BEAT Detection problem  

http://avs.chat.ru/beatdetection.htm
http://avs.chat.ru/beatdetection.avs
http://tototal.narod.ru/beatdetection.mp3
http://avs.chat.ru/rhythmdetection.avs

Beat Detection is an important effect very important when working on the aesthetic of an animation. However, built-in AVS percussion instruments pulse detector defines BPM very aproximately, or does not define in general. Particularly this problem actual for visualization of the classical music. Some more powers for improvement quality to visualizations are provided in additional adjustment "Beat detection settings: Advanced", but action of this effect not wholly obviously, and extremely difficult for understanding. Accordingly, AVS or comes short sensitivity for detection, or sensitivity is an overweening, but adjust these parameters practically impossible.

PROBLEMS DECISIONS

In these situation can be used effect Custom BPM, but he quite is not connected with beat detection, but only will conditionally assign the rhythm that deprives the process of visualizations the profound sense.

The First variant of the decision is the most obvious on essences, but in fact not realized in practice. Nearly all presets clinging to On Beat Detection, however qualitative to adjust finding impossible. Three parameters of the sound pulse, which evident image influence upon quality of the finding, - a frequency, level and duration of the signal, nowhere are adjusted, and even are not fixed by evident form. The speech goes about need of the change programme kernel of visualizations studio, but do this though and possible theoretically, but practically associate with very greater difficulty.

The Second variant wholly efficient, but not always justified. For improvement of the finding striking possible to normalize (at most enlarge) level to loudness of the music track, and also realize sound dynamic range compression, also called DRC, way of the compression of the range of loudness and dynamic change soundtrack level. The Original will herewith is partly damaged, but quality to visualizations will obviously better. For instance, in test file beatdetection.mp3 does not manage to find nor one Beat! At the same time, after change and normalizations level to loudness in sound editor, beat detection occurs without some difficulties.

The Third variant introduces for present-day the most interesting for realization. The way is concluded in use instead of absolutely not controlled parameter "b", to parameter "v", which allows not only to fix the blows on the whole width of the band of the frequency range kilohertz (kHz), but also enter the estimation a value registered signal in given scale decibel (dB). Practically, the speech goes not about Beat Detection, which from the beginning was created, mainly, for dynamic range compression Rock-musics, but about Rhythm Detection, which allows not only real will value the integral features of the spectrum, but also choose the necessary level of the cutting off the spectrum and directly operating range analysed spectral band. Thereby, appears the possibility not only to install sensitivity of the Rhythm Detection, but also possibility to try to choose, for instance, desired music instrument in orchestra.  

The first step of the  rhythm finding - a calculation, on one frame, average from amount of the values to loudness for the whole range of the frequencies (vsum=vsum+v/n). Then calculated maximum importance level to loudness for all frame (vm). As soon as rhythmic maximum to loudness is installed, he can be used for calculation of the threshold of the rhythm finding (vmax). Now preset not simply finds the blow, but finds the rhythm in accordance with real level of loudness of the music track. Moreover, at reduction general level to loudness, occurs the automatic turning a parameter, and vmax "does not hang" on maximum importance. And since now rhythm is defined real, appears the possibility real to define BPM of a track, that is to say do that nor one of the known programs can do in sufficient measure qualitative. 

Settings - "Beat Detection"
Beat detection settings:
 (*) Standard
 ( ) Advanced (v)
Advanced status
 Current BPM : Learning... [beats per minute]
 Confidence : 0%
 (*) Auto-keep
 ( ) Predict only if bpm has been found (v)
 Reset \ Save \ Repet
New Song
 (*) Adapt from known BPM
 ( ) Restart learning from scratch (v)   Настройки - "Ударные" (Beat Detection)

