ترانسکریپسیون
بازنویسی خودکار موسیقی > تشخیص ارتفاع

تشخیص ارتفاع به منظور یافتن نت‌های انفرادی است که ممکن است ملودی یک موسیقی را ایجاد کرده، یا نت‌های یک آکورد را شناسایی کند. هنگامی که روی یکی از شستی‌های پیانو فشار می‌آید، صدایی که شنیده می‌شود، فقط ارتعاش یک فرکانس نیست. بلکه ترکیبی از ارتعاشات صوتی مختلف است که با ریاضیات این فرکانس‌ها مرتبط است. عناصر این ترکیب از ارتعاشات را هارمونیک می‌نامند.
به عنوان مثال اگر کلید میانی نت دو (C4) در پیانو را فشار دهیم، عنصر هارمونیک این نت انفرادی با ۲۶۱٫۶ هرتز شروع می‌شود و دومین هارمونیک بر اساس فرکانس پایه، ۵۲۳ هرتز است. به همین ترتیب سومین هارمونیک ۷۸۵، چهارمین ۱۰۴۶، و غیره خواهد بود. هارمونیک‌های بعدی مَضرَب‌های عدد صحیح از فرکانس پایهٔ ۲۶۱٫۶ است. مانند: از چپ به راست(۲x۲۶۱٫۶=۵۲۳, ۳x۲۶۱٫۶=۷۸۵, ۴x۲۶۱٫۶=۱۰۴۶). در حالی که فقط در حدود هشت صدای هارمونیک برای ایجادِ مجددِ نت مورد نیاز است، اما تعداد کل هارمونیک‌های این مجموعهٔ ریاضی می‌تواند بزرگ‌تر باشد، اگرچه هر چقدر عدد هارمونیک بالاتر باشد، اندازه و سهم هارمونیک آن ضعیف‌تر است. برخلاف مشاهدات، ضبط موسیقی در پایین‌ترین سطح فیزیکیِ خود، مجموعه‌ای از نت‌های انفرادی نیست، بلکه در واقع مجموعه‌ای از هارمونیک‌های انفرادی است. به همین دلیل تا زمانی که کلِ هارمونیک‌های ضبط تا حدی که بازآفرینی شده‌است، می‌توان با مجموعه‌های مختلف سازها و نت‌های اختصاص داده شده آنها، ضبط‌هایی با صدای بسیار مشابه ایجاد کرد و مهم نیست که از کدام ساز یا از چه نُتی استفاده شده‌است.
اولین قدم برای شناسایی نت‌ها تبدیل داده‌های دیجیتالی پروندهٔ صوتی از حوزه زمان به دامنهٔ حوزه فرکانس است که اندازه‌گیری فرکانس‌های مختلف را در طول زمان امکان‌پذیر می‌کند. تصویر گرافیکی ضبط صدا در حوزهٔ فرکانس، «طیف‌سنج» یا «سونوگرام» نامیده می‌شود. یک نت موسیقی، به عنوان ترکیبی از هارمونیک‌های مختلف، در طیف‌سنجی مانند یک شانهٔ عمودی قرار می‌گیرد که با دندانه‌های انفرادی از شانهٔ هارمونیک‌های مختلف همراه است، همچنین مقادیری از فرکانس متفاوت آنها را نیز نشان می‌دهد. تبدیل فوریه روشی ریاضی است که برای ایجاد «طیف‌سنج» از داده‌های دیجیتال پروندهٔ صوتی استفاده می‌شود.
وظیفه بسیاری از الگوریتم‌ها تشخیص نت و جستجوی طیف‌سنج برای وقوع چنین الگوهای شانه‌ای (ترکیبی از هارمونیک‌ها) ناشی از نت‌های انفرادی است. هنگامی که الگو و شکل خاصِ یک نت هارمونیک مشخص شد، می‌توان سطح زیروبمی را با موقعیت عمودی الگوی شانه‌ای، بر روی طیف‌سنج اندازه‌گیری کرد.
در اصل دو نوع موسیقی متفاوت وجود دارد که تقاضاهای بسیار متفاوتی برای الگوریتم و تشخیص ارتفاع صوتی ایجاد می‌کنند: ابتدا موسیقی مونوفونیک و سپس موسیقی پولی‌فونیک. موسیقی مونوفونیک یک قطعهٔ ساده است که فقط یک ساز، تنها یک نت را پخش می‌کند، در حالی که موسیقی پولی‌فونیک می‌تواند چندین ساز و آواز را به‌طور همزمان پخش کند. تشخیص ارتفاع صوتی در ضبط مونوفونیک یک کار نسبتاً ساده بود و فناوری آن، اختراع تیونرهای گیتار را در دهه ۱۹۷۰ امکان‌پذیر کرد. با این حال تشخیص ارتفاع صوتی بر روی موسیقی پولی‌فونیک کار بسیار دشواری است زیرا تصویر طیف‌سنجی آن به دلیل تعدد الگوهای شانه‌ای با هم، تداخل ایجاد می‌شود و مانند یک تودهٔ مبهم به نظر می‌رسد که ناشی از هارمونیک‌های مختلف هر نت است.
روش دیگر کشف ارتفاع که هدفش موسیقی مونوفونیک است، توسط «مارتین پیسچالسکی» در رابطه با ایدهٔ «برنارد گالر» (تجزیه و تحلیل دیجیتال) در دهه ۱۹۷۰ اختراع شد و از آن زمان به بعد بسیار مورد توجه قرار گرفته‌است. نکتهٔ اصلی در این روش تشخیص ارتفاع توسط گوش انسان است. این فرایند تلاش می‌کند با پیدا کردن تنها چند مورد از بلندترین هارمونیک‌ها در یک لحظه معین و به صورت تقریبی، زیست‌شناسی داخلی گوش انسان را تقلید کند. در این روش، شناخت یک مجموعهٔ کوچک از هارمونیک‌ها، شناسایی مجموعهٔ بزرگی از همهٔ هارمونیک‌ها را ممکن می‌سازد و با کشف محتمل‌ترین سطح زیروبمی، بخش زیادی از دیگر هارمونیک‌ها را ارایه می‌دهد.
تا به امروز شناسایی نت‌های ضبط شدهٔ پولی‌فونیک به‌طور کامل برای مهندسان صوت به عنوان یک رمز و راز باقی مانده‌است، اگرچه آنها با اختراع الگوریتم‌ها موفق شدند بخشی از نت‌های ضبطِ پولی‌فونیک مانند «ملودی» یا «خط باس» را کشف کنند، اما همچنان برای پیشرفت در شناسایی کامل آن، تلاش می‌کنند.