DD141356A1 - METHOD FOR THE ACOUSTIC GUETE ASSESSMENT OF MUSICAL INSTRUMENTS - Google Patents

METHOD FOR THE ACOUSTIC GUETE ASSESSMENT OF MUSICAL INSTRUMENTS Download PDF

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DD141356A1
DD141356A1 DD21035279A DD21035279A DD141356A1 DD 141356 A1 DD141356 A1 DD 141356A1 DD 21035279 A DD21035279 A DD 21035279A DD 21035279 A DD21035279 A DD 21035279A DD 141356 A1 DD141356 A1 DD 141356A1
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acoustic
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Friedrich Blutner
Juergen Franz
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Friedrich Blutner
Juergen Franz
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur objektiven Qualitätseinschätzung von Musikinstrumenten, welches neben Kontrolle und Sicherung der akustischen Qualität auch wichtige Schlußfolgerungen zur weiteren Verbesserung der Klangqualität zuläßt. Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein aussagekräftiges und ökonomisches Verfahren für die umfassende objektive Einschätzung der Klangqualität von Musikinstrumenten anzugeben. Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu erarbeiten, welches die wesentlichen akustischen Parameter in ihrer Gesamtheit und Wechselwirkung berücksichtigt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein fünfstufiges Evolutionssystera, wie in Fig.1 dargestellt, mit folgenden grundsätzlichen Kennzeichen konzipiert wird: -- Pypamidenstruktur mit weitgehend horizontaler und vertikaler Strukturaufschlüsselung - zentraler Zugriff zu jedem Teilsystem. - Frequenzselektion und Ableitung von Intensitüts- und Zeitkenngrößen in einer ersten Verarbeitungsstufe -Reduktion des Seitparameters in einer zweiten Verarbeitungsstufe ' - Reduktion des Frequenzparameters in einer dritten Verarbeitungsstufe - Reduktion der Spielparameter in einer vierten Verarbeitungsstufe - Reduktion der Elementarkennziffern in einer fünften Verarbeitungsstufe. —The invention relates to a method for objective quality assessment of musical instruments, which besides control and Ensuring the acoustic quality also important conclusions to further improve the sound quality permits. The goal of Invention is a meaningful and economical Procedure for comprehensive objective assessment of sound quality of musical instruments. The invention is thereby the task is to develop a method which the essential acoustic parameters in their entirety and interaction considered. According to the invention, this object is achieved solved that a five-stage Evolutionssystera, as in Fig.1 illustrated, designed with the following basic characteristics becomes: - Pypamid structure with largely horizontal and vertical breakdown structure - Central access to each subsystem. - Frequency selection and derivation of intensity and time characteristics in a first processing stage -Reduction of the side parameter in a second processing stage - Reduction of the frequency parameter in a third processing stage - Reduction of the game parameters in a fourth processing stage - Reduction of elementary codes in a fifth processing stage. -

Description

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a) Titel der Erfindung , .*a) Title of the invention,.

Verfahren zur akustischen Gütebewertung von MusikinstrumentenMethod for acoustic quality assessment of musical instruments

b) Anwendungsgebiet der Erfindungb) Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur akustischen Gütebev/ertung von Musikinstrumenten,!.welches die Ableitung aussagekräftiger Maßzahleη zur Beschreibung der Klangqualität von Musikinstrumenten gestattet« Das Verfahren bildet somit die Grundlage für eine objektive Qualitätseinschätzung von Musikinstrumenten (moderne Güteprüfung und Gütesicherung) und erlangt aufgrund der sich stürmisch entwickelnden Mikroprozessor technology θ mit dem Trend zum komplexen hierarchisch strukturierten Informationssystem (Mikroprozessorhierarchie) eine besondere Aktualität«The invention relates to a method for the acoustic quality assessment of musical instruments, which allows the derivation of meaningful Maßzahleη for describing the sound quality of musical instruments The method thus forms the basis for an objective quality assessment of musical instruments (modern GQA and quality assurance) and obtained due to the stormy development of microprocessor technology θ with the trend towards a complex, hierarchically structured information system (microprocessor hierarchy) is particularly topical «

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Hier ergeben sich nach Bewältigung eines komplexen Programms der Grundlagenforschung und angewandten Forschung ganz neue technische Perspektiven für eine laufende Quali- tätskontrolle in der Produktion bis hin zur automatisierten Produktions- und Fertigungssteueriang.After mastering a complex program of basic and applied research, this opens up completely new technical perspectives for ongoing quality control in production right through to automated production and manufacturing control.

Heben Kontrolle und Sicherung der akustischen Qualität ergeben sich auch wichtige Schlußfolgerungen zur weiteren Verbesserung der Klangqualitat. Die akustischen Untersuchungen ermöglichen es, die Zielrichtung der Physik, Konstruktion und Technologie selektiv auf die akustisch noch unbefriedigenden Engstellen zu richten. Solche Forschungen erhalten insbesondere aus ökonomischen Gesichtspunkten (Materialeinsparung, Materialsubstitution) eine besondere Bedeutung, Bei'. Anwendung· des Verfahrens im Rahmen eines effektiven Analyse-Synthese-Forschungskonzepts ergeben sich schließlich wesentliche Impulse für die elektronische Klangerzeugung (elektronische Tasteninstrumente, Synthesizer, Computermusik)· Als Teilresultat eröffnet sich weiterhin hier die Möglichkeit der automatischen Musiktranskription (Erstellen der Partitur ausgehend vom Musiksignal).Lifting control and assurance of the acoustic quality also result in important conclusions for the further improvement of the sound quality. The acoustic examinations make it possible to selectively focus the target direction of physics, construction and technology on the acoustically unsatisfactory bottlenecks. Such research is particularly important from an economic point of view (material saving, material substitution). Application · of the method in the context of an effective analysis-synthesis research concept finally results in essential impulses for electronic sound generation (electronic keyboard instruments, synthesizers, computer music) · As a partial result, the possibility of automatic music transcription opens up here (creation of the score based on the music signal) ,

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungenc) Characteristic of the known technical solutions

Die bisher bekannten Verfahren und Methoden zur akustischen Gütebewertung von Musikinstrumenten betreffen stets nur isolierte Teilaspekte auf dem Gebiet der akustischen Gütebewertung. Entsprechend einem streng analytischen Herangehen werden die einzelnen akustischen Phänomene getrennt voneinander untersucht. Dabei wird in der Regel rein empirisch vorgegangen, wobei Zusatzkenntnisse aus der Physik, der objektiven Signalanalyse sowie der Psychophysik zu einer gewissen Einengung des Suchraums möglicher effektiver Lösungen geführt haben«The previously known methods and methods for acoustic quality assessment of musical instruments always relate only isolated aspects in the field of acoustic quality assessment. According to a strictly analytical approach, the individual acoustic phenomena are examined separately. As a rule, this is purely empirical, with additional knowledge from physics, objective signal analysis and psychophysics leading to a certain narrowing of the search space for possible effective solutions. "

Allen bekanntgewordenen Verfahren und Methoden haftet insbesondere der Mangel an,, daß ihnen kein klares ZielkriteriumAll known methods and methods are particularly liable to the lack of ,, that they have no clear target criterion

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zugrundeliegt, so daß nicht einmal im Ansatz eine effektive Lösung des Grundproblems der akustischen Gütebewertung von Musikinstrumenten existiert. Insbesondere seien folgende Mangel herausgestellt:so that there is not even an effective solution to the basic problem of acoustic quality assessment of musical instruments. In particular, the following deficiencies are highlighted:

1· Die im wesentlichen durch intuitive Auswahl gefundenen Merkmalselektionsyerfahren führen zu einer "objektiven" Signalbeschreibung, die nui? einen gewissen Teil der für die akustische Gütebewertung relevanten Information beinhaltet, wobei darüber hinaus eine Informationsdarstellung resultiert, die wenig direkten Bezug zu den subjektiven Güteparametern hat. Diese entstandene Kluft zwischen den Resultaten der empirisch intuitiven Merkmalsuche auf der einen Seite und den Resultaten von subjektiven Bewertungstests (auditiven Begutachtung) auf der anderen Seite versucht man mit statischen Methoden (Korrelationsanalyse usw.) zu überbrücken. Dieser Weg der Suche nach Korrelationen zwischen objektiver Signalheschreibung und subjektiver Klangwahrnehmung hat jedoch zu noch keinen befriedigenden Resultaten geführt.1 · The feature selection methods found essentially by intuitive selection lead to an "objective" signal description, the nui? includes a certain part of the information relevant for the acoustic quality assessment, wherein moreover an information representation results, which has little direct relation to the subjective quality parameters. The resulting gap between the results of the empirically intuitive feature search on the one hand and the results of subjective evaluation tests (auditive assessment) on the other hand is attempted to be bridged with static methods (correlation analysis, etc.). However, this way of finding correlations between objective signal description and subjective sound perception has not yet led to satisfactory results.

2. Durch die losgelöste analytische Betrachtungsweise werden Teilverfahren oftmals überbewertet. Nicht die Optimierung und Bffektivierung des Gesamtsystems unter Beachtung der bestehenden komplexen V/echselbeZiehungen steht im Vordergrund, sondern allein die Erhöhung der Aussagekraft des Teilsystems, oftmals unter allen verfügbaren Mitteln. Dieses einseitige Herangehen führt JS*B* dazu, daß zur Messung bestimmter physikalisch relevanter Parameter ein unvertretbar hoher Aufwand betrieben wird; im Rahmen eines optimal abgestimmten komplexen Systems wäre dies wesentlich effektiver möglich. Die isolierte analytische Betrachtungsweise hat insgesamt zu einer weitreichenden Verzettelung bei der Suche nach einer zweckmäßigen Informationsreduktion geführt*2. Due to the detached analytical approach, partial procedures are often overrated. The focus is not on the optimization and re-activation of the overall system, taking into account the existing complex exchange relationships, but only on increasing the informative value of the subsystem, often under all available means. This one-sided approach leads JS * B * to an unreasonably high effort to measure certain physically relevant parameters; this would be much more effectively possible within the framework of an optimally coordinated complex system. The isolated analytical approach has led to a widespread dispersion in the search for an appropriate information reduction *

3· Das wird insbesondere durch eine oftmals instrumentenspezifisch orientierte Sichtweise des Binze!wissen-3 · This is in particular due to an often instrument-specific oriented view of the Binze!

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schaftiers verschärft. Damit: wird jedoch der Blick auf die einheitlichen und durchgängigen funktionellen Gesichtspunkte eines komplexenMeßsystems verbaut. Kybernetische Methoden und Strategien kommen dabei nicht wesentlich zum '!ragen. Die vielen Einzelmethoden und Einzelverfahren sind daher auch aus dieser Sicht als wenig effektiv einzuschätzen.aggravated. With that, however, the focus is on the uniform and consistent functional aspects of a complex measuring system. Cybernetic methods and strategies are not essential here. The many individual methods and individual methods are therefore also from this point of view as less effective.

4. Die bekannten Verfahren und Methoden beziehen sich in der Mehrzahl auf die Ableitung der quasistationären Signalkenngrößen (Stimmung, Pegel, Klangdauer, Spektrum). Die dynamischen Signalkenngrößen (Einschwingvorgänge, Frequenztransienten, Amplituden-, Frequenz- und Phasenmodulationen, Geräuschimpulse usw.) werden kaum berücksichtigt. Aus;umfangreichen Untersuchungen der Physiologie und Psychophysik, der Musiksynthese, der automatischen Spracherkennung usw. ist aber bekannt, daß gerade die dynamischen Signalkenngrößen eine gravierende Rolle spielen* Es muß daher festgestellt werden, daß wichtige Merkmale für die akustische Gütebewertung nicht herangezogen werden. Damit kann auf eine insgesamt nur geringe Aussagekraft der bekannten Systeme und Verfahren geschlossen werden.4. The known methods and methods relate in the majority to the derivation of the quasi-stationary signal characteristics (tuning, level, duration of sound, spectrum). The dynamic signal characteristics (transients, frequency transients, amplitude, frequency and phase modulations, noise pulses, etc.) are hardly considered. Extensive studies of physiology and psychophysics, music synthesis, automatic speech recognition, etc., but it is known that just play the dynamic signal characteristics a serious role * It must therefore be noted that important features for the acoustic quality assessment is not used. This can be concluded on a total of only low significance of the known systems and methods.

5· Es sind zwar bereits Versuche bekannt geworden, die SDV zur Rationalisierung von Teilaufgaben der akustischen Qualitätsbewertung einzusetzen, jedoch sind aufgrund des Fehlens geeigneter Verfahren zur Lösung des Problems der akustischen Gütebewertung die eigentlichen Möglichkeiten der EDV auf diesem Gebiet noch nicht erschlossen. Dies wird noch weiter verstärkt, wenn man bedenkt, daß in naher Zukunft der Einsatz von Mikroprozessoren für die laufende Produktionskontrolle bis hin zur automatisierten Produktions- und Fertigungssteuerung von ausschlaggebender Bedeutung sein wird« Das Fehlen geeigneter Algorithmen zur objektiven und komplexen Qualitätsbewertung stellt einen wesentlichen Engpaß für die Einführung moderner Rationalisierungsmethoden in der Musikinstrumentenindustrie dar.Although there are already known attempts to use SDVs for the rationalization of acoustic quality assessment sub-tasks, due to the lack of suitable methods for solving the problem of acoustic quality assessment, the actual possibilities of EDP in this field have not yet been developed. This is further reinforced when one considers that in the near future, the use of microprocessors for day-to-day production control through to automated production and manufacturing control will be crucial. "The absence of suitable algorithms for objective and complex quality assessment is a significant bottleneck for the introduction of modern rationalization methods in the musical instrument industry.

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Bs ist somit noch kein Verfahren bekannt geworden, welches die Lösung des Problems der objektiven akustischen Gütebewertung von Musikinstrumenten in seiner Gesamtheit betrifft. Das stellt einen wesentlichen Hemmschuh für die durchgängige Rationalisierung der Musikinstrumentenindustrie dar und berührt die entscheidende Frage der Qualitätsverbesserung sowie eine Beine von damit in Zusammenhang stehenden anderen Problemen.Thus, no method has yet become known concerning the solution of the problem of objective acoustic quality assessment of musical instruments in its entirety. This represents a major obstacle to the end-to-end rationalization of the musical instrument industry and touches on the crucial issue of quality improvement as well as a leg of related problems.

d) Ziel der Erfindungd) Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein aussagekräftiges und ökonomisches Verfahren für die umfassende objektive Einschätzung der Klangqualität von Musikinstrumenten anzugeben. ..The object of the invention is to provide a meaningful and economical method for the comprehensive objective assessment of the sound quality of musical instruments. ..

e) Darlegung des Wesens der Erfindung 'e) Presentation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur-,,akustischen Gütebewertung von Musikinstrumenten zu erarbeiten, 'welches die wesentlichen akustischen Parameter in ihrer Gesamtheit und Wechselwirkung berücksichtigt. Das Verfahren zeichnet sich insgesamt durch eine hohe Aussagekraft und Leistungsfähigkeit aus, ist durch eine hohe ,Verarbeitungsökonomie und Rechnerfreundlichkeit gekennzeichnet und ist somit rationell und von verhältnismäßig geringen Kosten.The invention has for its object to provide a method for - "acoustic quality assessment of musical instruments, which takes into account the essential acoustic parameters in their entirety and interaction. Overall, the process is characterized by high informative value and performance, is characterized by a high, processing economy and ease of computing and is therefore efficient and of relatively low cost.

Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein fünfstufiges Evolutionssystem mit folgenden grundsätzlichen Kennzeichen konzipiert wird;According to the invention, this object is achieved in that a five-stage evolution system is designed with the following basic characteristics;

I. Pyramidenstruktur mit weitgehend horizontaler und vertikaler Strukturaufschlüsselung.I. Pyramidal structure with largely horizontal and vertical structure breakdown.

II. Zentraler Zugriff zu jedem Teilsystem (Aktives Element).II. Central access to each subsystem (Active element).

III. Frequenzselektion und Ableitung von Intensitäts- und Zeitkenngrößen in einer ersten Verarbeitungsstufe.III. Frequency selection and derivation of intensity and time parameters in a first processing stage.

IV. Reduktion des Zeitparameters in einer zweiten Verarbeitungsstufe.IV. Reduction of the time parameter in a second processing stage.

V. Reduktion des Frequenzparameters in einer dritten Verarbeitungsstufe.V. Reduction of the frequency parameter in a third processing stage.

VI. Reduktion der Spielparameter in einer vierten Verarbeitungsstufe .VI. Reduction of the game parameters in a fourth processing stage.

VII. Reduktion der Elementarkennziffern in einer fünften Verarbeitungsstufe.VII. Reduction of elementary numbers in a fifth stage of processing.

zu I, Pyramidenstrukturto I, pyramidal structure

Die Pyramidenstruktur ist erstens dadurch gekennzeichnet, daß eine -weitgehende Aufschlüsselung der Struktur in horizontaler Ebene liegende Teilsysteme vorhanden ist. Dies ist identisch mit der Annahme eines hierarchisch organisierten Informationsverarbeiturigssy stems:The pyramidal structure is characterized firstly by the fact that there is an extensive breakdown of the structure into subsystems lying in a horizontal plane. This is identical to the assumption of a hierarchically organized Informationsverarbeiturigssy stems:

1. Aufgliederung des Gesamtsystems in insgesamt η Teilsysteme bzw. Verarbeitungsstufen1. Breakdown of the overall system into a total of η subsystems or processing stages

2. Steuerung der Funktion eines Teilsystems V„ von dem jeweils vorgeschalteten Teilsystem V, (absolute Hierarchie)2. Control of the function of a subsystem V "of the respectively upstream subsystem V, (absolute hierarchy)

3· Realisierung komplexer Interaktionen (Hierarchie im verallgemeinerten Sinne),3 · realization of complex interactions (hierarchy in the generalized sense),

Die Pyramidenstruktur ist zweitens durch eine differenzierte Strukturaufschlüsselung der einzelnen Teilsysteme gekennzeichnet* Dies ist identisch mit der Annahme einer Parallelverarbeitung:Secondly, the pyramid structure is characterized by a differentiated structure breakdown of the individual subsystems. * This is identical to the assumption of parallel processing:

1. Aufgliederung jeder Verarbeitungsstufe V im nr relativ autonome Eleinentarsysteme1. Breakdown of each processing stage V in the relatively autonomous parent system

2. Realisierung komplexer Interaktionen zwischen den EIementarsystemen 2. Realization of complex interactions between the elementary systems

Drittens schließlich ist die Pyrainidenstruktur durch eine zielgerichtete Komprimierung der Informationen von unten nach oben gekennzeichnet* Dies drückt sich auch darin aus, daß zu höheren Verarbeitungsstufen hin die Zahl derThird, finally, the pyrainoid structure is characterized by a targeted compression of the information from the bottom to the top *. This is also expressed by the fact that the number of processing steps is higher

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Elementarsysteme in der Regel abnimmt (Konvergenz-Prinzip überwiegt). Das Zeitfenster der Verarbeitung nimmt nach oben hin zu.Elementary systems usually decreases (convergence principle predominates). The time window of the processing increases towards the top.

Der Konzipierung einer durchgängigen Pyramidenstruktur liegt die Einsicht zugrunde, daß die biologische Evolution auf eben diese Weise zu äußerst leistungsfähigen und störslcheren Meßsystemen gelangt ist. Die technische Verwirklichung dieses Generalprinzips scheiterte bislang an den noch.zu unscharfen theoretischen Vorstellungen über Funktion und Struktur solcher Systeme sowie den noch weitgehend fehlenden technischen Realisierungsmöglichkeiten. Mit den in letzter Zeit erhaltenen grundsätzlichen theoretischen Informationsverarbeitung sowie mit der sich stürmisch entwickelnden Mikroprozessortechnologie mit Trend zum komplexen hierarchischen Informationssystem ist jedoch heute ein bedeutender Schritt in Richtung der Fusion zwischen theoretischem Lösungskonzept und den technischen Realisierungsmöglichkeiten getan.The conception of a continuous pyramidal structure is based on the insight that biological evolution has arrived at extremely powerful and problematic measuring systems in just this way. So far, the technical realization of this general principle has failed because of blurred theoretical ideas about the function and structure of such systems as well as the still largely lacking technical possibilities of realization. However, with the recent theoretical information processing and the rapidly developing microprocessor technology with a trend towards a complex hierarchical information system, today a significant step has been taken towards the fusion between the theoretical solution concept and the technical realization possibilities.

zu II. Das aktive Elementto II. The active element

Das aktive Element verfügt über folgende Grundbausteine:The active element has the following basic components:

1. Zentrale Informationsverarbeitungseinheit zur Realisierung spezifischer Informationsverarbeitungsprozesse1. Central information processing unit for the realization of specific information processing processes

2. Festwertspeicher zur Fixierung der spezifischen Verarbeitungsprozeduren des Elements2. Read-only memory for fixing the specific processing procedures of the element

3. Zwischenspeicher bzw. Operativspeicher für anfallende Zwischendaten3. temporary storage or operative storage for accumulating intermediate data

4· Ein- und Ausgabesysteme .4 · Input and output systems.

5. Steuerwerk zur Koordinierung der Teilfunktionen5. Control unit for coordinating the subfunctions

Der Formulierung des aktiven Elements liegt die Einsicht zugrunde, daß in biologischen Systemen entsprechende Elementarstrukturen auf neuronaler Ebene realisiert sind. Das technische Analogon zum aktiven Element ist die Rechenmaschine. Die Gesamtheit der aktiven Elemente bildetThe formulation of the active element is based on the insight that corresponding elementary structures are realized on the neuronal level in biological systems. The technical analogue to the active element is the calculating machine. The totality of active elements forms

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die hochkomplexe Pyramidenstruktur. Das technische Konzept, welches diesen Vorstellungen gegenwärtig am weitesten entgegenkommt, ist die Mikroprozessorhierarchie.the highly complex pyramidal structure. The technical concept that most accommodates these ideas at present is the microprocessor hierarchy.

Mit der Konzipierung des aktiven Elernts als Elementarbaustein des hochkomplexen Verarbeitungssystems sind zunächst folgende Vorteile verknüpft;With the conception of the active element as the elemental component of the highly complex processing system, the following advantages are initially linked;

1· Speicherung von Zwischenwerten möglich1 · Storage of intermediate values possible

2. Die Daten sind jederzeit wieder abruf bar für Vergleiche', Sekundärauswertungen, Datenfernübertragung usw·2. The data can be recalled at any time for comparisons, secondary evaluations, remote data transmission, etc.

