Pitch - Pitch shifting - Transporto

Pitch

Τι σημαίνει Pitch (Τονικό ύψος) στη μουσική και στα audio συστήματα;
Το Pitch στη μουσική αναπαριστάνει τη θεμελιώδη συχνότητα ενός ήχου που ακούμε και αναφέρεται στο υψηλό ή χαμηλό τονικό ύψος που έχουν οι νότες στο πεντάγραμμο. Δείτε ΕΔΩ ένα διαδραστικό site με πίνακα με τα μουσικά  pitches

Όμως το Pitch ορίζεται και σαν ένα από τα 3 χαρακτηριστικά του ήχου:

·         Τη συχνότητα (frequency),

·         την ένταση (loudness ή volume) και

·         την χροιά (timbre ή sound color).

Ένα μουσικό κομμάτι όμως σχεδόν πάντα περιέχει συνδυασμούς των:

pitch,timbre, rhythm, loudness, tempo, μελωδίας και αρμονίας (συγχορδίες).

Αυτά τα χαρακτηριστικά συνδυάζονται και δημιουργούν μια τεράστια διαφορετικότητα στη μουσική (από πχ μουσική με απλά αφρικανικά τύμπανα έως μουσική πχ Bach).

Αν το παραγόμενο pitch από κάποιο όργανο είναι απλή θεμελιώδης συχνότητα χωρίς αρμονικές (πχ το παλιό διαπασών κουρντιστήρι tuning fork , η ‘σφυρίχτρα’ τόνου Α , το ξυλόφωνο , κάποια είδη τυμπάνων, τα vibraphone και orchestra bells )τότε οι έννοιες pitch και συχνότητα συμπίπτουν.

Όμως τα περισσότερα όργανα καθώς και οι ανθρώπινες φωνές εμπεριέχουν εκτός από τη θεμελιώδη και αρκετές αρμονικές συχνότητες. (Harmonics - πολλαπλάσια της θεμελιώδους).

Μάλιστα δε η θεμελιώδης μπορεί να αφαιρεθεί και οι ακροατές να συνεχίζουν να ακούν την ίδια νότα (το λεγόμενο φαινόμενο ‘’missing fundamental’’. Γι αυτό και θεωρείται ψυχοακουστικό χαρακτηριστικό του ήχου.

Όταν λοιπόν τροποποιήσουμε το pitch (Μέθοδος Pitch Shifting-βλέπε παρακάτω), η ακουστική υφή αλλάζει ουσιωδώς. Έτσι έχουμε εφαρμογές όπου γίνεται Pitch Shifting για να:

·         καμουφλάρουμε τη φωνή ενός ανδρικού ή γυναικείου φύλου,

·         να διορθώσουμε τις συχνότητες μουσικών οργάνων ή

·         να κάνουμε ανεπαίσθητους ήχους ακουστούς.

 

Ταχύτητα συσκευών audio

Τα παλιά πικάπς είχαν 3 ταχύτητες: 

·         78.26 rpm για τους παλιούς shellac records,

·         45 rpm για τους μικρούς δίσκους και

·         33 1/3 rpm για τους μεγάλης διάρκειας.

Η ταχύτητα τους έπρεπε να είναι ακριβής αλλιώς :

·         αν ήταν αργή το pitch ανέβαινε

·         αν γρήγορη το pitch έπεφτε.

Τα σημερινά USB πικάπς και ειδικά τα φτηνά καθώς και τα παλιά φτηνά κασετόφωνα δεν είναι και τα καλύτερα (προβλήματα στις κεφαλές αλλά και προβλήματα ταχύτητας) για την ακριβή ψηφιοποίηση του ήχου.

Αναφέρομαι σε χρήστες που ανεβάζουν (έτσι κάνει μεγάλος αριθμός χρηστών ) στο Youtube ελληνικά τραγούδια με τέτοια USB πικάπς προβληματικά ή ψηφιοποίηση τραγουδιών μέσω τέτοιων φτηνών κασετοφώνων (που η ταχύτητα τους μπορεί να είναι  υψηλότερη ή χαμηλότερη από την κανονική όμως συνήθως διατηρείται ‘’σταθερή’’).

Μπορώ να πω ότι είμαι αρκετά σίγουρος  ότι με τέτοια audio συσκευή έγινε uploading στο Youtube ‘’Το βάλς της μοναξιάς’’ με τον Φ. Πολυμέρη https://www.youtube.com/watch?v=dRoAMGh5M_I

Βέβαια δεν αποκλείω το παίξιμο στη δύσκολη τονικότητα C#m στο βαλσάκι αυτό να οφείλεται σε δεξιοτεχνία του κιθαρίστα. Όσο για περίπτωση χρήσης καποτάστο στο 4^ο τάστο και παίξιμο σε Am (C#m) ή κούρδισμα της κιθάρας κατά 1 ημιτόνιο κάτω και παίξιμο του σε Dm δεν το θεωρώ εγώ ότι συμβαίνει στο συγκεκριμένο τραγούδι γιατί ακούω τον ήχο πολύ ‘’λαμπερό’’ (ήχο που δίνουν τα open chords) ή πιθανόν ο χρήστης που το ανέβασε , για δικούς του λόγους, το έκανε pitch shifting...

Έχω επίσης την εντύπωση ότι αν οι δίσκοι είναι της δεκαετίας του 40 ή του 50 {Primitive phonographs which used idler wheels sometimes had very high wow and flutter....}τότε υπάρχει περίπτωση να επιτείνεται το πρόβλημα και έχουμε φαινόμενα ‘’τρανσπορτο’’ μέχρι και αρκετά cents - λίγα cents λόγω κατασκευής δίσκου και τα υπόλοιπα λόγω προβληματικής ταχύτητος πικάπ .

Παραδείγματα τέτοιου ‘’τρανσπορταρίσματος’’

Βρήκα στο αρχείο μου μια κασέτα (περίπου από το 1980) όπου τότε σχεδιάζαμε με φίλο ακορντεονίστα να παίξουμε κάπου (σε Φιλανθρωπικό Ίδρυμα – όπως πάντα) και  του ζήτησα να μαγνητοφωνήσει το ρεπερτόριο ώστε να κάνω πρόβα με την κιθάρα μου.

Διαπίστωσα τότε ότι όλες οι μελωδίες που ηχογράφησε παίζοντας το ακορντεόν, μαγνητοφωνήθηκαν περίπου κατά 1 ημιτόνιο πάνω.

Πιο απλά μπορούμε να πούμε ότι το μοτέρ του  κασετόφωνου του ακορντεονίστα είχε μεγαλύτερη ταχύτητα απ’ ότι το δικό μου.

Αυτό μοιάζει με το effect Pitch/time shifting που υλοποιείται με αντικατάσταση της ηχητικής κυματομορφής  από μια άλλη διαφορετικής όμως ταχύτητος απ’ ότι καταγράφτηκε.

Ακούστε εδώ 2 τέτοια αποσπάσματα :

·         το ‘’Χρυσοπράσινο Φύλλο’’ που ενώ παίχτηκε με το ακορντεόν του φίλου μου σε D ‘’τρανσπορταρίστηκε’’ κοντά στο Eb λόγω ‘’φτηνιάρικου’’ κασετοφώνου και

·         το ‘’Τα Κύθηρα’’ που ενώ παίχτηκε σε Am ‘’τρανσπορταρίστηκε’’ κοντά στο Bbm:

https://app.box.com/s/afd0xerc8ms16lfxjzbg

https://app.box.com/s/fvzvg10uqa8fa5g88q9q

 ή δείτε τα ανωτέρω αποσπάσματα που τα ανέβασα στο Youtube και έχουν αυτό το ''τρανσπορτάρισμα'':

https://www.youtube.com/watch?v=UDfpZ9J3GQI

Υπάρχουν όμως και hardware όπως τα Electronic speed control s όπου πχ ένας τόνος των 1000Hz χωρίς αυτά μπορεί να ακούγεται ,αν το πικάπ είναι καλό, πχ σαν 993 Hz - να δίνει Speed Stability:  +/- 0.1% ή αν δεν είναι καλό , με το Electronic speed control  να δίνει Speed Stability: +/- 0.001%.