Обнаружение ударных:
 (*) Обычное
 ( ) Лучшее
Лучшее
 BPM : 120 Got it! [удары в минуту] (от 60 до 140)
 Cтатуc : 0%
 (*) Автосохранить
 ( ) Предсказать с найденным bpm
 Сброс \ Сохранять \ Повтор
Новая песня
 (*) Взять от известного BPM
 ( ) Начинать c пустого места  

Обнаружение ритма является принципиально важным эффектом при работе с художественной визуализацией. Однако, встроенный в AVS детектор импульсов ударных инструментов, определяет BPM весьма приблизительно, или не определяет вообще. Особенно эта проблема актуальная для визуализации классической музыки. Некоторые дополнительные возможности для улучшения качества визуализации предусмотрены в дополнительной настройке "Обнаружение ударных: Лучшее", но действие этого эффекта не вполне очевидно, и крайне затруднительно для понимания. Соответственно, AVS или не хватает чувствительности для обнаружения, или же чувствительность является чрезмерной, а отрегулировать эти параметры практически невозможно.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

В этих ситуациях может быть использован эффект Custom BPM, но он совсем не связан с обнаружением ритма, а только условно задаёт ритм, что лишает процесс визуализации содержательного смысла.  

Первый вариант решения является самым очевидным по сути, но фактически не реализуемым на практике. Почти все пресеты привязаны к Обнаружению ударных, однако качественно настроить обнаружение невозможно. Три параметра звукового импульса, которые явным образом влияют на качество обнаружения, - это частота, уровень и длительность сигнала, нигде не регулируются, и даже не фиксируются явным образом. Речь идёт о необходимости изменения программного ядра студии визуализации, а сделать это хотя и возможно теоретически, но практически сопряжено с очень большими трудностями.

Второй вариант вполне эффективен, но не всегда оправдан. Для улучшения обнаружения ударных можно нормализовать (предельно увеличить) уровень громкости музыкального трека, и также осуществить компрессирование звука (dynamic range compression, так называемый DRC), путём сжатия диапазона громкостей и динамического изменения уровня фонограммы. Оригинал при этом будет частично повреждён, но качество визуализации будет явно лучше. Например, в тестовом файле beatdetection.mp3 не удаётся обнаружить вообще ни одного удара! В то же самое время, после изменения и нормализации уровня громкости в звуковом редакторе, обнаружение ритма происходит уже без каких-либо затруднений.

Третий вариант представляется на сегодняшний день наиболее интересным для реализации. Способ заключается в использовании вместо абсолютно не регулируемого параметра "b", другого параметра "v", который позволяет не только зафиксировать удары по всей ширине полосы частотного диапазона килогерц (кГц), но и ввести оценку величины регистрируемого сигнала в заданном масштабе децибел (дБ). Фактически же речь идёт не об Обнаружении удара, которое изначально создавалось, главным образом, для компрессированной рок-музыки, а об Обнаружении  ритма, которое позволяет не только реально оценить интегральные характеристики спектра, но и выбрать нужный уровень отсечения спектра и непосредственно рабочий диапазон анализируемой спектральной полосы. Таким образом, появляется возможность не только установить чувствительность Обнаружения  ритма, но и новая дополнительная возможность попытаться выбрать, например, желаемый музыкальный инструмент в оркестре.  

Первый шаг обнаружения ритма - это вычисление на одном фрейме среднего от суммы величин громкости для всего диапазона частот (vsum=vsum+v/n). Затем вычисляется максимальное значение уровня громкости для всех фреймов (vm). Как только ритмический максимум громкости установлен, он может быть использован для вычисления порога обнаружения ритма (vmax). Теперь пресет не просто обнаруживает удар, а обнаруживает ритм в соответствии с реальным уровнем громкости музыкального трека. Причём, при снижении общего уровня громкости, происходит автоматичесая подстройка параметров, и vmax "не зависает" на максимальном значении. И поскольку теперь ритм определяется реально, появляется возможность реально определить BPM трека, то есть, сделать то, что ни одна из известных программ не может сделать в достаточной мере качественно.