3· Ausgabe dokumentierfähiger Zwischenergebnisse· möglich3 · Output of documentable intermediate results · possible

4. Damit ist als entscheidende Konsequenz die schrittweise Optimierung des Gesamtsystems im Sinne einer spezifisch adaptiven Evolutionsstrategie möglich·4. The decisive consequence is the step-by-step optimization of the overall system in the sense of a specifically adaptive evolutionary strategy.

zu-III. Die erste Verarbeitungsstufe:to III. The first processing stage:

Der Konzipierung dieser ersten Verarbeitungsstufe liegen folgende Erkenntnisse über Grundprinzipien des peripheren Hörsystems zugrunde:The conception of this first processing stage is based on the following findings on basic principles of the peripheral hearing system:

1. Erequenzselektion (Ortsprinzip)1st sequence selection (local principle)

2. Auswertung von Intensitäts- und Zeitgrößen im Hörnerv2. Evaluation of intensity and time variables in the auditory nerve

3. Zeitliche Integrationen und zeitliche Differentiationen.3. Temporal integrations and temporal differentiations.

Erfindungsgemäß wird das folgende Meßsystem vorgeschlagen:According to the invention, the following measuring system is proposed:

1. Filterbank mit .-zweckmäßiger Wahl der Eckfrequenzen Cz.B· Frequenzgruppenbreite, Filter überlappend; Oktavbreite)1. filter bank with.-Suitable choice of corner frequencies Cz.B · frequency group width, filter overlapping; octave wide)

2. Nachgeschaltet ein Verfahren 1 zur Bildung von Amplitudenmeßwerten der Filterkanal-Zeitfunktion (F-Funktion), mit dem zeitlich begrenzte Intervalle in der Größenordnung von 30 ms bewertet werden.2. Downstream a method 1 for the formation of amplitude measurements of the filter channel time function (F-function), with the time-limited intervals in the order of 30 ms are evaluated.

3. Nachgeschaltet weiterhin ein Verfahren 2 zur Bildung von Envelopenmeßwerten der F-Funktion (Pegelgradient) mit hoher Zeitauflösung (&1 ms).3. Furthermore, a method 2 for forming envelope measurements of the F-function (level gradient) with high time resolution ( & 1 ms) continues.

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4· Nachgeschaltet weiterhin ein Verfahren 3 zur trägheitsarmen Bildung von Zeitkennwerten der F-Funktion.4 · Also followed by a method 3 for the low-inertia formation of time characteristics of the F-function.

Die Konzipierung dieser Teilsysteme ist an sich nicht neu:The conception of these subsystems is not new in itself:

1—* allgemein bekannt1- * generally known

2 —»z.B. Einrichtung von Kupfmüller 1964 (Patent2 - »z. Establishment of Kupfmüller 1964 (patent

schrift DB-PS.1 163 567;Scripture DB-PS.1 163 567;

Verfahren und Vorrichtung von Fuchs 1971Method and apparatus of Fuchs 1971

(Patentschrift DD-PS 84 747)(Patent DD-PS 84 747)

3 -> Verfahren von Blutner 19783 -> Procedure of Blutner 1978

(Patentschrift in Vorbereitung) 4-τ1 Verfahren und Anordnung von Steinbuch 1962 (DE-PS 1 122 274)(Patent in preparation) 4-τ 1 method and arrangement of Steinbuch 1962 (DE-PS 1 122 274)

Heu ist jedoch dis spezifische Kombination dieser Verfahren mit der Zielstellung einer ökonomischen und umfassenden Erfassung aller für die akustische Gütebewertung wesentlichen Signalparameter, Es handelt sich dabei um ein optimal aufeinander abgestimmtes Meßsystem, dessen Teilsysteme ganz spezifische Funktionen im Rahmen des Gesamtsystems erfüllen:However, hay is the specific combination of these methods with the aim of economically and comprehensively recording all the signal parameters that are essential for acoustic quality assessment. It is an optimally coordinated measuring system whose subsystems fulfill very specific functions in the context of the overall system:

/!../Selektive Erfassung der quasistatischen spektralen Signaleigenschaften/ !../Selective acquisition of the quasi-static spectral signal properties

(kontinuierliche Spektral-Zeitänderungen mit einer zeitlichen Auflösung ^ 30 ms):(continuous spectral time changes with a temporal resolution ^ 30 ms):

Spektrum insbesondere im relativ stationärem Signalbereich (Kerngebiet) .Spectrum, in particular in the relatively stationary signal region (core region).

langsame Ein- und Ausschwingvorgänge langsame Ausgleichsvorgänge langsame Fluktuationen spektraler Signalparameterslow in-and-out processes slow compensation processes slow fluctuations of spectral signal parameters

/2./Selektive Erfassung der raschen Änderungen der Signalenvelope:/2./Selective detection of the rapid changes of the signal envelope:

Einschwingvorgänge unter 50 ms Amplitudenfluktuationen über 16 HzTransient responses below 50 ms Amplitude fluctuations above 16 Hz

/3·/ '&) Selektive Erfassung der quasistatischen Eigenschaften der feinen Zeitstruktur: / 3 · / '&) Selective acquisition of the quasistatic properties of the fine time structure:

Stimmung ·  Mood ·

Partialtonverschiebung langsame Tonhöhen-' und PhasenänderungenPartialton shift slow pitch and phase changes

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b) Selektive Erfassung der dynamischen Eigenschaften der feinen Zeitstruktur: Frequenztransienten (Portamento) Phasentransienten * frequenz- und Phasenfluktuationen Geräuschimpulseb) Selective detection of the dynamic properties of the fine time structure: Frequency transients (portamento) phase transients * frequency and phase fluctuations Noise pulses

Dieses Meßsystem zeigt eine weitgehende Übereinstimmung mit dem biologischen Verarbeitungssystem« Dadurch wird bereits in der ersten Verarbeitungsstufe dem grundsätzlichen Zielkriterium der akustischen Gütebewertung Rechnung getragen: Über hochspezialisierte Meßeinrichtungen wird eine erste Datenreduktion realisiert (Ausfilterung der für die akustische Gütebewertung relevanten Information). Dabei erfolgt die Datenaufbereitung in einer solchen zweckmäßigen Art, daß auf den höheren Verarbeitungsstufen die weitere Datenreduktion in Richtung weniger sehr aussagekräftiger Gütemerkmale möglich ist. Dadurch wird das Entstehen einer Kluft zwischen objektiver Signalbeschreibung und der subjektiven Klangwahrnehmung von vornherein verhindert«This measurement system shows an extensive agreement with the biological processing system. "Thus, the fundamental target criterion of the acoustic quality evaluation is already taken into account in the first processing stage: Highly specialized measuring devices realize a first data reduction (filtering out the information relevant for the acoustic quality assessment). The data processing is carried out in such a convenient way that at the higher processing levels, the further data reduction in the direction of less meaningful quality features is possible. This prevents the emergence of a gap between objective signal description and the subjective perception of sound from the outset «

Das Meßsystem wurde ausgehend von einheitlichen und durchgängigen funktioneilen Gesichtspunkten konzipiert. Die Anlehnung an die sich im Verlaufe der biologischen Evolution als tragfähig erwiesenen Verarbeitungsprinzipien sichert damit die Optimierung des Gesamtsystems entsprechend den spezifischen akustischen Signaleigenschaften. Die Ökonomie des Gesamtsystems wird hierbei ganz wesentlich durch die hohe Selektivität und Signalanpassung der Teilsysteme sowie ihre optimale Abstimmung ermöglicht« Die einheitlichen und durchgängigen funktioneilen Gesichtspunkte der erfindungsgemäßen Lösung schließen darait eine Anpassung an die konkrete Spezifik der Musikinstrumente nicht aus, sondern ermöglichen sie geradezu.The measuring system was designed on the basis of uniform and consistent functional aspects. The adaptation to the processing principles proven in the course of biological evolution thus ensures the optimization of the overall system according to the specific acoustic signal properties. The economics of the overall system is made possible in this case essentially by the high selectivity and signal matching of the subsystems and their optimal tuning. "The uniform and consistent functional aspects of the solution according to the invention therefore do not exclude an adaptation to the concrete specifics of the musical instruments, but make them virtually possible.

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Die erfindungsgemäße Lösung berücksichtigt neben den quasistatischen Signalkenngrößen ( /l/ , /3a/ ) umfassend auch die dynamischen Signaleigenschaften ( /2/ , /3b/ ). Damit wird einer Vielzahl von Untersuchungen Rechnung getragen, die die gravierende Holle dieser Eigenschaften signalisieren. Es muß somit festgestellt werden, daß die erfindungsgemäße Konzeption die wesentlichen Merkmale für die akustische Gütebewertung umfassend berücksichtigt. Damit ist dieIn addition to the quasi-static signal characteristics (/ 1 /, / 3α /), the solution according to the invention also includes the dynamic signal properties (/ 2 /, / 3 b /). This takes account of a large number of investigations which signal the seriousness of these properties. It must therefore be stated that the concept according to the invention comprehensively takes into account the essential characteristics for acoustic quality assessment. This is the

hohe Aussagekraft des Gesamtsystems von der Konzipierung der ersten Verarbeitungsstufe her gesichert.high significance of the overall system from the conception of the first stage of processing secured.

zu IV. Die zweite Verarbeitungsstufe:to IV. The second stage of processing:

Als Ausgangsgrößen der selektiven Teilsysteme der 1· Verarbeitungsstufe liegen für jeden Frequenzkanal bestimmte Funktionen vor, die Α-Funktionen genannt seien. Erfindungsgemäß erfolgt nun auf der zweiten Verarbeitungsstufe die Reduktion des Zeitparameters derart, daß innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls (Zeitfenster) charakteristische Kennwerte extrahiert werden. Dabei existieren zwei prinzipielle Möglichkeiten:As output variables of the selective subsystems of the 1 × processing stage, there are certain functions for each frequency channel which are called Α functions. According to the invention, the reduction of the time parameter takes place at the second processing stage in such a way that characteristic characteristic values are extracted within a specific time interval (time window). There are two principal possibilities:

1. Bildung von Amplitudenmeßwerten 2« Bildung von Zeitmeßwerten1. Formation of Amplitude Measurements 2 "Formation of Timing Measurements

Hierzu bieten sich die aus der Meßtechnik bereits bekannten Verfahren an:For this purpose, the already known from the measurement technique methods offer:

1.1 Maximalwertbildung1.1 maximum value formation

1„2 Arithmetischer Mittelwert 1.3 Effektivwert1 "2 Arithmetic mean 1.3 RMS value

1.4- Sonst. Verfahren1.4- Otherwise method

2*1 t-Werfc zu vorgegebener Α-Schwelle (Quantile)2 * 1 t-Werfc to specified Α-threshold (quantile)

2.2 t-Wert zu charakteristischen Punkten des Signalverlaufs (Maximum, Wendepunkt usw.)2.2 t value to characteristic points of the waveform (maximum, inflection point, etc.)

2.3 Sonst. Verfahren2.3 Otherwise. method

-Ia Abhängigkeit von der Wahl des Zeitfensters (Breite und Form des Zeitfensters) ergeben sich weiterhin eine ganze Reihe von Modifikationen« Prinzipiell j seien hier zwei Fälle unterschieden:-Ia dependence on the choice of the time window (width and shape of the time window) will continue to result in a whole series of modifications. "In principle, here are two cases:

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1. Das Zeitfenster wird derart gewählt, daß die gesamte Dauer eines Einzelklanges hinreichend erfaßt wird.1. The time window is chosen so that the entire duration of a single sound is detected sufficiently.