Παραπάνω έγραψα τη λέξη ‘’τρανσπορταρισμένες’’ θέτοντας την μέσα σε εισαγωγικά γιατί το Pitch shifting υλοποιεί αντικαταστάσεις κυματομορφής  από λίγα cents (1 ημιτόνιο = 100 cents) μέχρι όσα ημιτόνια θέλουμε αλλά λαμβάνοντας υπ’ όψη και τα χαρακτηριστικά του ήχου που ανέφερα στην αρχή του άρθρου (τις αρμονικές των νοτών).

Εγώ πχ κάνω συχνά Pitch shifting με το software CyberLink Wave Editor  για instrumental –  ειδικά για τις φυσαρμόνικες μου αλλά και για σόλο με την κιθάρα μου.
Δείτε και μια τέτοια αλλαγή τόνου :

Όταν πχ θέλω να μάθω ένα ταξίμ ή μια εισαγωγή σε μια συγκεκριμένη τονικότητα διαφορετική όμως απ’ αυτή που κυκλοφορεί στα CDs στο εμπόριο ή σε τονικότητα φυσαρμόνικας που δεν κατέχω (κυκλοφορούν 36 τονικότητες -από 12 ματζόρε, μινόρε φυσικό , μινόρε αρμονικό -φυσαρμόνικων  στο εμπόριο και δεν έχω δυνατότητα να τις αγοράσω όλες). 

Πχ ακούστε ΕΔΩ ένα μικρό ηχητικό απόσπασμα από το ‘’Μινόρε της Αυγής’’ όπου από Am που ξεκινά το μετατρέπω με Pitch shifting σε Bbm – Bm – Cm . Ομοίως θα μπορούσα το ίδιο ηχητικό απόσπασμα να το κατεβάσω σε Abm –Gm –F#m – Fm - Em . 

ή δείτε το video μου , στο οποίο δείχνω , εκτός από το παράδειγμα με το βαλσάκι και Pitch Shifting σε απόσπασμα του ‘’Μινόρε της Αυγής’’ από Am : 

• σε χαμηλότερους τόνους Abm και Gm
• αλλά και σε υψηλότερους τόνους Bbm, Bm και Cm.

http://youtu.be/3Ffqe-ZMKVY

Αλλαγή ταχύτητας σ’ ένα audio clip

Πολλά software , όπως το CyberLink Wave Editor  , έχουν τη δυνατότητα αλλαγής της ταχύτητας (διάρκειας) σ’ ένα audio σήμα χωρίς να επηρεάζεται το pitch. Έτσι πχ έχετε τη δυνατότητα να μάθετε πχ ένα ταξίμ ή μια εισαγωγή με πολύ μικρή ταχύτητα.
Εδώ φαίνεται αλλαγή της ταχύτητας ένός audio clip κατά 2 φορές και κατά 0,5 φορές με το software: CyberLink Wave Editor .
Δείτε πως αλλάζει το φωτισμένο μέρος στο οποίο έχω αλλάξει την ταχύτητα.
Όταν είναι 2χ τότε μικραίνει ο χρόνος , όταν είναι 0,5x μεγαλώνει ο χρόνος στην κυματομορφή.

