So ändern Sie Wiedergabegeschwindigkeit und Tonhöhe gemeinsam mit einem exakten Verhältnis

Bei einer gekoppelten Geschwindigkeitsänderung erklingen die Ereignisse in der Aufnahme schneller oder langsamer, und ihre Frequenzen steigen oder sinken proportional. Der Effekt Change Speed and Pitch von Audacity ändert ausdrücklich Tempo, Tonhöhe und Frequenzinhalt gemeinsam. Der separate Effekt Change Pitch lässt die Dauer unverändert. Wählen Sie den Vorgang, der zum gewünschten Ergebnis passt. Quellen: Change Speed and Pitch, Change Pitch.

Definieren Sie für diese Aufgabe das Verhältnis als neue Wiedergabegeschwindigkeit ÷ ursprüngliche Wiedergabegeschwindigkeit. Ein Verhältnis über 1 beschleunigt die Aufnahme und erhöht ihre Tonhöhe. Ein Verhältnis zwischen 0 und 1 verlangsamt sie und senkt ihre Tonhöhe. Geben Sie die Richtung ausdrücklich an, bevor Sie einen Wert eingeben: „Die neue Geschwindigkeit beträgt 5/4 der ursprünglichen Geschwindigkeit“ ist klarer als „Ändere sie im Verhältnis 5:4“.

Beginnen Sie mit der Vorgabe, die Ihnen tatsächlich bekannt ist. Die folgenden Gleichungen beschreiben eine ideale, konstante und gekoppelte Geschwindigkeitsänderung; die Beispiele sind veranschaulichende Berechnungen und keine gemessenen Bearbeitungsergebnisse.

Bekannte Vorgabe	Geschwindigkeitsmultiplikator r berechnen	Veranschaulichendes Beispiel
Direktes Geschwindigkeitsverhältnis	r = neue Geschwindigkeit ÷ ursprüngliche Geschwindigkeit	5/4 = 1,25
Ursprüngliche und Ziel-Frequenz	r = Ziel-Frequenz ÷ ursprüngliche Frequenz	550 ÷ 440 = 1,25
Ursprüngliche und Zieldauer	r = ursprüngliche Dauer ÷ Zieldauer	60 ÷ 48 = 1,25
Ursprüngliches und Zieltempo	r = Ziel-BPM ÷ ursprüngliche BPM	120 ÷ 96 = 1,25

Wenn Sie r ermittelt haben, berechnen Sie das erwartete Ergebnis: neue Dauer = ursprüngliche Dauer ÷ r und neue Frequenz = ursprüngliche Frequenz × r. Der Zusammenhang mit der Dauer ergibt sich direkt daraus, dass dieselbe Abfolge von Audioereignissen mit der neuen Geschwindigkeit abgespielt wird.

Wenn ein Effekt nach einer prozentualen Änderung fragt, geben Sie 100 × (r − 1) ein. 1,25× entspricht also +25 %, während 0,8× −20 % entspricht. Im Audacity-Handbuch wird derselbe Zusammenhang zwischen Multiplikator und Prozentwert verwendet. Quelle: Change Speed and Pitch.

Ein häufiger Fehler ist, den Wiedergabe-Prozentwert mit der prozentualen Änderung zu verwechseln. „125 % der ursprünglichen Geschwindigkeit“ bedeutet 1,25×. „Geschwindigkeit um 125 % erhöhen“ bedeutet 2,25×. Ein weiterer Fehler ist, die Formel für die Dauer umzukehren: Um 60 Sekunden auf 48 Sekunden zu verkürzen, muss schneller abgespielt werden, also muss der Multiplikator größer als 1 sein.

Für ein Intervall von n gleichstufig temperierten Halbtönen verwenden Sie r = 2^(n/12). Ein positives n erhöht die Tonhöhe, ein negatives n senkt sie. Um das Intervall zu ermitteln, das ein bestehendes Verhältnis ergibt, verwenden Sie n = 12 × log₂(r). Diese Zusammenhänge ergeben sich daraus, dass eine Oktave, also ein Frequenzverhältnis von 2:1, in zwölf gleiche Halbtonverhältnisse unterteilt wird. Quelle: UNSW, Notennamen, MIDI-Nummern und Frequenzen.

Die folgende Tabelle wendet diese Gleichungen auf eine veranschaulichende 60-Sekunden-Aufnahme an. Die angezeigten Dezimalwerte sind gerundet.