2, Starres Zeitfenster mit definierter Meßintervallänge (etwa 30 ms). Der Beginn des Zeitfensters, also der Anfangszeitpunkt des Meßintervalls wird dabei entsprechend den Sp^zifika des Signals optimal festgelegt (Taktsynchronisation mit den Signaldiskontinuitäten),2, fixed time window with defined measuring interval length (about 30 ms). The beginning of the time window, that is to say the starting time of the measuring interval, is thereby optimally determined in accordance with the signal amplitude (clock synchronization with the signal discontinuities),

%r Fall 1 ist dabei als einfachster Elementarfall für die Verarbeitung von Binze!klängeη durchaus praktikabel. Der Fall 2 berücksichtigt die auf höherer Stufe der biologischen Evolution in enger Anpassung.an die akustische Signalstruktur von der Natur genutzten Prinzipien der Taktung und Taktsynchronisation.Case 1 is the simplest elementary case for the processing of Binze! klängeη. Case 2 takes into account the principles of timing and clock synchronization used at the higher level of biological evolution in close adaptation to nature's acoustic signal structure.

Im Fall 1 resultieren über die genannten Meßverfahren 1.1 2.3 unmittelbar die sogenannten Frequenzbereichs-Kennwert-Diagramme (F-K-Diagramme), im Fall 2 F-K-Diagramme für die aufeinanderfolgenden Zeitsegmente t · Es entsteht also ein F-K-Gebirge, welches den diskreten Zeitparameter t enthält. Zur Reduktion dieses Parameters wird das aus der Statistik bekannte Verfahren der Klassierung (Histogrammbildung) vorgeschlagen. Insbesondere sind hierzu, bereits relativ aufwendige hardware-Sealisierungen zur Datenaufbereitung im Rahmen der musikakustischen Klangforschung bekanntgeworden. Im Rahmen des hier konzipierten Gesamtsystems wird mit der Anwendung der Klassierung erfindungsgemäß das Ziel verfolgt, die wesentlichen Parameter des gesamten F-K-Gebirges auf einfache und rationelle Weise zu ermitteln. Somit resultieren ausgehend von den F-K-Gebirge'n auch im Falle 2 F-K-Diagramme« Diese Diagramme unterscheiden sich von den Darstellungen gemäß Fall 1 im wesentlichen dadurch, daß die Parameter der gesamten Zeitgestalt umfassend berücksichtigt wurden.In case 1, the so-called frequency domain characteristic diagrams (FK diagrams) result directly from the mentioned measuring methods 1.1. 2.3, in the case 2 FK diagrams for the successive time segments t. This results in an FK-mountain containing the discrete time parameter t , To reduce this parameter, the method of classification (histogram formation) known from statistics is proposed. In particular, this has already become known relatively complex hardware sealings for data preparation in the context of music-acoustic sound research. In the context of the overall system designed here, the use of classification according to the invention pursues the goal of determining the essential parameters of the entire F-K mountains in a simple and rational manner. Thus, on the basis of the F-K mountains, even in the case of 2 F-K diagrams, these diagrams differ essentially from the representations according to case 1 in that the parameters of the entire time shape were taken into account comprehensively.

Die Teilalgorithmen der beschriebenen 2, Verarbeitungsstufe sind im einzelnen bereits bekannt· Neu ist die spezifische Kombination dieser Elemente im Rahmen eines aufeinander abgestimmten Gesamtsystems zur akustischen Gütebewertung von Musikinstrumenten.The partial algorithms of the described 2 processing stage are already known in detail. What is new is the specific combination of these elements in the context of a coordinated overall system for the acoustic quality evaluation of musical instruments.

2fO3S22fO3S2

Analog zur ersten Verarbeitungsstufe wird damit auch in der zweiten Verarbeitungsstufe dem grundsätzlichen Zielkriterium der akustischen Gütebewertung Rechnung getragen. Die frequenzmäßig unterschiedlich strukturierten F-K-Diagramme (wenige breite Filterbereiche: Grobstrukturmerkmale, mehrere relativ schmale Filterbereiche: Feinstrukturmerkmale) stellen die unmittelbare Vorstufe für die Ableitung aussagekräftiger Qualität smerkmale dar (vergl. zu V.), die sich unmittelbar auf die subjektiven "elementaren Klangattribute", beziehen. Somit wird auch auf der 2. Verarbeitungsstufe dem Entstehen einer Kluft zwischen objektiven Meßergebnissen und subjektiven Klangmerkmalen jeder Boden entzogen.Analogous to the first processing stage, the basic target criterion of the acoustic quality evaluation is therefore also taken into account in the second processing stage. The frequency-differently structured FK diagrams (a few broad filter areas: coarse-structure features, several relatively narrow filter areas: fine-structure features) represent the immediate precursor for the derivation of meaningful quality features (see V.), which directly affect the subjective "elementary sound attributes". , Respectively. Thus, even at the 2nd processing stage, every ground is removed from the emergence of a gap between objective measuring results and subjective sound characteristics.

Die mittels der auf einheitlichen und durchgängigen funktionell en Gesichtspunkten orientierte Betrachtungsweise widerspiegelt die weitgehende Strukturierung des biologischen Perzeptionssystems (Ortsprinzip) in der spezifischen Anordnung der anfallenden Frequenzbereichskennwerte im F-K-Diagramm. Damit ist erstmals eine sehr einfache und anschauliche Form : der Informationsdarstellung in durchgängiger V/eise gefunden. Die F-K-Diagramme erfassen entsprechend den jeweils vorgeschalteten Meßsystemen sowohl die quasistationären Signalkenngrößen als auch die dynamischen Signalkenngrößen. Unterschiede in den für die akustische Gütebewertung relevanten Signaleigenschaften drücken sich somit in einer unterschiedlichen Gestaltkonfiguration der F-K-Diagramme aus. So widerspiegeln sich auch die speziellen Eigenheiten eines bestimmten Instruments in einer bestimmten typischen Gestaltkonfiguration.The approach, which is based on uniform and consistent functional points of view, reflects the extensive structuring of the biological perception system (local principle) in the specific arrangement of the resulting frequency domain characteristics in the LC diagram. This is the first time that a very simple and clear form has been found: finding information in a consistent way . The FK diagrams capture both the quasi-stationary signal characteristics and the dynamic signal characteristics in accordance with the upstream measurement systems. Differences in the signal properties relevant to the acoustic quality evaluation are thus expressed in a different configuration of the FK diagrams. This also reflects the peculiarities of a particular instrument in a given typical configuration.

Die weitgehende Formalisierung gestattet desweiteren eine für die EDV sehr rationelle Ausgabe der angefallenen Zwischenwerte mittels graphischer Darstellungen in Form von x/y-Diagrammen über Paralleldrucker, Plotter, Display. Diese Darstellung ist weitgehend an die Möglichkeiten der visuellen Invariantenbildung angepaßt und damit sehr nutzer- . freundlich. Hier liegen entscheidende Möglichkeiten einer schrittweisen Systemoptimierung, insbesondere was die nachgeschalteten Verarbeitungsstufen betrifft. Das weitgehendThe extensive formalization also allows a very efficient output for EDP of incurred intermediate values by means of graphical representations in the form of x / y diagrams on parallel printer, plotter, display. This presentation is largely adapted to the possibilities of visual invariant formation and thus very user-friendly. friendly. Here are crucial possibilities for a gradual system optimization, especially with regard to the downstream processing stages. That largely

2 1 ü 3522 1 ü 352

empirische Vorgehen wird dabei im Prozeß der Anpassung des Bvolutionssy stems an die Instrumentenspezifika über die bereits optimierten Teils7s^eme ganz entscheidend vereinfacht und effektiviert.The empirical procedure is thereby decisively simplified and made more effective in the process of adaptation of the Bvolution system to the instrument specifics via the already optimized T s il s 7 s ^ eme .

zu V. Die dritte Verarbeitungsstufe:to V. The third stage of processing:

Die Aufgabe der dritten Verarbeitungsstufe besteht erfindungsgemäß darin, charakteristische Merkmale für die elementaren Klangattribute abzuleiten. Dabei wird die gesamte Konfiguration des jeweiligen F-K-Diagramms berücksichtigt. DiesThe task of the third processing stage according to the invention is to derive characteristic features for the elementary sound attributes. The entire configuration of the respective F-K diagram is taken into account. This

zielt daraufhin, die für die akustische Gütefeewertung wesent lichen Gestaltmerkmale der F-K-Diagramme zu extrahieren.The aim is to extract the structural characteristics of the F-K diagrams that are essential for the acoustic quality evaluation.

Die erfindiingsgemäße Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausfilterung der relevanten Merkmale ein lernendes System eingesetzt wird, welches während der Lernphase die charakteristischen Gestaltkonfigurationen aufbaut und speichert und somit in der Kannphase über einen Mustervergleich die irrelevanten Eigenschaften weitgehend unterdrückt.The erfindiINGSgemäße solution of the problem is characterized in that for filtering the relevant features a learning system is used, which builds and stores the characteristic shape configurations during the learning phase and thus largely suppressed in the Kannphase a pattern comparison, the irrelevant properties.

Die relevanten Merkmale für die Gütebewertung können entsprechend der allgemeinen Theorie der Objekterkennung ausgehend von einem bestimmten F-K-Diagramm Nr. t folgendermaßen berechnet werden:The relevant characteristics for the quality evaluation can be calculated according to the general theory of object recognition on the basis of a specific F-K diagram no. T as follows:

U CU C

= Wi. fc. "« Xi. + . . . + Wi1JJ K- « Xj^r. + * · · + W. -p , c = Wi. fc. "" Xi. +. ... + Wi 1 JJ K- "Xj ^ r. + * · · + W. -p, c

XU L GC U TJI/XU L GC U TJI /

Dabei bedeuten:Where:

t = 1 ... T: Nummer des F-K-Diagramms ki. = 1 ... K. : Nummer des Merkmals für dast = 1 ... T: number of the F-K diagram ki. = 1 ... K.: Number of the feature for the

UUUU

F-K-Diagramm Nr "t"F-K diagram no "t"

ffc = 1 ... Ffc: Nummer des Filterkanals entsprechend demf fc = 1 ... F fc : Number of the filter channel corresponding to the

F-K-Diagramm Nr. "t"F-K diagram no. "T"

210 352210 352

: k-tes Merkmal für die Klangqualität entsprechu end dem durch das F-K-Diagramm ITr. "tlf erfaß: K-th feature for the sound quality entsprech u end by the FK-diagram ITr. "t lf sensing

ten elementaren Klangattributen. Die Gesamtheit dieser Merkmale bilde£ den M-Satz. th elementary sound attributes. The totality of these features forms the M-phrase.

xt : ΐ\ - dimensionaler Merkmalvektor desxt: ΐ \ - dimensional feature vector of the

c υc υ

F-K-Diagramins Nr. "t" (Spaltensr-ektor) wf. : Referenzkoeffizientenvektor (Zeilenvektor)F-K Diagramins No. "t" (Column Rector) wf. : Reference coefficient vector (row vector)

iTfür alle t: Referenzwissen der dritten Verarbeitungsstufe.iTfor all t: third-level reference knowledge.

