What are the timbral characteristics of musical sounds? From the second half of the nineteenth century, ideas about musical timbre were affected by contradictory and platitude statements that have lead researchers and musicians throughout history to adopt various models and perspectives. However, the influence of pitch and dynamics has largely been ignored within these models by definition. Another fact had further effects on the history of psychoacoustical research: While Hermann von Helmholtz’s Lehre von den Tonempfindungen was soon translated into English by Alexander J. Ellis, a translation of Carl Stumpf’s standard works Tonpsychologie (1883 and 1890) and Die Sprachlaute (1926) has yet to be published, as are translations of the important writings of other German-speaking successors to Helmholtz and Stumpf (such as Köhler, Schumann, Albersheim, Reinecke, Fricke etc.). Consequently, Anglo-American psychoacoustical research, which has been most influential in this field since World War II, is lacking this particular aspect of knowledge about musical timbre. The relevance of the German research tradition comes to light when we examine an instrument in its entire pitch and dynamic range (rather than only one or a few pitches as in most timbre studies): timbre perception of musical instruments is determined to a certain extent by steady pitch-independent formant areas, whose origin and characteristics at pitch and dynamic changes has generally been resolved today. These timbral effects appear to be in accordance with the principles of Auditory Scene Analysis (Albert S. Bregman) as well as with recommendations in orchestration treatises of the last centuries. Anglo-American models, such as John Grey’s Timbre Space and subsequent research, and German models of timbre perception both have advantages and short- coming. With the help of sound analysis and re-synthesis software and in combination with the concept of mel-frequency cepstral coefficients methods, it seems possible to merge these diverse approaches into a common timbre perception model.

Orientador: Furio Damiani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T03:06:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Werneck_NicolauLeal_M.pdf: 1556046 bytes, checksum: 677310006250588d7e6a0fb0eedfc170 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Existem diversos problemas ligados à análise de sinais musicais que podem se beneficiar de um conhecimento mais detalhado da estrutura dos sinais gerados pelos diferentes instrumentos. Entre eles se destaca a compressão de sinais baseada em áudio estruturado, onde o codificador determina a partir de um sinal parâmetros para reproduzí-lo com um sintetizador inspirado em modelos físicos dos instrumentos. Para realizar este tipo de análise e síntese é necessário conhecermos as características físicas dos instrumentos e dos sinais produzidos. Este conhecimento é ainda útil para auxiliar no desenvolvimento de instrumentos e outros equipamentos utilizados por músicos para obter o timbre desejado. Esta dissertação apresenta experimentos realizados com uma guitarra elétrica para revelar a dinâmica não-linear de suas cordas e seu filtro linear associado, comparação de sinais gravados com resultados esperados por modelos matemáticos da forma de onda, e ainda uma proposta de uma potencial técnica para a medição de parâmetros para um modelo matemático de um circuito de distorção musical, além de uma maneira de se mapear um par destes parâmetros para um espaço de maior significado psicoacústico / Resumo: Existem diversos problemas ligados à análise de sinais musicais que podem se beneficiar de um conhecimento mais detalhado da estrutura dos sinais gerados pelos diferentes instrumentos. Entre eles se destaca a compressão de sinais baseada em áudio estruturado, onde o codificador determina a partir de um sinal parâmetros para reproduzí-lo com um sintetizador inspirado em modelos físicos dos instrumentos. Para realizar este tipo de análise e síntese é necessário conhecermos as características físicas dos instrumentos e dos sinais produzidos. Este conhecimento é ainda útil para auxiliar no desenvolvimento de instrumentos e outros equipamentos utilizados por músicos para obter o timbre desejado. Esta dissertação apresenta experimentos realizados com uma guitarra elétrica para revelar a dinâmica não-linear de suas cordas e seu filtro linear associado, comparação de sinais gravados com resultados esperados por modelos matemáticos da forma de onda, e ainda uma proposta de uma potencial técnica para a medição de parâmetros para um modelo matemático de um circuito de distorção musical, além de uma maneira de se mapear um par destes parâmetros para um espaço de maior significado psicoacústico / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica