การวิเคราะห์หาความถี่ของเสียงโดยใช้ Fourier transform เพื่อการประยุกต์ใช้ในบาง Applications

Journal club ในสัปดาห์นี้นำเสนอการใช้ Fourier transform ผ่านโปรแกรม MATLAB® เพื่อการประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์เสียงในทางดนตรี และการประยุกต์ใช้เพื่อการหาความเร็วของรถยนต์ซึ่งอาศัยหลักการของ Doppler Effect

วิเคราะห์โน้ตเสียงในทางดนตรีเพื่อการหาคอร์ดของเพลง

โดยปกติแล้วคอร์ดของเพลงในทางดนตรีจะประกอบไปด้วยโน้ตเสียงอย่างน้อย 3 ตัว ยกตัวอย่างเช่น คอร์ด C จะประกอบไปด้วย C E G [1] หากเราสามารถวิเคราะห์หาความถี่ของเสียงแล้วแปลงเป็นโน้ตเสียงในทางดนตรีได้ก็จะสามารถวิเคราะห์ คอร์ดเพลงได้ โดยปกติแล้วโน้ตเสียงในทางดนตรีจะมีความถี่เฉพาะของแต่ละโน้ต ยกตัวอย่างเช่น โน้ต C4 (Middle C) ของเปียนโนจะมีความถี่ที่ 261.6256 Hz [2-3]

ในการทดลองนี้เราได้ record C4 จาก piano ดังแสดงรูปที่ 1 และได้ใช้ Fast Fourier transform ใน MATLAB® เพื่อหาความถี่ของโน้ตดังแสดงในรูปที่ 2 ซึ่งมีความถี่ 261.6 Hz

รูปที่ 1 แสดง Time – domain ของโน้ต C4 (Middle C)

รูปที่ 2 แสดง Frequency – domain ของโน้ต C4 (Middle C)

หากเราสามารถหาโน้ตเสียง ในคอร์ดที่เราต้องวิเคราะห์ได้ก็จะสามารถบอกได้ว่าเสียงนั้นเป็นคอร์ดอะไร ดั่งรูป 3 ซึ่งเป็นเสียงของคอร์ด C จากในรูปจะมีความถี่ 261.6, 329.8 และ 392.2 ซึ่งก็คือโน้ต C E G และเราสามารถบอกได้ว่าเสียงนี้คือเสียงของคอร์ด C

รูปที่ 2 แสดง Frequency – domain ของ Unknown Chord

วิเคราะห์เสียงแตรรถเพื่อหาความเร็ว

ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ (Doppler effect) คือปรากฏการณ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงของความถี่หรือความยาวคลื่นที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดหรือผู้สังเกต กล่าวคือเมื่อแหล่งกำเนิดหรือผู้สังเกตเคลื่อนที่เข้าหากัน ผู้สังเกตจะได้ยินเสียงที่มีความถี่สูงขึ้นกว่าเดิม เมื่อแหล่งกำเนิดหรือผู้สังเกตเคลื่อนที่ออกจากกัน ผู้สังเกตจะได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่ำลงกว่าเดิม ซึ่งเรามักพบปรากฏการณ์นี้ตามท้องถนนเมื่อมีต้นกำเนิดเสียง (เสียงเป็นคลื่นอย่างหนึ่ง) อย่างเช่น เสียงหวอรถพยาบาลหรือรถกู้ภัยที่วิ่งผ่านเราไป เป็นต้น [4]

[5]

[6]

จะเห็นว่าความถี่มีการเปลี่ยนแปลงไปเราสามรถนำความรู้ทางฟิสิกส์เรื่อง Doppler effect มาคำนวณหาความเร็วของรถได้

References

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Major_chord
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Piano_key_frequencies
  3. https://mixbutton.com/mixing-articles/music-note-to-frequency-chart/
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect
  5. https://www.digikey.co.th/th/blog/the-doppler-effect-now-widely-accepted-and-easy-to-use
  6. https://www.youtube.com/watch?v=zF1g1vQvKzU
  7. https://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_sound

เรียบเรียงโดย

  • ณัฐวัฒน์ พันธุ์ชาติ