Der Anwendung dieses Verfahrens in der dritten Verarbeitungsstufe liegt die Einsicht zugrunde, daß hier ein weiteres Grundprinzip der biologischen Informationsverarbeitung Berücksichtigung findet: Die Bildung bedingter Verknüpfungen und nachfolgender Summationen im Analogon zur Steinbuchschen Lernmatrix.The application of this method in the third processing stage is based on the insight that here another basic principle of biological information processing is considered: the formation of conditional links and subsequent summations in analogy to the Steinbuch learning matrix.

Ss wird hieraus der bedeutsame Schluß gezogen, daß über die Realisierung entsprechender Verfahren eine optimale Reduktion der F-K-Diagramme erzielt werden kann. Begründet ist dies letztlich dadurch, daß die gesamte Konfiguration der F-K-Kontur Berücksichtigung findet und somit prinzipiell keine Beschneidung der relevanten Information erfolgt. Die unwesentlichen Kennzeichen der F-K-Kontur, welche für die verschiedenen Realisierungen der Lernprobe stark tolerieren, werden vom Lernsystern ausgefiltert. Die wesentlichen Kennzeichen dagegen tolerieren innerhalb der entsprechenden Lernprobe nur wenig und werden demzufolge in der Kannphase vom Lernsystem voll erfaßt· Dies bedeutet, daß der resultierende M-Satz die für die akustische Gütebewertung wesentlichen statischen und dynamischen Signalkennzeichen vollständig widerspiegelt. Die für die akustische Klangqualität entscheidenden Eigenheiten eines bestimmten Instruments finden sich auch im M-Satz vollständig wieder:From this, the significant conclusion is drawn that an optimal reduction of the FK diagrams can be achieved by implementing corresponding methods. This is ultimately justified by the fact that the entire configuration of the FK contour is taken into account and thus in principle no circumcision of the relevant information takes place. The insignificant characteristics of the FK contour, which strongly tolerate the different realizations of the training sample, are filtered out by the learning system. The essential characteristics, on the other hand, only tolerate very little within the corresponding learning sample and are therefore fully captured by the learning system in the can phase. This means that the resulting M-phrase fully reflects the static and dynamic signal characteristics essential for acoustic quality assessment. The peculiarities of a particular instrument, which are decisive for the acoustic sound quality, are also completely reflected in the M-phrase:

Die einzelnen Komponenten des M~Satzes entsprechen unmittelbar den Merkmalen für die elementaren subjektiven KlangattributeThe individual components of the M ~ set correspond directly to the characteristics of the elementary subjective sound attributes

210 352210 352

(z.B. dunkel-hell, stumpf-Scharf, voll- leer, weich-rauh, breit-dünn, rund-hohl, Körperlichkeit, Dichtigkeit, Glanz, Düsterheit, Vokalähnlichkeit). Damit wird auch auf der dritten Stufe des Entstehens einer Kluft zwischen objektivem Meßresultat und subjektiver Klangwahrnehmung verhindert.(e.g., dark-light, dull-sharp, fully-empty, soft-rough, broad-thin, round-hollow, corporeal, dense, shiny, gloomy, vowelike). This also prevents the third stage of the emergence of a gap between objective measurement result and subjective sound perception.

Die resultierenden Merkmale stehen somit auch in unmittelbarer Beziehung zur subjektiven Klangqualität. Damit wird die Ökonomie des Gesamtsystems gesichert: die nachfolgenden Verarbeitungsstufen können auf der Grundlage dieses "Zusammengehörigkeits- bzw. Kompaktheitskriteriums" sehr einfach konzipiert werden, bei Gewährleistung einer hohen Leistungsfähigkeit. ,The resulting features are thus also directly related to the subjective sound quality. This ensures the economics of the overall system: the subsequent processing stages can be designed very simply based on this "compactness" criterion while ensuring high performance. .

Die durchgängige Anwendung des Prinzips der Lernmatrix in der 3· Verarbeitungsstufe gestattet eine einheitliche und somit praktikable technische Realisierung überThe consistent application of the principle of the learning matrix in the 3-stage processing allows a uniform and thus feasible technical implementation of

- EDVA bzw. Mikroprozessor (Liniarklassifikator als erprobte- EDVA or microprocessor (Liniarkifikator as proven

und rechnerfreundliche Variante).and computer-friendly variant).

- Adaptive Schwellwertelemente- Adaptive threshold elements

zu VI. Die vierte Verarbeitungsstufe Die Aufgabe der vierten Verarbeitungsstufe besteht erfindungsgemäß darin, ausgehend von den auf niederer Ebene erhaltenem M-Satz elementare Qualitätskennziffern abzuleiten (Q-Satz), welche in einer nachfolgenden fünften Verarbeitungsstufe zu globalen akustischen Gütekennziffern zusammengefaßt werden (G-Satz).to VI. The fourth processing stage According to the invention, the object of the fourth processing stage is to derive elementary quality parameters (Q-phrase) from the low-level M-set, which are combined in a subsequent fifth processing stage to form global acoustic quality indicators (G-phrase).

Bei der Lösung dieser Aufgabe wird zunächst davon ausgegangen, daß sich die akustischen Qualitätseigenschaften eines bestimmten Instrumentes in dei^Gesamtheit aller vom Instrument physikalisch zu generierenden Klangstrukturen wiederfinden, wobei sich zunächst auf die Gesamtheit aller möglichen Einzelklänge beschränkt wird. In einer zweckmäßigen Darstellung kann man dabei den M-Satz in einem M- dimensionalen parametrischen Repräsentationsraum darstellen. Die Parameter dieses Raumes entsprechen den voneinander relativ unabhängigen Merkmalen für die elementaren Klangattribute. Jedem Einzelklang kann somit ein Punkt im Repräsentationsraum zugeordnet werden.In the solution of this problem, it is first assumed that the acoustic quality characteristics of a particular instrument are found in the entirety of all the sound structures to be physically generated by the instrument, whereby the totality of all possible individual sounds is initially limited. In an expedient representation, one can represent the M-phrase in a M-dimensional parametric representation space. The parameters of this space correspond to the relatively independent characteristics for the elementary sound attributes. Each single sound can thus be assigned a point in the representation space.

-.17 --.17 -

Die Gesamtheit der Einzelklänge für ein bestimmtes Instrument bildet eine Punktwolke. Die spezifische Struktur dieser Punktwolke beinhaltet die Information über die akustische Klangqualität des Instrumentes, jedoch in einer für die Auswertung wenig zweckmäßigen Form. Aus diesem Grunde führen .wir einen zweiten Parameter sat 25 ein, den Satz der Spielparameter:The sum of the individual sounds for a particular instrument forms a point cloud. The specific structure of this point cloud contains the information about the acoustic sound quality of the instrument, but in a form that is less suitable for the evaluation. For this reason we enter a second parameter sat 25, the set of game parameters:

51 = Tonhöhe5 1 = pitch

52 = Anspielstärke So = Anregungsart S* = Register5 2 = Anspielstärke So = type of excitation S * = register

Sn . - Übergänge/Glissandi.Sn . - Transitions / Glissandi.

Wir. gelangen damit zum Mx-^-dimensionalen Parameterraum. Die Gesamtheit der Einzelklänge eines bestimmten Instrumentes stellt sich in diesem Raum als 5-dimensionale Hyperfläche dar.We. thus converts to the Mx - ^ dimensional parameter ra . The totality of the individual sounds of a particular instrument is represented in this space as a 5-dimensional hypersurface.

Die spezifische Gestalt der 5-dimensionalen Hyperfläche enthält damit die wesentlichen: Informationen über die akustischen Qualitätseigenschaften des Instruments. Der Vorteildieser Darstellung besteht global zunächst darin, daß durch Einführung der Spielparameter in den Parameterraum die physikalisch und technologisch-konstruktiven Besonderheiten der Musikinstrumente angemessen berücksichtigt werden können. In " Anpassung des Bvolutionssystems an die gegebenen Umweltverhältnisse" ist damit eine wesentliche Aufwandreduzierung gegenüber einer allgemeinen Betrachtung des Objekt- erkennungsproblems möglich·-The specific shape of the 5-dimensional hypersurface thus contains the essential information about the acoustic quality properties of the instrument. The advantage of this presentation globally lies in the fact that by introducing the game parameters into the parameter space, the physical and technological-constructional peculiarities of the musical instruments can be adequately taken into account. In "adaptation of the evolutionary system to the given environmental conditions," a substantial reduction in effort is possible compared to a general consideration of the object recognition problem.

Geht man nämlich davon aus, daß im allgemeinen parametrischen Hepräsenuatiortsraum (nach Meyer-Bppler) prinzipiell eine unendliche Vielfalt von überhaupt möglichen Klangstrukturen dargestellt werden können, so ist zu bemerken, daß aufgrund der physikalischen Gesetze und technologisch-konstruktiven sowie Mafcerialeigenheiten der klassischen Musikinstrumente eine ganz entscheidende Reduzierung der MengeIf one assumes that in the general parametric Hevorenuatiortsraum (according to Meyer -Bppler) in principle an infinite variety of possible sound structures can be represented, it should be noted that due to the physical laws and technological-constructive and Mafcerialeigenheiten the classical musical instruments a whole decisive reduction of the quantity

-18- Al P 352- 18 - Al P 352

möglicher Klangstrukturen erfolgt. Dies bedeutet aber, daß im Parameterraum nur eine begrenzte Zahl charakteristischer Hyperflachen auftreten kann, die eben diese instrumentenspezifischen Eigenheiten widerspiegeln.possible sound structures takes place. However, this means that in the parameter space only a limited number of characteristic hypersurfaces can occur, which just reflect these instrument-specific peculiarities.

Die Berücksichtigung dieser Spezifika in der vierten Verarbeitungsstufe sowie die Beachtung der spezifischen Eigenheiten des Hörsystems besonders in den vorgeschalteten Stufen stellen grundsätzliche Kennzeichen des vorgeschlagenen Systems zur akustischen Gütebewertung dar· Hierin liegt im Sinne der Svelutionsstrategie der Urgrund für ein wirklich ökonomisches und leistungsfähiges System. Bei der Lösung der Aufgabe der Gütebewertung kann insbesondere von der Tatsache ausgegangen werden, daß die d-Merkmale in unmittelbarer Beziehung zur Klangqualität des Instruments stehen· Dies ist dadurch begründet, daß die d-Lierkmale denThe consideration of these specifics in the fourth processing stage as well as the observance of the specific peculiarities of the hearing system, especially in the upstream stages, are fundamental characteristics of the proposed system for acoustic quality assessment. This is the basis for a truly economical and efficient system in the sense of the Svelution strategy. In solving the task of quality assessment can be considered in particular from the fact that the d-characteristics are directly related to the sound quality of the instrument · This is due to the fact that d-Lierkmale the

QnQn

elementaren subjektiven Klangattribut entsprechen. Bei der Qualitätsschätzung lehnt sich nun das subjektive Wahrnshmungssystern uninittbar an diese Größen an, wie umfangreiche Untersuchungen zur Methode der subjektiven Skalierung zeigen. Dies bedeutet aber, daß eine einfache monotone Beziehung zwischen Qualitätswert und d-Wert besteht.correspond to elementary subjective sound attribute. In the estimation of quality, the subjective system of perception is unimaginably based on these quantities, as extensive studies on the method of subjective scaling show. However, this means that there is a simple monotone relationship between quality value and d-value.

