op een window van 4096 samples; dat zijn 2048 frequenties tot aan de samplingfrequentie. Dat geeft heel kleine afwijkingen in de lengte van de spectraallijnen (minder dan 1 dB). Meestal is dat goed genoeg, maar voor een precieze afleiding onvoldoende. Daarom heb ik het nog eens nagerekend, niet met de FFT, maar met de DFT (Discrete Fourier Transform) met precies Fs/10 = 4410 samples in het tijdvenster (wat met de FFT niet kan) en dus 2205 frequenties in het spectrum tot aan de halve samplingfrequentie. Alleen zo is het resultaat exact. Uitkomst: alle spectraallijnen exact even lang!
Code met uitleg en in de WaveWizard-draad. https://www.synthforum.nl/forums/showpost.php?p=1789906&postcount=631

Hiermee hebben we die kanteelsinus wel zo ongeveer rond.

We kunnen het einddoel nu ook in termen van het spectrum formuleren: de gatensinus moet zodanig worden gefilterd dat ALLE spectraallijnen op de eerste na (dus die van 1000 Hz) volledig verdwijnen. Dat betekent dat we een laagdoorlaatfilter moeten bouwen (m.b.v. (Schaal-Schuif-Mix) met een een kaarsrechte afsnij-flank! Dat is dan een perfect interpolatiefilter, waarmee we een pure sinus van 1000 Hz overhouden .
De vraag is: hoe?
Volgende week een interessante en nuttige tussenstap: lineaire interpolatie.
 
Laatst gewijzigd:
...Ook als je een mix maakt van vijf sinussen met frequenties uit dit rijtje, welke amplitude en fase je ze ook geeft, altijd zullen tien achtereenvolgende samples de som nul opleveren. Maar een zaagtand of een blokgolf van 4410 Hz dan? Die zijn volgens Fourier ook mixen van sinussen uit dat frequentierijtje!

Daarmee hebben het meest exacte antwoord op vraag (3) van #120: geluid + geluid + geluid + geluid + geluid + .... = stilte ???
...
:?
Hoe moet je deze stilte-theorie nu bezien t.a.v. je genoemde zaagtand of een blokgolf van 4410 Hz ?
 
:?
Hoe moet je deze stilte-theorie nu bezien t.a.v. je genoemde zaagtand of een blokgolf van 4410 Hz ?

Het antwoord is op twee manieren te geven (zie #168: spreken met twee tongen): in termen van tijddomein (golfvorm) en in termen van frequentiedomein (spectrum, boventonen, amplitudekarakteristiek). Beiden leiden altijd tot dezelfde conclusie.

(1) antwoord in termen van frequentiedomein:
Als je een bewerking Kopieer-Schuif-Mix10 uitvoert (dus een mix met 10 componenten) dan voer je een filterbewerking uit. Want Kopieer-Schuif-Mix10 is een filter.
De amplitudekarakteristiek van Kopieer-Schuif-Mix10 vind je in #167 en is hieronder nog eens te zien (rood). Bij de frequenties 4410, 8820, 13230, 17640 en 22050 Hz raakt de grafiek de nullijn; dat betekent dat die frequenties geheel worden tegengehouden. Die frequenties zijn allemaal veelvouden van 4410 Hz.

Als je nu een (periodieke) toon maakt met een frequentie van 4410 Hz, met een willekeurige golfvorm (dus ook bijv. een zaagtand of blokgolf), dan zijn de boventonen altijd veelvouden van 4410 Hz. En dat is dus precies die frequentiereeks die Kopieer-Schuif-Mix10 tegenhoudt! Dus zowel de grondtoon als alle boventonen worden voleedig gestopt. Resultaat: stilte.
attachment.php


(2) antwoord in termen van tijddomein:
Hieronder de Kopieer-Schuif-Mix10-bewerking toegepast op resp. een blokgolf- en een zaagtandgolftoon van 4410 Hz. Elke outputsample is een optelling van 10 achtereenvolgende inputsamples (rood omlijnde vak). Wanneer is de output nul? Als de som van de inputsamples nul is. Dit is het geval bij elk periodiek signaal waarvan de periode tien samples lang is (en dat geen DC-component bevat), dus ook deze zaagtand.

attachment.php
 

Attachments

  • Grafiek tijd en spectrum zaagtand en kanteelinterpolatie_0.jpg
    Grafiek tijd en spectrum zaagtand en kanteelinterpolatie_0.jpg
    28,2 KB · Bekeken: 113
  • Zaagtoon Schuif-Mix10.jpg
    Zaagtoon Schuif-Mix10.jpg
    56,2 KB · Bekeken: 103
... en hier de blokgolf, die was ik vergeten...

attachment.php
 

Attachments

  • Bloktoon.jpg
    Bloktoon.jpg
    64,8 KB · Bekeken: 99
Kopieer-Schuif-Mix en twee dobbelstenen

Kopieer-Schuif-Mix en twee dobbelstenen

Nog even een raadseltje met Kopieer-Schuif-Mix.
Een dobbelsteen heeft zes vlakken. Elk vlak heeft dezelfde kans om boven te komen.

Je maakt een signaal dat bestaat uit zes samples met gelijke amplitudewaarde 1. Vijf kopieën daarvan verschuif je steeds één sample, (zoals we al vaak hebben gedaan) en mixt die met het origineel.

