Pitchshifting 1980

[swissdoc]

Wie er funktioniert -- nicht mit modulierten Delays -- kann bestimmt jemand erklären, der mehr Ahnung hat als ich.

Ich habe mich mit der Funktionsweise eines Frequency Shifters nach Bode bisher nie beschäftigt. Und das mit mehr Ahnung als Du mag ich mir eh nicht anziehen. Auch ist es wohl nicht in ein paar Worten erklärt.

Bitte hier selber nachlesen:

The Bode frequency shifter

Anyone know if the Bode frequency shifter has been studied somewhere. I just used an audio plug-in called EchoBode from SonicCharge and this is claimed to use a frequency (pitch) shifting algorithm

dsp.stackexchange.com

US3800088.pdf

Wie man dem Patent entnehmen kann, ist ein solcher Frequency Shifter schon recht komplex aufgebaut. Beim Pitch-Shifting wird ein anderer Ansatz genutzt, man nennt es wohl Granular, bzw. beim Audios werden gezielt Nulldurchgänge gesucht und als sog. Warp-Punkte markiert, an denen dann knackfreie Loops gebildet werden.

 

[З456778674]

Der Frequenzy Shifter verschiebt alle Frequenzen um einen konstanten Betrag. Dadurch stimmen die Obertöne nicht mehr!
Beispiel: a' mit Obertönen: 440, 880, 1320
Um 100Hz nach unten verschoben: 340, 740,1220. Das ist in sich total schief = metallisch. (Also mit mehr Obertönen, mit den 3 Harmonischen hier klingt es nach "Elektronischer Musik" von 1960)
Der Ringmodulator ist übrigens Teil eines Frequency-Shifters. (Genauer: 2 Ringmodulatoren und 2 Trägersignale und zwei Bandpässe geben einen Frequenzy-Shifter, genauer den, den man auf einer SSB-Funkstrecke hat, wo die beiden Träger (Sender vs. Empfänger) etwas gegeneinander verstimmt sind. )


Pitch-Shifting verschiebt um einen Faktor. Das ist also nix weiter als einen andere Tonhöhe, die Harmonischen bleiben im richtigen Abstand.

Pitch-Shifting "geht" tatsächlich nur so, wie es anschaulich ein Tonband macht, was man schneller oder langsamer abspielt. D.h. die Zeitdauer des Tons verändert sich zwangsläufig. Und das muss man wegmogeln.
Was die die ganzen Grain-Verfahren eben machen, in dem sie das Signal kleinschnipseln und dann möglichst unauffällig anders (länger/kürzer) wieder zusammenbauen.
Neumodische Verfahren suchen da, wie von @swissdoc geschrieben, mit heuristischen Verfahren sinnvolle Punkte, an denen sie die Schnipsel trennen können. Den Attack eines Schlaginstruments zu doppeln, weil man "mehr Zeit" braucht (bei tiefer Pitchen) ist ja offensichtlich einen dudumme Idee.

 

[Herbie]

Die Schlümpfe waren dann wohl vollanalog.

Hm..wenn man die Single hat (wie in meinem Fall) müsste man/Frau () die einfach nur mal
auf 33rpm laufen lassen. Wenn sich die Stimme dann ganz normal anhört wurde es zu Schlumpfzeiten
damals wohl nur langsam aufgenommen und schnell abgespielt.
Also das in dem alten Gruselfilm mit der Fliege( link oben) ist garantiert mit einem ganz frühen analogen Pitchshifting gemacht
worden. Da bin ich als Elektronischer Laie sehr sicher. Man hatte also schon in den 50ern diese technik irgendwie drauf.

 

[Herbie]

Der Ringmodulator ist übrigens Teil eines Frequency-Shifters. (Genauer: 2 Ringmodulatoren und 2 Trägersignale und zwei Bandpässe geben einen Frequenzy-Shifter, genauer den, den man auf einer SSB-Funkstrecke hat, wo die beiden Träger (Sender vs. Empfänger) etwas gegeneinander verstimmt sind. )

Ich finde das total interessant. Wirklich toll was technisch alles möglich ist.

 

[NickLimegrove]

Leute.

Der Frequenzy Shifter verschiebt alle Frequenzen um einen konstanten Betrag. Dadurch stimmen die Obertöne nicht mehr!
Beispiel: a' mit Obertönen: 440, 880, 1320
Um 100Hz nach unten verschoben: 340, 740,1220. Das ist in sich total schief = metallisch. (Also mit mehr Obertönen, mit den 3 Harmonischen hier klingt es nach "Elektronischer Musik" von 1960)
(...)
Pitch-Shifting verschiebt um einen Faktor. Das ist also nix weiter als einen andere Tonhöhe, die Harmonischen bleiben im richtigen Abstand.

Das ist (mir) doch alles klar. Vielleicht hätte ich in meiner Frage aber auch einfach deutlicher machen sollen, worum's mir geht. Daher, nochmal anders formuliert:

Warum ist -- in der praktischen, technischen Umsetzung -- das logarithmische Schieben anscheinend so fundamental anders als das lineare, dass, historisch, zwischen Bode und Eventide praktisch fast 10 Jahre und ein komplett anderes technisches Paradigma liegen mussten?

Oder, ganz plump: warum konnte der Heinz Harald [danke, Stephen] mit den Mitteln seiner Zeit zwar einen Frequenzschieber, nicht aber "einfach" auch einen Pitchshifter bauen? Seine Erfindung macht aus 100Hz 200Hz. Aus 200Hz macht sie dann aber 300Hz -- warum war es ihm und Zeitgenossen anscheinend nicht möglich, eine Kiste zu bauen, die stattdessen 400Hz draus macht?

 

[ppg360]

[...] warum konnte der Heinz mit den Mitteln seiner Zeit zwar einen Frequenzschieber, nicht aber "einfach" auch einen Pitchshifter bauen?[...]

Wenn Du Heinz sagst, meinst Du Harald, wie ich vermute?

Der Pitch Shifter ist ein auf Verzögerung aufgebauter Effekt, Frequency Shiting erfordert einen Quadrature Oscillator, eine Trägerwelle, eine Technik, die schon aus der Funkmeßtechnik bekannt war.

Frequency Shifting ist also technisch wesentlich älter als Signalverzögerung.

Stephen

 

[Muggaseggl]

Hier wer sich’s antun will , die ersten sound on Sound / MultiTrack Recordings sowie fizzelige doublespeed guitarlicks
https://youtu.be/gC1gq9vNkFk

 

[fanwander]

Pitchshifter auf denselben analogen Hardwaregrundlagen

Pitchshifting ist eben nicht die selber analoge Hardwaregrundlage. Pitchshifting ging (abgesehen vom Tempophon und Anverwandten) nur mit Digitaler Audioverarbeitung (oder theoretisch mit BBDs). Irgendeiner der ersten Pitchshifter arbeitete mit zwei sägezahnmodulierten BBDs, deren Signal wiederum über zu den Sägezähnen synchron dreiecksmodulierte VCAs immer so umgeblendet wurde, dass der Sprung des Sägezahns ausgeblendet blieb. So konnte man aber nur relativ wenig rauf bzw runtermodulieren (ich glaub mehr als eine Quint war nicht drin). Der Eventide H910 und der MXR 192 arbeiteten dann schon mit digitalem Audio, bei dem Schreiben und Lesen unterschiedlich schnell gemacht wurde.

 

[einseinsnull]

war die Verfügbarkeit von Digitaltechnik eine notwendige Bedingung? Liegen deshalb zwischen Bode und H910 zehn Jahre? Wenn ja, warum? Was ist da in der Implementation so großartig anders, wenn's doch "nur" um den Unterschied zwischen linearem und logarithmischem Schieben geht?

retrospektiv müsste man die frage wohl eindeutig mit "ja" beantworten.


dass es nur einen unterschied in bezug auf die verteilung des spektrums gäbe ist ein bild, dem ich so widersprechen würde.

der unterschied ist vielmehr, dass man dafür jeweils eine vollkommen andere technik braucht.

übrigens auch digital:

das spektrum zu verzerren über phase quadrature ist ein relativ simpler prozess.

ein gutes pitch shifting hingegen verlangt viel code und hirnschmalz, und egal welche technik man dazu benutzt (fft, granular, tapping buffer...), man kommt um ein umständliches windowing verfahren nicht herum und es wird trotzdem - bzw. deswegen - niemals perfekt klingen.

"gute" pitch shift algos sind deswegen auch nicht linear, sondern passen sich dem input material an.


das eine geht eben ohne die zeitachse zu verzerren und das andere nicht.

(beim spektrum shift passiert etwas anderes, unerwünschte nebeneffekte liegen dort in einem ganz anderen bereich, in dem sie zunächst einmal nicht stören, weil man sie nämlich nicht hört.)

 

[einseinsnull]

man kann übrigens durchaus einen spectrum shift effekt für monophones material als eine art "pitch shifter" einsetzen, dazu muss man nur die referenzfrequenz, die die phase quadratur moduliert, mit einen weiterem modulationsignal multiplizieren, den man übers keyboard einspielt während der sänger die gleiche melodie singt.

klingt irre, aber mal ehrlich... das macht man ja mit einem vocoder auch oft so ähnlich.

die gewünschte veränderung der wahrgenommenen tonhöhe muss man dazu vorher natürlich einmalig anhand eines "grundtones" festlegen.

 

[NickLimegrove]

Pitchshifting ging (abgesehen vom Tempophon und Anverwandten) nur mit Digitaler Audioverarbeitung (oder theoretisch mit BBDs). Irgendeiner der ersten Pitchshifter arbeitete mit zwei sägezahnmodulierten BBDs, deren Signal wiederum über zu den Sägezähnen synchron dreiecksmodulierte VCAs immer so umgeblendet wurde, dass der Sprung des Sägezahns ausgeblendet blieb. So konnte man aber nur relativ wenig rauf bzw runtermodulieren (ich glaub mehr als eine Quint war nicht drin).

Der Pitch Shifter ist ein auf Verzögerung aufgebauter Effekt, Frequency Shiting erfordert einen Quadrature Oscillator, eine Trägerwelle, eine Technik, die schon aus der Funkmeßtechnik bekannt war.

übrigens auch digital:

das spektrum zu verzerren über phase quadrature ist ein relativ simpler prozess.

danke euch, jetzt bin ich ein Stückchen schlauer.
Bzgl. der letzteren Diagnose (Frequenzschieben = auch digital recht einfach) finde ich wiederum interessant, dass man den Eindruck hat: einen Pitchshifter gibt es in jeder digitalen Wald- und Wiesen-Multieffektkiste, aber einen Freq-Shifter? Aber gut, liegt wahrscheinlich daran, dass sich für Freq-Shifting kaum jemand interessiert außer ein paar Freaks wie uns hier.

 

[einseinsnull]

das stimmt, es ist auffällig, dass das praktisch nirgends angeboten wird.

und noch ein kleine ergänzung: es geht zunächst mal nur "rauf", das aber dafür mit + oder - vorzeichen. im unterschied zu pitch, was zunächst mal nur "runter" geht, "rauf" geht dann nur mit verzögerung.

 

[ppg360]

danke euch, jetzt bin ich ein Stückchen schlauer.
Bzgl. der letzteren Diagnose (Frequenzschieben = auch digital recht einfach) finde ich wiederum interessant, dass man den Eindruck hat: einen Pitchshifter gibt es in jeder digitalen Wald- und Wiesen-Multieffektkiste, aber einen Freq-Shifter? Aber gut, liegt wahrscheinlich daran, dass sich für Freq-Shifting kaum jemand interessiert außer ein paar Freaks wie uns hier.

Es gibt (gab) eine sehr gute Frequency Shifter Simulation im Bitrman von Alesis, allerdings auch ein eher spezielles Gerät, was die Anwendungsbereiche angeht. Von 360 Systems gab es den 20/20 Frequency Shifter, der ebenfalls äußerst selten ist -- Larry Fast wollte mir seinen nicht verkaufen .

Mir wurde mal von meinem damaligen Techniker erklärt, daß ein Frequency Shifter an sich ziemlich simpel von der Funktionsweise sei; das Schwierige sei jedoch, die Schaltung so abzugleichen, daß die Frequenzverschiebung wirklich genau ist.

Ich hatte mal den Frequency Shifter von Surrey Electronics, der für Funkanwendungen gebaut worden war und wollte ihn mir umbauen lassen, damit ich ihn für Musikinstrumente verwenden konnte. Es scheiterte an nicht auffindbaren Schaltplänen, also ging das Teil irgendwann wieder.

Stephen

 

[einseinsnull]

digital ist es kein problem die hilbert transform mit butterworths (elliptische filter natürlich) so einzustellen, dass man genau im hörbaren bereich zwischen 16Hz bis nyquist/2 eine fast linearen phasenverlauf hat und da funktoniert das dann wunderbar.

in der elektrotechnik ist so etwas immer gleich mit sehr hohen kosten verbunden, und da erwartet der anwender auch mehr als 10 khz.

 

[swissdoc]

Ein Pitch Shifter verhält sich zu einem Frequency Shifter wie ein Flanger zu einem Phaser.

 

[einseinsnull]

"ach so? flanger und phaser ist nicht das gleiche?" *lieb guck*

 

[roh'signal]

Obschon ich ja immer noch hoffe, dass sich Dieter Doepfer dem Thema "Frequency Shifter nach Bode" irgendwann mal konkret widmet, habe ich nach einiger Recherche nachfolgendes VST/AU Plugin von Sonic Charge ausfindig gemacht.

Echobode

Echobode is a frequency shifter combined with a delay. It is capable of creating many different effects from pure frequency shifting and echoes to phasers, flangers, choruses, reverbs and more.

soniccharge.com

 

[ppg360]

Ein Pitch Shifter verhält sich zu einem Frequency Shifter wie ein Flanger zu einem Phaser.

Auch hier wieder Verzögerungseffekt vs. Kammfilter (oder Allpass, wie beim Synthi Hi-Fli).

Hier noch eine Erklärung für alle Ungläubigen:

Frequency Shifter

Ein Frequency Shifter verschiebt die einzelnen Frequenzen des Eingangssignals um einen festen Wert.

steinberg.help

Stephen

 

[NickLimegrove]

Obschon ich ja immer noch hoffe, dass sich Dieter Doepfer dem Thema "Frequency Shifter nach Bode" irgendwann mal konkret widmet, habe ich nach einiger Recherche nachfolgendes VST/AU Plugin von Sonic Charge ausfindig gemacht.

Echobode

Echobode is a frequency shifter combined with a delay. It is capable of creating many different effects from pure frequency shifting and echoes to phasers, flangers, choruses, reverbs and more.

soniccharge.com

Ja, der ist super (wie eigentlich alles von Sonic Charge, aka Magnus Lindström, der damals "mal eben" das Typhoon-OS für den TX16W geschrieben hat). Sowas jetzt bitte als DSP-Hardware in 19", oder meinetwegen auch einem hipperen Formfaktor. Aber, ja, ist wahrscheinlich doch ein bisschen zu sehr "Nische", als das sich das jemand ernsthaft aufhalsen würde.

 

[swissdoc]

"ach so? flanger und phaser ist nicht das gleiche?" *lieb guck*

Räusper. Der Abstand der Kerben im Spektrum macht den klanglichen Unterschied und die technische Realisierung ist unterschiedlich. Der Phaser heisst so, weil die Phasen geschoben werden. Der Flanger heisst so, weil man am Rand der Bandspule eines der synchronisierten Bandgeräte (dem Reel Flange) dieses abgebremst hat und so den ursprünglichen Effekt erzeugt hat.

 

[einseinsnull]

Obschon ich ja immer noch hoffe, dass sich Dieter Doepfer dem Thema "Frequency Shifter nach Bode" irgendwann mal konkret widmet, habe ich nach einiger Recherche nachfolgendes VST/AU Plugin von Sonic Charge ausfindig gemacht.

Echobode

Echobode is a frequency shifter combined with a delay. It is capable of creating many different effects from pure frequency shifting and echoes to phasers, flangers, choruses, reverbs and more.

soniccharge.com

eurorack module und VST plug-ins gibt es dafür wie sand am meer.

nur in digitaler hardware findet man es komischerweise nicht. genauso wenig übrigens wie "spektrum umkehren" oder "spektrum rotieren" - beides noch viel einfacher zu realisieren als das spektrum zu stauchen.

leute, die für ein spectrum shifter VST plug-in immer noch geld nehmen, finde ich peinlich.

Bzgl. der letzteren Diagnose (Frequenzschieben = auch digital recht einfach) finde ich wiederum interessant, dass man den Eindruck hat: einen Pitchshifter gibt es in jeder digitalen Wald- und Wiesen-Multieffektkiste, aber einen Freq-Shifter?

apropos.

die von mir oben angesprochenen "nebeneffekte" bei der technik, die ich als "nicht störend" eingeordnet habe, machen sich spätestens dann doch wieder bemerkbar, wenn man das bearbeitete signal mit dem original bzw mit anderen versionen des spektrum shifters zusammenmischt.

dann wird nämlich aufgrund der "symetrischen" bearbeitung die bis dato unhörbar beinhaltete amplitudenmodulation, die den frequenz offset erzeugt, plötzlich wieder hörbar. mit dem scheiß kannste dann machen was du willst, es wird immer irgendwie wobbeln.

jegliche effekte, bei denen man den output nur dazumischen will, kann man damit nicht umsetzen, obwohl einem seine ohren eigentlich etwas anderes sagen.

wer dazu eine lösung hat darf gerne "hier" schreien.

 

[einseinsnull]

Auch hier wieder Verzögerungseffekt vs. Kammfilter

ein kammfilter ist ein verzögerungseffekt. ein phaser nicht.

 

[roh'signal]

A-126?

Schon klar... den gibt es aber eben schon länger nicht mehr, weil ein bestimmter IC nicht mehr hergestellt wird. Ein Nachfolgemodell (126-2) ist länger schon geplant... leider passiert da nix, dahingehend war mein Kommentar weiter oben zu verstehen.