Anders ausgedrückt, die Abbildung der Instrumer.teneigenschäften im Parameterraum führt auf eine spezifische Struktur der Objektmenge. Diese Struktur ist dadurch gekennzeichnet, daß qualitätsmäßig eng zusammenhängende Objekte auch nur eine geringe Distanz im Parameterraum aufweisen* Sie bilden eine Ballung. Qualitätsmäßig auseinanderliegende Objekte dagegen weisen auch eine große Distanz im Parameterraum auf« Damit ist der Parameterraum entsprechend der Kompaktheitshypothese durch eine typische Zusammengehörigkeitsstruktur gekennzeichnet. Bine solche Struktur ist die Voraussetzung zur Bildung von Ihnlichkeitsmaßen zur effektiven· Lösung des Bewertungsproblems«In other words, the mapping of the instrument shafts in the parameter space leads to a specific structure of the object set. This structure is characterized by the fact that objects of close quality have only a small distance in the parameter space * They form a cluster. On the other hand, objects spaced apart in quality have a large distance in the parameter space. Thus, according to the compactness hypothesis, the parameter space is characterized by a typical identity structure. Bine such a structure is the prerequisite for the formation of measures of similarity for the effective solution of the valuation problem «

-19- 210 352-19- 210 352

Die Vorzüge: einer solchen Ähnlichkeitsbewertung, wie sie im Auführungsbeispiel spezifiziert werden, sind:The merits of such a similarity assessment, as specified in the example embodiment, are:

1. Sehr anschauliche Darstellung der für die Klangqualität entscheidenden Instrumenteneigenschaften im S-M-Diagramm. Aufgrund der gewählten spezifischen Darstellungsweise sind hieraus unmittelbare Rückschlüsse auf die Realisierung subjektiv wesentlicher Elementarqualitäten in Abhängigkeit von den durch die Konstruktion vorgegebenen SpieIparametern möglich.1. Very vivid representation of the sound quality instrument features in the S-M chart. On the basis of the specific mode of representation selected, direct conclusions can be drawn from this with regard to the realization of subjectively essential elementary qualities as a function of the reflection parameters given by the design.

Dies ist die Grundvoraussetzung einer Nutzung des Gütebewertungssystems über eine objektive Qualitätsschätzung und Qualitätskontrolle hinaus. Zur entscheidenden Verbesserung von Qualitätseigenschaften ist es nämlich nicht nur wichtig zu wissen, ob ein Instrument gut oder schlecht ist. Ausschlaggebend ist vielmehr die Aussage darüber, welche diskreten Eigenschaften gut und welche schlecht sind. Aus den S-M-Diagramni werden nun über den Vergleich des noch zu optimierenden Instruments mit den Heisterinstrumenten diese kritischen Stellen sichtbar, auf die die weiteren Bemühungen der Physik, Konstruktion und Technologie zu konzentrieren sind. Die Menge der S-M-Diagramme stellt somit erstmals in durchgängiger Weise eine Synthese zwischen subjektiven Klangmerkmalen und den konstruktiv-technisch festgelegten Möglichkeiten ihrer Beeinflussung über die Spie!parameter dar.This is the basic requirement of using the quality assessment system beyond objective quality estimation and quality control. In fact, to decisively improve quality characteristics, it is not only important to know whether an instrument is good or bad. The decisive factor is rather the statement about which discrete properties are good and which are bad. From the S-M-Diagramni, the comparison of the instrument to be optimized with the Heister instruments reveals these critical areas to which the further efforts of physics, design and technology must be focused. The set of S-M diagrams represents, for the first time in a consistent way, a synthesis between subjective sound characteristics and the structurally determined possibilities of influencing them via the motion parameters.

2. Einfache und rechnerfreundliche sowie einheitliche Algorithmen bei Gewährleistung einer hohen Aussagekraft des Gesamtsystems unter den spezifischen Sinsatzbedingungen.2. Simple and computer-friendly as well as uniform algorithms while ensuring a high informative value of the entire system under the specific usage conditions.

3· Gewährleistung einer rechnerfreundlichen schrittweisen Optimierungsprozedur entsprechend den allgemeinen Evolutionskonzept zur immer besseren Anpassung des Systems an die spezifischen Besonderheiten der zu untersuchenden Instrumentengruppen.3 · Ensuring a computer-friendly, step-by-step optimization procedure in line with the general evolutionary concept for improving the adaptation of the system to the specific characteristics of the groups of instruments to be examined.

4·. Die resultierenden analogen Größen des Q-Satzes widerspiegeln nahezu vollständig die für die Klangqualität ausschlaggebenden statischen und dynamischen Signaleigenschaften. Informationsverluste durch diskrete Klassen-4 ·. The resulting analogue quantities of the Q-set almost completely reflect the static and dynamic signal characteristics that determine sound quality. Information loss through discrete classroom

352352

bildungen entfallen. Dieser Übergang wird erst im Prozeß der Bildung von Hyperklassen auf der folgenden 5· Verarbeitungsstufe Vollzügen.education accounts. This transition will take effect only in the process of forming hyper-classes at the following stage of processing.

zu VII· Die fünfte Verarbeitungsstufe:on VII · The fifth stage of processing:

Die Aufgabe der fünften Verarbeitungsstufe besteht erfindungsgemäß darin, den eingangsseitig erhaltenen analogen Q-Satz über einen hierarchischen Prozeß der Superzeichenbildüng in die globalen Gütekennsiffern (G-Satz) ' abzubilden.According to the invention, the object of the fifth processing stage is to map the analog Q set obtained on the input side into the global quality characteristic numbers (G set) 'via a hierarchical process of the super character formation.

Die Festlegung der Struktur dieser Inforinationskaskade sowie die Einstellung der Wichtungskoeffizienten ("Punktbewertung") stellen Detailaufgäbeη bei der Optimierung im Sinne des Bvolutionskonzeptes dar. Dabei erfolgt eine Anpassung:The definition of the structure of this information cascade as well as the adjustment of the weighting coefficients ("point evaluation") represent detailed tasks in the optimization according to the concept of the transformation.

1. an musikalisch-leistungsmäßige Anforderungen einer bestimmten Stilepoche1. Musical-performance requirements of a certain style epoch

2. an das klangidelle Konzept einer Regionalzeit2. the sound concept of a regional time

3· an. technologische Spezifika und Materialforderungen (Kostenfunktion!)3 · on. technological specifications and material requirements (cost function!)

4, an weitgehend modebedingte Kundenwünsche.4, to largely fashion-conditioned customer requirements.

Entsprechende Optimierungsstrategien sind sehr rechnerfreundlich.Corresponding optimization strategies are very computer-friendly.

Das gesamte Systemkonzept findet somit seine Abrundung dadurch, daß auf der fünften Verarbeitungsstufe schwerpunktmäßig all jene zeitlich stark fluktuierenden Faktoren erfaßt werden können, die letztlich über den Absatz eines bestimmten Instrumentes entscheiden. Dns konzipierte System zur Akustischen Gütebewertung von Musikinstrumenten gestattet auch in dieser Hinsicht eine flexible und dabei einfache ökonomische Systemanpassung.The whole concept of the system is thus rounded off by the fact that at the fifth stage of processing, all those factors which fluctuate greatly over time can be considered, which ultimately determine the disposal of a particular instrument. Dn's system of Acoustic Quality Assessment of musical instruments also allows a flexible and simple economic system adaptation in this respect.

10 310 3

f) Ausfübrungsbeispielf) embodiment

Die Erfindung soll im folgenden an einem Beispiel näher erläutert werden» In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an example "in the accompanying drawings:

Pig..1: das Blockschaltbild des gesamten VerfahrensPig.1: the block diagram of the whole procedure

Fig» 2: eine Demonstration der'Selektion von Gestaltkriterien-Fig. 2: a demonstration of the selection of design criteria

Fig. 3ί eine Demonstration der Selektion von Ähnlichkeitskriterien 3ί a demonstration of the selection of similarity criteria

Fig. 4? eine Demonstration der Hierarchie der Superzeichenbildung.Fig. 4? a demonstration of the hierarchy of supercharacters.

Gemäß der Erfindung werden die akustischen Signale über ein Mikrofon 1 in elektrische Schwingungen umgewandelt und dann auf eine Filterbank 2 gegeben, die beispielsweise über 1? im relevanten Hörbereich.liegende.frequenzgruppenges-taf feite Filter realisiert werden kann, aber auch eine gröbere Frequenzaufteilung wie z.B. eine Oktavfilterung zuläßt. Die resultierenden Filterkanal-Zeitfunktionen werden auf ein System an und sich bekannter, jedoch in spezifischer Weise -zusammengestellter'Verarbeitungseinheiten 3, 8, 11, 13 zur selektiven Erfassung von Intensitäts- und Zeitkennwertengegeben.According to the invention, the acoustic signals are converted via a microphone 1 into electrical vibrations and then placed on a filter bank 2, for example, about 1? In the relevant listening area, it is possible to realize a frequency-group-side filter, but also a coarser frequency distribution, such as, for example, allows octave filtering. The resulting filter channel time functions are applied to a system and to known, but specifically assembled, processing units 3, 8, 11, 13 for selective acquisition of intensity and time characteristics.

Das System.. 3 erfaßt die sich zeitlich langsam ändernden Spektralkonfigurationen und kann wie bekannt und üblich über folgende hintereinander geschaltete Funktionsstufen realisiert werden: Gleichrichtung, Siebung, Abtastung, Ana- log-Digital-Wandlung. Als Resultat dieser Verarbeitungsprozedur resultieren als Funktion des Frequenzkanals die Fre-rquenzbereichs-Kennwert-Diagramme für die aufeinanderfolgenden Zsitsegmente der Abtastung. Zur Reduktion des. Zeitparameters wird erfindungsgemäß das an sich bekannte Verfahren der Pegelklassierung 4 eingesetzt* Ausgehend von .den .Kennwert-Zeit-Diagrammen für die einzelnen Frequenzbereiche erfolgt hier die Ermittlung der Dichtefunktion ρ (χ.) des Pegels derart, daß die Zeitdauer, die das Signal in einer bestimmten Pegelklasse χ. verbringt, ausgemessen wird.The system 3 detects the temporally slowly changing spectral configurations and, as is known and customary, can be implemented via the following series of function stages: rectification, filtering, sampling, analog-to-digital conversion. As a result of this processing procedure, as a function of the frequency channel, the frequency-domain characteristics diagrams for the successive Zsitsegmente of the sample result. In order to reduce the time parameter, the method of level classification 4 known per se is used according to the invention. On the basis of the characteristic value-time diagrams for the individual frequency ranges, the density function ρ (χ) of the level is determined such that the time duration, the signal in a certain level class χ. spends, is measured.

210 352210 352

Zur Beschreibung der Dichtefunktion werden folgende Sekundärparameter abgeleitet. Der mittlere Ausgangspegel des entsprechenden Filterkanals kann als Schwerpunkt § der durch ρ (χ.) eingeschriebenen Fläche interpretiert werden (5). Die Ermittlung des Maximums der Dichtefunktion Pmax Cx^) (6) führt zur Beschreibung des Abklingens insbesondere bei rampenförmigen Abklingverhalten. Abweichungen von der Rampe können durch Angabe des Schiefheitsmaßes von Pearson und weitere Sekundärparameter (7) effektiv.beschrieben wer-'.·To describe the density function, the following secondary parameters are derived. The mean output level of the corresponding filter channel can be interpreted as the center of gravity § of the area inscribed by ρ (χ.) (5). The determination of the maximum of the density function P max Cx ^) (6) leads to the description of the decay, in particular in the case of ramped decay behavior. Deviations from the ramp can be effectively described by specifying Pearson's skewness and other secondary parameters (7).