Hoe kun je het outputsignaal interpreteren in termen van het werpen met twee dobbelstenen?

't Is maar om nog eens te laten zien dat Kopieer-Schuif-Mix echt een heel universele bewerking is. Ook buiten audio en signaalverwerking.
 
Het antwoord is op twee manieren te geven (zie #168: spreken met twee tongen): in termen van tijddomein (golfvorm) en in termen van frequentiedomein (spectrum, boventonen, amplitudekarakteristiek). Beiden leiden altijd tot dezelfde conclusie.
Ik begrijp er geen bal meer van, niet dat al dat theoretisch gedoe me zo erg interesseert hoor, maar je taalgebruik is echt verwarrend. De ene keer is een sample een getal, dan weer een sinus, dan weer een geluid, dan weer een spectraallijn (volume-weergave van een sinus dus).
Een sample is een niet gedefiniëerd voorbeeld, als je dat woord gaat gebruiken moet je het dus eerst duidelijk definieren en nadien eenduidig aanhouden. Temeer als je graag zelf woorden of termen gaat uitvinden.
Wat is nu eigenlijk dat Kopieer-Schuif-Mix, een 'imaginair mengpaneel' waarin je een oneindig aantal sinussen, met elks een eigen frequentie, gaat mixen (volume 0 tot 1) ???
Of zijn het gewoon wiskudige bewerkingen die jij graag allen onder één noemer brengt : Kopieer-Schuif-Mix ???
 
Ik begrijp er geen bal meer van
(...)

Een sample is een niet gedefiniëerd voorbeeld, als je dat woord gaat gebruiken moet je het dus eerst duidelijk definieren en nadien eenduidig aanhouden. Temeer als je graag zelf woorden of termen gaat uitvinden.

Ik doe mijn best om het goed uit te leggen, maar ik maak natuurlijk fouten. Voor mij is deze draad ook een leerschool; soms kom ik inderdaad met nieuwe, zelfbedachte termen, waar ik later dan weer wat aan moet bijschaven. Dat gezegd hebbende, een definitie van "sample" heb ik wel degelijk gegeven in #55: https://www.synthforum.nl/forums/showpost.php?p=1775775&postcount=55.
Ik hoor graag in welke posts ik daarvan heb afgeweken.
Wat is nu eigenlijk dat Kopieer-Schuif-Mix, een 'imaginair mengpaneel' waarin je een oneindig aantal sinussen, met elks een eigen frequentie, gaat mixen (volume 0 tot 1) ???
Of zijn het gewoon wiskundige bewerkingen die jij graag allen onder één noemer brengt : Kopieer-Schuif-Mix ???

Wat je noemt een "'imaginair mengpaneel' waarin je een oneindig aantal sinussen, met elks een eigen frequentie, gaat mixen (volume 0 tot 1)" dat is inderdaad één van de vele dingen die je met Kopieer-Schuif-Mix kunt doen.
Kopieer-Schuif-Mix zijn drie losse, elementaire bewerkingen die je als één bewerking moet zien: die bewerking kun je ook beschouwen als een filter (waarvan ik de karakteristiek heb gegeven in #168 en #172).

Misschien dat aan het gevoel van verwarring bijdraagt het fundamentele feit in de signaalverwerking dat er twee verschillende beschrijvingen van elke bewerking bestaan, nl. een beschrijving in termen van tijdsignalen en daarnaast een beschrijving in termen van frequenties. Tijd en frequentie: de dubbele tong waarmee we spreken in de signaalverwerking. Je hebt steeds die beide beschrijvingen nodig! Ze vullen elkaar aan of verklaren heel verschillende geluideffecten (bijv. delay als tijdeffect en timbre als frequentie-effect). Soms is de tijddomeinbewerking een kortere berekening of gemakkelijker uit te leggen, soms juist de frequentiedomeinbewerking. Bijvoorbeeld de vraag: "wat is Kopieer-Schuif-Mix?" gaat over een nogal complexe tijdbewerking. In #168 en #172 heb ik laten zien dat die tijdbewerking veel simpeler is uit te leggen als je praat in termen van frequenties: zie het rechter gedeelte van de figuren. Pratend in termen van frequenties blijkt die ingewikkelde Kopieer-Schuif-Mix-bewerking ineens slechts één enkele vermenigvuldiging. Op dat simpele feit alleen al is een groot deel van de huidige signaalverwerkingssoftware gebaseerd! Probeer altijd goed in het oog te houden of je praat in termen van tijd of in termen van frequentie.

Over de officiële wiskundige naam voor Kopieer-Schuif-Mix moeten we het nog hebben. Daarvoor is het nodig om eerst nog een element toe te voegen: Schalen. Je krijgt dan dus Kopieer-Schaal-Schuif-Mix. Daarmee is, onder vele anderen, de zeer realistische simulatie van zaal-akoestiek (stereo-galm) mogelijk.

Het mag misschien allemaal nogal theoretisch zijn, maar het heeft in alle geval heel directe, interessante audiotoepassingen die alleen digitaal realiseerbaar zijn en die niet meer uit de audiotechniek zijn weg te denken. Wil je die effecten echt goed snappen, dan is deze theorie onmisbaar.

Ik zeg niet dat het makkelijk is... ;)
 
Back
Top