Hatte Dieter Doepfer dazu auch einmal angemailt... neben der Tatsache, dass es sich wohl erst ab einer bestimmten Masse an potentiellen Interessenten lohnt das Teil zu bauen, hatten/haben andere Module offensichtlich Vorrang.

 

[serge]

ein kammfilter ist ein verzögerungseffekt. ein phaser nicht.

Das habe ich anders in Erinnerung: Sowohl ein Phaser (basiert auf einer Phasenverschiebung) als auch ein Flanger (basiert auf einer Verzögerungsleitung) erzeugen Kammfilter. Nur sind die Zinken der "Kämme" bei beiden anders im Frequenzspektrum verteilt.

 

[fanwander]

ein kammfilter ist ein verzögerungseffekt. ein phaser nicht.

Nö. Kammfilter ist eigentlich ein komplett falsches Wort. Es ist kein Gerät. Eigentlich ist es nur die Beschreibung eines Frequenzganges. Wie breit die Kammzacken sind und wie sie erzeugt werden hat mit dem Ergebnis "Kamm-artiger Frequenzgang" eigentlich garnichts zu tun.

 

[einseinsnull]

Das habe ich anders in Erinnerung

swissdoc hat oben so schön für dumme erklärt was ein flanger ist, aber es war wohl noch zu kompliziert.

Nö. Kammfilter ist eigentlich ein komplett falsches Wort. Es ist kein Gerät. Eigentlich ist es nur die Beschreibung eines Frequenzganges.

das mag schon sein, dass es irgendwelche marketing menschen gibt, die von "kammfilter effekt" sprechen und alles mögliche andere darunter verstehen, aber ein "kammfilter" ist zunächst mal ein filterbaustein.

aus dem man unter anderem prima einen flanger effekt bauen kann, großzügiges upsampling vorausgesetzt. ich kenne niemanden, der das anders macht.

wenn du bei einem kammfilter feedforward und/oder feedback auf 0 stellst, macht er im prinzip nichts anderes als ein delay algorithmus.


auch wenn auf wikipepdia leider oft scheiße steht, aber:

Comb filter - Wikipedia

en.wikipedia.org

herr ppg hat sich da wohl nur vertan und den kammfilter und das delay in einen gegensatz gesetzt. das ist aber das gleiche.

und ein phaser effekt hat eigentlich mit beidem nichts zu tun.

 

[zenobic]

Reel Flange (über 2 Tapes) holt auch Signale aus der Zukunft, das geht in Echtzeit doch gar nicht, oder?
Evtl. könnten global 5 ms gepuffert werden oder 5ms aus der Zukunft (was bei einigen Stücken vermutlich auch berechnbar sein könnte, vor allem wenn sowieso Loops im Spiel sind).

 

[einseinsnull]

fang mit dem bremsen an, dann gehts. wie beim chorus.

 

[fanwander]

aber ein "kammfilter" ist zunächst mal ein filterbaustein.

Nein. Es gibt keinen Kammfilterbaustein und keiner Kammfilterschaltung. Das was Wikipedia beschreibt ist die Anwendung eines Delays, um einen Kammfiltereffekt zu erzeugen.

Weder Tietze/Schenk, noch Horowitz/Hill, noch Franz, noch Dickreither kennen das Kammfilter als Filtertyp. Der Dickreither beschreibt es eben als Effekt (=als Ergebnis) - vor allem im Zusammenhang mit Laufzeitendiffenzen bei der X/Y-Stereomikrofonierung.

Spannenderweise beschreibt Dickreither das Phasing falsch. Mit Laufzeitdifferenz kann man kein Phasing erzeugen; Phasing ist definitiv Laufzeit unabhängig und entsteht nur durch die Auslöschung von Obertönen, die aufgrund der Phasendrehung eines Allpassfilters geschieht; ein Allpassfilter verschiebt frequenzabhängig, die Laufzeitdifferenz gilt für alle Frequenzen gleichermaßen.

 

[einseinsnull]

Nein. Es gibt keinen Kammfilterbaustein und keiner Kammfilterschaltung. Das was Wikipedia beschreibt ist die Anwendung eines Delays, um einen Kammfiltereffekt zu erzeugen.

dann ist die IIR convolution oder der allpass in unserem phaser effekt auch kein "filter", sondern auch nur eine "delay line".

was für ein bullshit bingo.

in CSound laufen sowohl der comb als auch der allpass unter "verzögerung" statt unter "filter". ist dir dann bestimmt auch wieder nicht recht, weil der allpass ja zwingend ein "filter" ist.

merkste was?