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汽笛について(2)   音階と周波数

汽笛音を合成しようと思うとまずその音階を知らねば、話がはじまりません。

そこで知り合いの音楽家Tさんにご相談させていただいたところ、音楽をされている物理専門家のI先生をご紹介いただきました。
その方にスペクトラムアナライザーで汽笛音のパワースペクトルのピーク周波数をみれば、含まれてている音階がわかるということを教えていただきました。
スペクトラムアナラーザーといっても、特殊な機器をつかわなくても普通のパソコン上で動くソフトがあります。
今回はefuさんのフリーウェア WaveSpectra を使わせていただきました。
http://efu.jp.net/soft/ws/ws.html

これをつかって、youtubueの汽笛音ビデオ
SL蒸気機関車 音量注意! 圧巻の汽笛集 Steam locomotive whistle Collection
から サウンドトラックのみを dirpyというサイトで、mp3ファイルにダウンロードしました。
https://dirpy.com/
参考 https://allabout.co.jp/gm/gc/475872/
これからocenaudioというサウンドファイル編集のフリーソフトを使って最初のD51の汽笛の部分を切り出してwavファイルに変換して、
 WaveSpectraで音のパワースペクトルをみたのが下図です
51
これでみると、5つのパワースペクトルの山があるので、D51の汽笛は5音室で五和音だったというのにも一致します。
近似した音階ということになると
370Hz(F#4) 440Hz(A4) 570Hz(C5) 622Hz(D#5) 740Hz(F#5)
ということになります。 ここを参考にしました。
これをやはりefuさんのWaveGeneというテスト信号発生ソフトで合成してみました。
この5周波数の正弦波にホワイトノイズをくわえています
D51汽笛の合成音(1)
ただこれではまだ実物音っぽくありません。
周波数スペクトルをみると高周波域の音もたくさん含まれているので、もう少し高い周波数の音を足したのが次のファイルです。
D51汽笛の合成音(2)
まあ多少マシにはなったと思いますが、まだ実物の音とは違います。

実感もとめるなら、やはり実物のサンプリング音使うしかないと思いますが、自分の思うようにレバースイッチで鳴らそうとすると合成音つかわざるをえないので、その点は割り切るしかないと思います。

私も音楽や音響学の専門家ではありませんので、音に関して見識ある方のコメントお待ちしております。


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Comments

なるほど、かなり近づいてきましたね。
立ち上がりと、最後の周波数の変化があればもっと良くなるように思うんですが。
頭で考えるとおりにはならないとは思いますが。
だんだん近づいてきたようですね。

Posted by: みつる | October 07, 2018 at 08:49 PM

度々、思い付きばかりで。
アナログシンセの場合だと
エンベロープジェネレータの出力から、フィルタのレゾナンスの周波数を制御してやると、立ち上がりと最後の下がる箇所を変化出来ることは頭ではわかっているんですが・・・。
そうすると高調波成分を変化することができるはずなんです。
また、エンベロープを出力アンプ(VCA)の音量を変化させるのです・・・。
音量、周波数の時間的変化を与えると。
とまあアナログの場合なんですが。
そのような機能が必要になるわけで。

Posted by: みつる | October 07, 2018 at 09:20 PM

みつるさん コメントありがとうございます。

 最初は、汽笛音は簡単なシンセサイザーで発音して合成することを考えていたのですが、今はむしろ音を合成するにしても予め汽笛音を作って、メモリに入れておいて、それを再生して鳴らす方がよさそうだと考え方が変わってきました。
 ご存じのように、PFM/SL1では複数の発振器で作った音をミキシングして合成汽笛にして、汽笛の引棒に見立てたレバーでボリュームを調整して鳴らすというシステムでした。
 最近は正弦波などの発生ですら、CRを使って発振させるのではなく、内部のメモリに三角関数表のようなデータを持っていて、設定された周波数で順次再生して波形電圧を発生させる、ダイレクトデジタル合成(DDS)デバイスなもできているようです。
 汽笛も周波数変化させるにしても予め用意した音を音量調整して流す。鳴り終わりの減衰する部分の音量をボリュームでそのまま制御するのか、一旦マイコンでボリュームの値を読み込んで、ソフト制御でエンベロープ効果を出すという手もありそうです。また周波数の変化というのもずっと変化していくのではなく、ある程度鳴って汽笛が暖まったら変化が止まるようです。
 HOJCのIさんが、「汽笛音のアウトライン化」ということをいわれていましたが、そうういう概念に近づいてきたような気がします。

Posted by: ゆうえん・こうじ | October 08, 2018 at 08:48 AM

汽笛にも相当な倍音が含まれています。楽器から倍音を取り除くとつまらない音になります。

Posted by: FUNAKOSHI | October 08, 2018 at 01:58 PM

FUNAKOSHI さま

コメントありがとうございます。
実はD51汽笛の合成音(2)には、上記の5つの周波数の正弦波に880Hzと1140Hzの矩形波の音をくわえてあります。矩形波には奇数時倍音がふくまれるようなので、少し音がよくなったかなと自己満足しております。
音楽用のシンセサイザーならもっと凝った音作りができると思いますが、どのあたりで手を打つか考えているところです。

音の波形と周波数の関係 さっきググったら次のようなサイトがみつかりました。
https://gigazine.net/news/20180215-learn-about-waveforms/
音の世界は深いと思います。

余談になりますが、矩形波も正弦波の和になるという フーリエの理論は頭では理解できますが、感覚的にはいまいちピンときません。

Posted by: ゆうえん・こうじ | October 08, 2018 at 04:53 PM

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