Geschwindigkeitsmultiplikator	Prozentuale Änderung	Neue Dauer	Tonhöhenintervall
0,5×	−50 %	120 Sekunden	−12 Halbtöne
0,8×	−20 %	75 Sekunden	Etwa −3,863 Halbtöne
1,25×	+25 %	48 Sekunden	Etwa +3,863 Halbtöne
1,5×	+50 %	40 Sekunden	Etwa +7,020 Halbtöne
2×	+100 %	30 Sekunden	+12 Halbtöne
Etwa 1,059463094×	Etwa +5,946309 %	Etwa 56,632459 Sekunden	+1 Halbton

Entscheiden Sie, ob Ihr Ziel ein Zahlenverhältnis oder ein gleichstufig temperiertes Intervall ist. Das Verhältnis 3:2 ist genau 1,5, während sieben gleichstufig temperierte Halbtöne 2^(7/12), also ungefähr 1,498307077, erfordern. Diese Werte liegen nah beieinander, ergeben aber unterschiedliche Resultate. Notieren Sie den definierenden Bruch oder die Formel in Ihren Bearbeitungsnotizen, damit eine gerundete Anzeige nicht Ihr einziger Beleg für den Zielwert bleibt.

Wählen Sie in Versionen, die den dokumentierten Effekt bieten, das gewünschte Audiomaterial aus und öffnen Sie Effekt → Tonhöhe und Tempo → Geschwindigkeit und Tonhöhe ändern. Geben Sie das Verhältnis unter Speed Multiplier oder unter Percent Change ein, falls diese Option verfügbar ist. Im Dialogfeld sind diese Steuerelemente mit der resultierenden Länge der Auswahl verknüpft. Quelle: Audacity-Handbuch zu „Change Speed and Pitch“.

Geben Sie für die veranschaulichende Umwandlung mit 5/4 1,25 oder +25 % ein, und prüfen Sie, ob aus einer 60-Sekunden-Auswahl 48 Sekunden werden. Hören Sie sich eine Vorschau an, wenden Sie den Effekt an und exportieren Sie das Ergebnis in eine separate Ausgabedatei. Bewahren Sie das Original auf, damit spätere Überarbeitungen von derselben Quelle ausgehen können.

Menübezeichnungen und verfügbare Steuerelemente können sich je nach Version unterscheiden. Vergewissern Sie sich, dass der ausgewählte Vorgang Geschwindigkeit und Tonhöhe gemeinsam ändert. Im aktuellen Audacity-Handbuch wird Change Pitch als Effekt beschrieben, der die Dauer erhält. Die Eingabe eines Intervalls dort allein reicht daher für diese Aufgabe nicht aus. Quelle: Audacity-Handbuch zu „Change Pitch“.

Orientieren Sie sich an dem Wert, den die Benutzeroberfläche tatsächlich übernimmt. Wenn sie Ihr gewünschtes Verhältnis rundet, berechnen Sie das Ergebnis anhand des übernommenen Werts, bevor Sie einen langen Export starten. Für ein Verhältnis wie 1,25 ist die Dezimalzahl endlich; bei einem gleichstufig temperierten Halbton ist jeder endliche Dezimalwert eine Näherung.

FFmpeg bietet eine weitere Möglichkeit: asetrate ändert die Abtastrate, ohne die PCM-Sampledaten zu verändern, und erzeugt dadurch eine gekoppelte Änderung von Geschwindigkeit und Tonhöhe. aresample wandelt das Ergebnis anschließend in die gewünschte Abtastrate für die Ausgabe um. Quellen: FFmpeg-Filter-Dokumentationsdatei, FFmpeg-Filterdokumentation.

Das vollständige Beispiel unten setzt voraus, dass FFmpeg installiert und in Ihrem Terminal unter ffmpeg verfügbar ist. Führen Sie es in einem beschreibbaren Verzeichnis mit unbenutzten Dateinamen aus. Der erste Befehl erzeugt einen zehn Sekunden langen Testton mit 440 Hz und einer Abtastrate von 48.000 Hz; der zweite wendet ein Verhältnis von 5/4 an und schreibt eine WAV-Datei mit 48.000 Hz. Die dokumentierte FFmpeg-Quelle sine liefert die Sampledaten. Quelle: FFmpeg-Filter-Dokumentationsdatei.

ffmpeg -n -f lavfi -i "sine=frequency=440:sample_rate=48000:duration=10" -c:a pcm_s16le ratio-input.wav
ffmpeg -n -i ratio-input.wav -af "asetrate=60000,aresample=48000" -c:a pcm_s24le ratio-output.wav

Die Abtastrate des Zwischenergebnisses beträgt 48.000 × 1,25 = 60.000 Hz. Für die Ausgabe werden eine Dauer von 8 Sekunden und ein Ton mit 550 Hz erwartet. Durch die Resampling-Umwandlung auf die Ausgabe-Abtastrate von 48.000 Hz bleibt die geänderte Wiedergabezeit erhalten. Diese Befehle wurden anhand der Dokumentation geprüft; FFmpeg war in der Rechercheumgebung nicht verfügbar, daher wurden sie nicht ausgeführt.