Das System 8 erfaßt demgegenüber die raschen Spektral-Zeitänderungen und setzt sich gemäß einem bereits bekannten Verfahren wie folgt zusammen: Halbwellengleichrichtung, Hüllkurvenverformung, Detektion der Hüllkurvenveränderungen, Abtastung, Analog-Digital-Wandlung. Zur Eeduktion des Zeitparameters sind hier zwei Wege vorgesehen» Sinmal liefert eine Maximalwert detektion 9 die Härte. Spektren als Darstellung des maximalen Pe ge !gradient en über den Frequenzkanal. Die Konfiguration dieser Härtespektren enthält wichtige Merkmale für die subjektive Klanghärte. Zum anderen können über eine Mittelwertdetektion IO Rauhigkeitsspektren zur Kennzeichnung der mittleren Amplitudenfluktuationen über dem frequenzkanal abgeleitet werden. Die Konfiguration dieser Rauhigkeitsspektren liefert Merkmale zur Beschreibung der subjektiven Klangrauhigkeit.In contrast, the system 8 detects the rapid spectral time changes and is composed according to an already known method as follows: half-wave rectification, envelope deformation, detection of envelope changes, sampling, analog-to-digital conversion. In order to reduce the time parameter, two ways are provided here. "Sinmally, a maximum value detection 9 supplies the hardness. Spectra representing the maximum gradient across the frequency channel. The configuration of these hardness spectra contains important features for the subjective tone hardness. On the other hand, roughness spectra can be derived via an average value detection IO for characterizing the mean amplitude fluctuations over the frequency channel. The configuration of these roughness spectra provides features for describing subjective sound roughness.

Zur Selektion der quasistatischen Eigenschaften der feinen Zeitstruktur ist in an sich bekannter Weise eine Momentanwertdetektion 11 mit nachgeschalteter zeitlicher Mittelung 12 vorgesehen« Hierbei wird die mittlere Periode zwischen dem Auftreten bestimmter Phasenlagen gemessen. Zur Selektion der dynamischen Eigenschaften der feinen Zeitstruktur wird ein Iviomentanwertdetektor mit nachgeschalteter Differenzierstufe 13 eingesetzt. Dabei ist auf Breitbandigkeit der vorgeschalteten Filter zu achten, damit die Filtereinschwingzeit gegenüber den zu messenden Signaländerungen vernachlässigbar wird. Ein nachgeschalteter MaximaldetektorIn order to select the quasistatic properties of the fine time structure, an instantaneous value detection 11 with a subsequent time averaging 12 is provided in a manner known per se. Here, the mean period between the occurrence of certain phase positions is measured. For the selection of the dynamic properties of the fine time structure, an instantaneous value detector with a downstream differentiating stage 13 is used. It is important to pay attention to the bandwidth of the upstream filter, so that the filter settling time is negligible compared to the signal changes to be measured. A downstream maximum detector

210 352210 352

14 erfaßt-die· Geschwindigkeit; von Frequenztransienteη für die einzelnen Frequenzkanäle, eine nachgeschaltete zeitliche Mittelung die 'Frequenzfluktuationen.14 detects the speed; Frequenztransienteη for the individual frequency channels, a downstream time averaging the 'frequency fluctuations.

Die Kombination der vier genannten Meßverfahren erfaßt erstmals in umfassender Weise die wesenblichen quasistatischen und dynamischen Signalparamefcer in den formell einheitlichen Frequenzbereichs-Kennwert-Diagrammen. Hiervon ausgehend vollzieht die nachfolgende.Verarbeitungsstufe 16 die Reduktion des Frequenzparameters über eine Selektion von Gestaltkriterien. Hierbei erfolgt entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel eine grobe Approximation des v/-Vektors über eine Anpassung von Referenzschablonen an die Gestaltkonfigurationen der betreffenden Frequenzbereichs-Kennwert-Diagramme. In der. Darstellung sind an der Abszisse der Frequenzbereiche F und am der Ordinate die Referenzschablone w bzw, der Frequenzbereichskennwert K aufgetragen. Bei der Festlegung der Referenzschablone wird dabei wie folgt vorgegangen:For the first time, the combination of the four measuring methods comprehensively covers the essential quasi-static and dynamic signal parameters in the formally uniform frequency range characteristic diagrams. Based on this, the subsequent processing stage 16 carries out the reduction of the frequency parameter via a selection of design criteria. In this case, according to the example shown in FIG. 2, a rough approximation of the v / vector takes place via adaptation of reference templates to the design configurations of the relevant frequency range characteristic diagrams. In the. Representation are plotted on the abscissa of the frequency ranges F and on the ordinate the reference template w or the frequency range characteristic K. When defining the reference template, the procedure is as follows:

1. Darstellung typischer klassifizierter Stichproben (z.B. Meisterinstrumente, Serieninstrumente der Güteklassen I-IIIj im Bild KS 1 und KS 2) im Jeweils interessierenden Frequenzbereichs-Kennwert-Diagramm1. Representation of typical classified samples (eg master instruments, series instruments of quality grades I-IIIj in picture KS 1 and KS 2) in the relevant frequency range characteristic diagram

2« Visuelle Begutachtung der Frequenzbereichs-Kennwert-Konturen für die einzelnen Instrumente jeder Stichprobe insbesondere hinsichtlich Parameterstreuung und typischer Gestaltkonfigurationen .2 "Visual assessment of the frequency domain characteristic contours for the individual instruments of each sample, in particular with regard to parameter dispersion and typical shape configurations.

3« Dementsprechend Auswahl einer geeigneten Referenzschab-. lpne aus einem vorliegenden Repertoire verschiedener Gestaltkonfigurationen3 "Accordingly, select a suitable Referenzschab-. lpne from a present repertoire of different Gestaltkonfigurationen

4. Möglichst optmale Anpassung der. Referenzschablonen an die zur Verfügung stehende Lernprobe durch Festlegung der Schablonenparame'cer (z.B. für die Referensschablone in Fig. 2: fu = 1 kHz, fQ = 3 kHz)4. Optimal adaptation of the. Reference templates to the available training sample by definition of the template parameters (eg for the referential template in FIG. 2: f u = 1 kHz, f Q = 3 kHz)

- 24 - 210 352'- 24 - 210 352 '

Hierbei ist -zu beachten, daß durch die Festlegung der Schablone der jeweiligen w-Vektor eindeutig fixiert ist (Lernvorgang beendet) und nunmehr in der Kannphase der aktuelle Merkmalwert der einzelnen Realisierungen jeder Stichprobe berechnet werden kann. Entsprechend dem Zielkriterium sollen diese resultierenden Merkmalwerte die Qualitätseigenschaften der Instrumente möglichst gut separieren, d.h.« Instrumente mit stark unterschiedlicher. Qualität sollen stark unterschiedliche d-Werte aufweisen und Instrumente mit etwa gleicher Qualität sollen sich nur wenig im d-Satz unterscheiden. Ausgehend von dem resultierenden d-Satz vollzieht die nachfolgende Verarbeitungsstufe 17 die Seduktion der Spielparameter über eine Selektion von Ähnlichkeitskriterien. Entsprechend der typischen Zusammengehörigkeitsstruktur des maximal Mx5-dimensionalen Parameterraums kann dabei nach Fig. 3 wie folgt vorgegangen werden:Here it is to be noted that, by specifying the template, the respective w vector is uniquely fixed (learning process finished) and now, in the can phase, the current feature value of the individual implementations of each random sample can be calculated. In accordance with the target criterion, these resulting feature values are intended to separate the quality characteristics of the instruments as well as possible, that is to say instruments with widely differing characteristics. Quality should have very different d-values and instruments with roughly the same quality should differ only slightly in the d-phrase. Based on the resulting d-phrase, the subsequent processing stage 17 performs the seduction of the game parameters via a selection of similarity criteria. According to the typical identity structure of the maximum Mx5-dimensional parameter space, it is possible to proceed according to FIG. 3 as follows:

1. Aufspaltung der 5-dimensionalen Hyperflache in maximal K χ T χ Κ.. Spielparameter-Klangmerkmal-Diagramme (S-M-Diagramme) Dabei bedeuten:1. Splitting the 5-dimensional hypersurface into maximum K χ T χ Κ .. Game parameter sound characteristic diagrams (SM diagrams) where:

K: mittlere Zahl 'der Merkmale für ein F-K-Diagramm Q?:'Zahl der P-K-DiagrammeK: mean number of features for an F-K diagram Q?: 'Number of P-K diagrams

Ko" Zahl der Spielparameterkombinationen entsprechend dem Versuchsplan (z.B. Variation.S- - Parameter (Tonhöhe) für 3. Werte von S2 (mf, f, ff-Anspiel) bei 2 werten von S^ (legato und staccato-Anspiel), S^ und Β,- werden konstant gehalten, damit K 3 =Ko "Number of game parameter combinations according to the design (eg Variation.S- - parameter (pitch) for 3rd values of S 2 (mf, f, ff-int) for 2 values of S ^ (legato and staccato-int), p ^ and Β, - are kept constant, so that K 3 =

3x2x1 = 63x2x1 = 6

An der Abszisse des S-M-Diagramins wird dabei der Wert des Spie!parameters Sy aufgetragen, an der Ordinate d< Wert des elementaren KlangfarbenattributsThe abscissa of the SM diagram is plotted with the value of the spatial parameter S y , and the ordinate d <value of the elementary timbre attribute

-25- 210 352-25- 210 352

2. Lernphase2nd learning phase

2.1. Darstellung einer klassifizierten Stichprobe (Lernprobe LP) mit hervorragenden Qualitätseigenschaften (z.B. Meisterinstrumente, .Instrumente der Güteklasse Q) im S-M-Diagramm und Ermittlung des dem Ideal nahekommenden Referenzmusters für jedes S-M-Diagramm über eine arithmetische Mittlung2.1. Representation of a classified sample (learning sample LP) with excellent quality characteristics (e.g., master instruments, Q-grade instruments) in the S-M diagram and determination of the ideal-approximate reference pattern for each S-M diagram through arithmetic averaging

2.2. Srmittlung der Standardabweichungen der Lernprobe vom mittleren Referenzsignal für alle Werte des jeweiligen Spielparameters Sy 2.2. Sending the standard deviation of the training sample from the mean reference signal for all values of the respective game parameter S y

2.3. Gegebenenfalls weitere Optimierung der vorgeschalteten Gestaltdetektoren (Referenzschablonen) mit der Zielstellung:2.3. Optionally further optimization of the upstream shape detectors (reference templates) with the objective:

1. Referensmuster im S-Ivl-Diagramm möglichst glatt (Merkmalwerte sollen sich bei stetiger Variation des Spielparameters stetig ändern, nach Möglichkeit sollen sie überhaupt konstant bleiben1. Referential patterns in the S-Ivl diagram are as smooth as possible (characteristic values should change constantly with constant variation of the game parameter; if possible, they should remain constant at all times