Το pitch shifting είναι ακριβώς το αντίθετο .Δηλαδή αλλαγή του pitch (High Pitch πχ φωνή παιδιού - low Pitch πχ βαθιά φωνή ανδρός - Να μη συγχέονται με το loud /soft) χωρίς να επηρεάζεται η ταχύτητα. Βέβαια με το ίδιο software μπορούμε να αλλάξουμε ταυτόχρονα και την ταχύτητα και το pitch, όπως δείχνω στο παρακάτω video μου:

Αλλαγή Pitch Shifting και ταυτόχρονα Speed Changing

http://www.youtube.com/watch?v=t7PVoIaoLmU

Χρήση όταν πχ θέλω να μάθω ένα ταξίμ ή μια εισαγωγή σε μια συγκεκριμένη τονικότητα διαφορετική όμως απ' αυτή που κυκλοφορεί το τραγούδι στα CDs στο εμπόριο ή με χαμηλότερη ταχύτητα ώστε να εκπαιδευτώ ταχύτερα.

 Δείτε στο Youtube επεξήγηση για Pitch Shifter ΕΔΩ :

Υλοποίηση του Pitching

Το Pitch-shifting, ή και το  ‘transporto’ είναι κάτι που γίνεται πανεύκολα σε όποια τονικότητα επιθυμείς αν το κομμάτι είναι σε midi file (εγώ χρησιμοποιώ καθημερινά το πρόγραμμα Midi Notate Composer). Όμως για Audio file είναι εντελώς διαφορετικό θέμα.

Το Pitch είναι άμεσα σχετιζόμενο με τη συχνότητα έτσι αν αλλάξει το pitch σ’ ένα audio clip θα αλλάξει και το μήκος του (αφού η συχνότητα σχετίζεται με το χρόνο). Έτσι  το αποτέλεσμα θα ήταν ένα τρανσπορταρισμένο audio clip με μεγαλύτερη ή με μικρότερη ταχύτητα από το αρχικό – ότι δηλαδή συμβαίνει όταν αλλάξουμε την ταχύτητα (πχ από 33 στις 45 στροφές) στα παλιά πικάπς.

Το πώς διορθώνεται είναι θέμα πολύπλοκο και πέραν του συγκεκριμένου άρθρου και ας αφήσουμε τους ειδικούς να σχεδιάζουν τους ειδικούς αλγόριθμους.

Πχ το Ableton Live πρόγραμμα διαθέτει 6 διαφορετικούς pitch shifting αλγορίθμους (beats, complex, κλπ.). Παρακάτω δίνω μερικές βασικές γνώσεις:

Αν θέλουμε να κάνουμε ένα απλό demo ενός τραγουδιού μας τότε  ανάλογα με την ποιότητα του ηχοχρώματος που θέλουμε τα μεταφέρουμε(shift pitching) μέχρι 1,5 τόνο. 

Pitch shifting VS Τονικής Μεταφοράς (transporto)

Το Pitch shifting είναι μια τεχνική ηχογράφησης ήχου κατά την οποία οι νότες του αρχικού pitch (μαζί με τις αρμονικές τους) ενός μουσικού κομματιού ανυψώνονται ή χαμηλώνονται (σε τονικό ύψος) .

Στη μουσική η τονική μεταφορά αναφέρεται στη μετακίνηση των νοτών (καθαρών νοτών χωρίς να λαμβάνονται υπ’ όψη οι αρμονικές τους) άνω ή κάτω κατά σταθερό διάστημα.

Computer Software vs. Manual Calculation

Διαθέτοντας ένα από τα software  Finale, Sibelius, το τρανσπόρτο γίνεται  παιχνιδάκι

Real-time pitch shifter

Με την κιθάρα για να κάνουμε pitch shifting προς τα πάνω συνήθως χρησιμοποιούμε καποτάστο (capo) για να λοκάρουμε τις χορδές σ’ ένα συγκεκριμένο τάστο στο μπράτσο της κιθάρας. Αυτή η ενέργεια έχει σαν αποτέλεσμα να μειώνεται το μήκος κάθε χορδής και άρα να αλλάζει η θεμελιώδης συχνότητα της και άρα να έχουμε κούρδισμα σε υψηλότερο pitch.

Η μέθοδος είναι καλή , μέχρι κάποιο τάστο - φαινόμενο ‘’μαντολίνο’’, όμως μειώνονται τα διαθέσιμα τάστα.
Φαινόμενο μαντολίνου
  

Τώρα για να κάνουμε pitch shifting προς τα κάτω χαλαρώνουμε τις χορδές γεγονός που μας παίρνει χρόνο. Να γιατί στα live γεγονότα πολλοί κιθαρίστες (που έχουν και τη χρηματική άνεση) έχουν πολλές κιθάρες με διαφορετικά κουρδίσματα (καλύτερα έτοιμη κουρδισμένη παρά κούρδισμα της στιγμής).

Πολλοί όμως αντ’ αυτού προτιμούν την Pitch shifting  digital μέθοδο που αναφέραμε παραπάνω που λειτουργεί σωστά εφ’ όσον υπάρχει ο κατάλληλος αλγόριθμος ώστε να διατηρείται η ηχητική ποιότητα της κιθάρας.

Εξ’ ορισμού είναι μαθηματικά αδύνατον να απομονώσουμε τέλεια τις συχνότητες σ’ ένα Real-time σήμα. Όλοι οι αλγόριθμοι των διαφόρων εταιρειών προσπαθούν να προσεγγίσουν το τέλειο αποτέλεσμα.

Το pitch-shifting είναι ένα plug in για να αλλάξουμε ένα audio pitch ώστε να γίνει τονική μεταφορά.

Θα μπορούσαμε να ονομάσουμε την Τονική Μεταφορά "just pitching" . Όμως αν πεις ένα μουσικό να τρανσπορτάρει κάτι,  θα κάνει αλλαγή στην τονικότητα . Έτσι λοιπόν κι εγώ πιστεύω ότι , το ‘’Τρανσπόρτο’’ είναι συνώνυμο του pitch-shifting , δηλαδή αλλαγή στην τονικότητα αλλά χωρίς να ενδιαφερόμαστε για τις αρμονικές των νοτών.

Για καθαρά πρακτικούς λόγους, κάνοντας Pitch shifting  σ’ ένα μουσικό κομμάτι, είναι ένας πρακτικός τρόπος για να εξασκηθούμε στο ίδιο τραγούδι σε διαφορετικές τονικότητες και είναι ακόμα πρακτικότερο όταν δουλεύουμε με τραγουδιστές που έχουν περιορισμένη φωνητική περιοχή.
   

Pitch Shifting vs Frequency Shifting

Στο pitch shifting είπαμε ότι οι συχνότητες διατηρούν τις αρμονικές τους σχέσεις. Πχ σ’ ένα σήμα με θεμελιώδη συχνότητα 1KHz και με 2 αρμονικές στους 2KHz και στους 5KHz θα μπορούσε να γίνει  pitch shift προς τα άνω μ’ έναν συντελεστή 2,5 και τότε οι τρασπονταρισμένες συχνότητες θα ήταν: 2,5KHz, 5KHz και 12,5KHz. Όμως οι αναλογίες των συχνοτήτων παραμένουν οι ίδιες όπως οι αρχικές.

Στο Frequency Shifting, αντιθέτως, οι αρμονικες σχέσεις δεν διατηρούνται. Εδώ μετακινούνται όλες οι συχνότητες κατά μια  δοθείσα ποσότητα αντί για μουσικό διάστημα. Πχ αν στο προηγούμενο παράδειγμα ολισθήσουμε το σήμα κατά 1,5KHz η τιμή αυτή θα προστίθεται και το προκύπτον σήμα θα έχει συχνότητες που θα είναι: 1+1,5 =2.5KHz, 2+1,5 =3.5KHz και 5+1,5=6.5KHz. Οι αναλογίες αυτών των συχνοτήτων δεν είναι οι ίδιες όπως ήταν πριν εφαρμοστεί Frequency Shifting.

Ό ήχος των 2 αυτών ,κατά Pitch Shifting και Frequency Shifting σημάτων είναι εντελώς διαφορετικός. Όμως και οι 2 τεχνικές δίνουν ευχάριστα αλλά και χρήσιμα μουσικά συμπεράσματα.