2« Die zum Referenzinuster gehörenden Standardabweichungen sollen möglichst konstant über S bleiben (glatter Streuschlauch)2 «The standard deviations belonging to the reference pattern should remain as constant as possible over S (smooth diffusion tube)

2.4. Bndgültige Festlegung des Ideals (Referenzmuster) durch:2.4. Definitive determination of the ideal (reference pattern) by:

1. Mittelwertfuktion1st average value

2. Funktion der Standardabweichungen für jedes S-M-Diagramm2. Function of standard deviations for each S-M chart

3· Kannphase3 · Can phase

3.1. Darstellung des zu bewerteten Instrumentes I mit noch unbekannten Qualitätseigenschaften im S-M-Diagramm3.1. Representation of the instrument I to be evaluated with still unknown quality properties in the S-M diagram

3.2. Ermittlung der Abstandsfunktion-ά d (S ν für alle3.2. Determination of the distance function-ά d (S ν for all

LL V J LL V J

Werte des jeweiligen SpielparametersValues of the respective game parameter

210 352210 352

3.3. Ermittlungen des mittleren Abstands des zu bewertenden Instrumentes vom Referenzmuster sowie der Fluktuation der Abstandsfunktion über entweder den gesamten Bereich des jeweiligen,S -Parameters oder aber einem zweckmäßig festgelegten Teilbereich (z.B. beim Tonhöhenparameter : Baß-Mittellage-Diskant)3.3. Determination of the mean distance of the instrument to be evaluated from the reference pattern and the fluctuation of the distance function over either the entire range of the respective S parameter or a suitably fixed subrange (for example in pitch parameter: bass midrange treble)

3.4-. Weiterleitung der somit resultierenden elementaren Gütekennziffern an die nachfolgende Verarbeitungsstufe 183.4-. Forwarding of the thus resulting elementary quality indicators to the subsequent processing stage 18th

Für das in Fig. 3 betrachtete S-M-Diagramm fallen als vier elementare Qualitätskennziffern an. Diese Kennziffern betreffen:For the considered in Fig. 3 S-M diagram arise as four elementary quality indicators. These indices relate to:

1· &bsoluter<6du - Wert (z.B. Sc harfe at tri but) im unteren S - Bereich 1 (z.B. Tonhöhenb'ereich)1 · & bsoluter <6d u - value (eg Sc harfe at tri but) in the lower S - range 1 (eg pitch range)

2. AbsoluterÄd - Wert in oberen Sv - Bereich 22. Absolute äd value in upper S v range 2

3. Ausgeglichenheit vonA^ im unteren 3γ - Bereich3. Balance of A ^ in the lower 3 γ range

4. Ausgeglichenheit νοηώ im oberen S - Bereich 24. Balance νοηώ in the upper S range 2

Dabei gilt in jedem Falle: je.größer die Kennziffer, desto schlechter die Qualität im Vergleich zum Referenzmuster (Ideal).In any case: the larger the index, the worse the quality compared to the reference sample (ideal).

Diese anfallenden Elementarkennziffern des Q-Satzes werden über eine Hierarchie der SuperZeichenbildung 18 weiter reduziert. Fig. 4 demonstriert dies für den einfachsten Fall einer Kaskade von belichteten Sumiuationen mit nachgeschalteten Schwellwertelementen. In der Figur werden zunächst über 5 Summationen analoge ausgangsseitige G-Merkmale gebildet, diese G-Merkmale über zwei nachfolgende Summafeionsstufen weiter zusammengefaßt und schließlich die resultierenden Merkmale noch einmal summiert. Der entstehende Endwert wird auf drei Schwellwertschalter mit fortlaufend gestaffelten Schwellwerten Sl - S3 gegeben und es werden so die drei diskreten Merkmale I-III gebildet. .These resulting elementary codes of the Q sentence are further reduced via a hierarchy of super character formation 18. FIG. 4 demonstrates this for the simplest case of a cascade of exposed pulses with downstream threshold elements. In the figure, analogous output-side G features are initially formed over 5 summations, these G features are further combined over two subsequent summation stages, and finally the resulting features are summed once more. The resulting final value is given to three threshold value switches with successively staggered threshold values S 1 -S 3, thus forming the three discrete features I-III. ,

Claims (6)

lrfihdungsanspruchlrfihdungsanspruch 1. Verfahren zur akustischen· Gütebewertung von Musikinstrumenten zur Ableitung aussagekräftiger Maßzahleη für die akustische Klangqualität, dadurch gekennzeichnet, daß ein fünfstufiges Svolutionssystern mit weitgehender horizontaler und vertikaler Strukturaufschlüsselung bei zentralem Zugriff zu jedem Teilsystem konzipiert wird, welches als hierarchisch organisiertes Informationssystem eine zielgerichtete Komprimierung der Informationen von unten nach oben in Richtung.weniger globaler Gütekennziffern realisiert. A method for acoustic quality assessment of musical instruments for deriving meaningful metrics for the acoustic sound quality, characterized in that a five-level svolution system with extensive horizontal and vertical structural breakdown is designed for central access to each subsystem, which as a hierarchically organized information system, a targeted compression of the information from bottom to top in the direction of less global quality indicators. 2. Verfallren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer ersten Verarbeitungsstufe eine Frequenzselektion mit anschließender Auswertung von Intensitäts- und Zeit^- kenngrößen in einem wohl aufeinander abgestimmten Meßsystem zur selektiven Erfassung der quasistatischen spektralen Signaleigenschäften, der raschen Änderungen der Signalvelope, der quasistatischen Eigenschaften der feinen2. Verfallren after item 1, characterized in that at a first processing stage, a frequency selection with subsequent evaluation of intensity and time ^ - metrics in a well-coordinated measurement system for selectively detecting the quasi-static spectral signals eigenstates, the rapid changes of the signal envelope, the quasi-static Properties of the fine Zeitstruktur und der dynamischen Eigenschaften der feinen Zeitstruktur vorgenommen wird, wodurch über eine erste Datenredukbion die wesentlichsten vom Hörsystem ausgewerteten statischen und dynamischen Signaleigenschaf ten ausgesiebt werden. Time structure and the dynamic properties of the fine time structure is made, which are screened through a first Datenredukbion the most essential evaluated by the hearing instrument static and dynamic signals Eigen th properties. 3· Verfahren nach Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer nachfolgenden zweiten Verarbeitungsstufe eine Reduktion des Zeitparameters derart erfolgt, daß innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls charakteristi-3 Method according to points 1 and 2, characterized in that, at a subsequent second processing stage, a reduction of the time parameter takes place in such a way that characteristic within a certain time interval. 210-352210-352 sehe Amplituden- und Zeitmeßwerte extrahiert werden, insbesondere eine Maximalwertbildung, zeitliche Mittelwertbildung und Pegelklassierung vollzogen wird und somit in durchgängiger Weise Frequenzbereichs-Kennwert-Diagramme entstehen, welche als Darstellung der ermittelten Sekundärkennwerte über dem Filterkanal die speziellen akustischen Eigenheiten eines Musikinstruments in bestimmten typischen Gestaltkonfigurationen widerspiegeln.amplitude and Zeitmeßwerte be extracted, in particular a maximum value formation, time averaging and level classification is performed and thus arise in a continuous manner frequency domain characteristic diagrams, which reflect the specific acoustic characteristics of a musical instrument in certain typical configurations of the determined secondary characteristic values on the filter channel , 4. Verfahren nach Punkten 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß auf einer weiteren dritten Verarbeitungsstufe eine Reduktion des Frequenzparameters vollzogen wird, wobei zur Extraktion der wesentlichen Gestaltmerkmale der Erequenzbereichs-Kennwert-Diagramme ein lernendes System eingesetzt wird, welches während der Lernphase die charakteristischen Gestaltkonfigurationen aufbaut und speichert und somit in der Kannphase die irrelevanten Eigenschaften über einen Mustervergleich weitgehend unterdrückt und welches in Anlehnung an das subjektive Verarbeitunsssystem über eine Lernmatrix somit die elementaren subjektiven Klangfarbenattribute ausfiltert, die in unmittelbarer Beziehung zur subjektiven Klangqualität stehen, womit eine ökonomische weitere Datenreduktion der Nachfolgesysteiae bei Beibehaltung der wesentliehen statischen und dynamischen Signaleigenschaften gesichert wird.4. Method according to points 1 to 3 », characterized in that on a further third processing stage, a reduction of the frequency parameter is performed, wherein a learning system is used for the extraction of the essential design features of the sequence area characteristic diagrams, which during the learning phase, the characteristic shape configurations builds and stores and thus largely suppresses the irrelevant properties in the can phase via a pattern comparison and which, based on the subjective processing system, uses a learning matrix to filter out the elementary subjective tonal attributes that are directly related to the subjective sound quality, resulting in further economic data reduction of the successor systems while retaining the essential static and dynamic signal properties. 5· Verfahren nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer weiteren vierten Verarbeitungsstufe eine Informationsdarstellung im Spielparameter-Klangmerkmal-Diagramm erfolgt, wo auf der Abszisse der jeweils untersuchte Spielparameter aufgetragen wird und auf der Ordinate das auf der dritten Verarbeitungsstufe gemessene elementare Klangfarbenattribut und hiervon ausgehend auf der Grundlage der typischen Zusammengehörigkeitsstruktur dieser Informationsdarstellung, wobei qualitätsmäßig eng zusammengehörige Instrumente nur eine geringe Distanz im Parameterraum aufweisen und qualitätsmäßig auseinanderliegendeMethod according to points 1 to 4, characterized in that on a further fourth processing stage an information representation takes place in the game parameter sound characteristic diagram, where on the abscissa the respectively examined game parameter is plotted and on the ordinate the elementary sound color attribute measured on the third processing stage and based thereon on the basis of the typical identity structure of this information presentation, whereby instruments which are closely related in terms of quality have only a small distance in the parameter space and differ in terms of quality Instrumente eine große Distanz zeigen, über eine Bildung des mittleren Abstandes zwischen Ideal (Referenzmuster) und Instrument omit noch unbekannten Qualitätseigenschaften weiter reduzierte Kenngrößen zur Beschreibung der Mangqualität; abgeleitet werden.Instruments show a large distance, through a formation of the mean distance between ideal (reference pattern) and instrument with still unknown quality characteristics further reduced characteristics for describing the mang quality; be derived. 6. Verfahren nach Punkten 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß auf einer abschließenden fünften Verarbeitungsstufe", über einen hierarchischen Prozeß der Superzeichenbildung, der im einfachsten-Falle über eine Kaskade von bewichteten Summationen mit nachgeschalteten Schwellwertelementen realisiert werden kann, die globalen Gütekennziffern in Anpassung an musikalisch-leistungsmäßige Anforderungen einer bestimmten Stilepoche, das klangideelle Konzept einer Eegionalzeit, technologische Spezifika und Materialforderungen und an modebedingte Kundenwünsche abgeleitet werden.6. Method according to points 1 to 5 »characterized in that, at a final fifth processing stage, the global quality indicators are adapted via a hierarchical process of super-character formation, which in the simplest case can be realized via a cascade of weighted summations with downstream threshold elements musical-performance requirements of a certain style epoch, the sound-sounding concept of a period of time, technological specifications and material requirements and fashion-related customer requirements are derived. Kierzü...:i-..Se!ten ZeichnungenKierzü ...: i - .. Se? Ten drawings
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