Um das Beispiel anzupassen, ermitteln Sie zunächst die Abtastrate Ihrer Quelldatei. Bei einer Quelle mit der Abtastrate S muss die Abtastrate des Zwischenergebnisses S × r betragen. Wenn Sie für eine Quelle mit einer anderen Abtastrate als 48.000 Hz den Wert 60.000 wiederverwenden, ändert sich das Verhältnis. Prüfen Sie, ob die Abtastrate des Zwischenergebnisses von Ihrem Build und Ihrer Filterkette unterstützt wird, insbesondere bei großen Änderungen.

Unterscheiden Sie drei Fragen: Welches Verhältnis beabsichtigen Sie, welchen Wert akzeptiert das Werkzeug, und welche Dauer lässt sich durch die Sample-Anzahl der exportierten Datei darstellen? Ein exakter Bruch wie 5/4 kann als endliche Dezimalzahl dargestellt werden. Viele musikalische Intervallverhältnisse erfordern bei numerischer Eingabe eine Näherung.

Auch bei einer Abtastratenumwandlung muss genau hingesehen werden, wenn die Abtastrate des Zwischenergebnisses gerundet wird. Rein rechnerisch erfordert die Erhöhung einer Quelle mit 48.000 Hz um einen gleichstufig temperierten Halbton beispielsweise etwa 50.854,228529 Hz. Wenn die gewählte Abtastrate 50.854 Hz beträgt, ist das angewendete Verhältnis 50.854/48.000 und entspricht nicht exakt dem vollständigen mathematischen Zielwert. Die Berechnung 1200 × log₂(tatsächliches Verhältnis ÷ Zielverhältnis) ergibt eine Abweichung von etwa −0,00778 Cent. Der Zusammenhang mit Cent ist in der Frequenz- und Notenreferenz der UNSW dokumentiert.

Die Dauer unterliegt einer separaten Einschränkung: Eine digitale Datei enthält eine ganzzahlige Anzahl von Sample-Frames. Bei 48.000 Hz dauert ein Sample-Frame etwa 20,833 Mikrosekunden. Eine berechnete Zieldauer, die zwischen Sample-Grenzen liegt, muss durch eine benachbarte Grenze dargestellt werden. Für den obigen zehn Sekunden langen Test entspricht die erwartete Ausgabedauer von acht Sekunden genau 384.000 Sample-Frames pro Kanal.

Diese Berechnungen liefern eine praktische Entscheidungsgrundlage: Bewahren Sie das definierende Verhältnis auf, notieren Sie den tatsächlich angewendeten Wert und vergleichen Sie jede Abweichung mit der erforderlichen Genauigkeit Ihres Projekts. Bezeichnen Sie einen gerundeten Einstellungswert nicht als mathematisch identisch mit seinem Zielwert.

Prüfen Sie die exportierte Datei selbst. Eine sinnvolle Diagnosefolge überprüft zuerst das Timing, dann die Frequenz und zuletzt die vollständige Aufnahme.

1. Dauern vergleichen. Berechnen Sie ursprüngliche Dauer ÷ r. Für das erzeugte Beispiel werden 10 ÷ 1,25 = 8 Sekunden erwartet. Überprüfen Sie die gesamte Datei einschließlich ihres Endes.
2. Eine bekannte Frequenz vergleichen. Ein Testton mit 440 Hz sollte bei 1,25× zu 550 Hz werden. Verwenden Sie einen Frequenzanalysator mit ausreichender Auflösung für den gewünschten Vergleich.
3. Die übernommenen Einstellungen prüfen. Notieren Sie den tatsächlich verwendeten Multiplikator oder die Abtastrate des Zwischenergebnisses einschließlich etwaiger Rundungen.
4. Das Ergebnis vollständig anhören. Prüfen Sie Anfang, Ende und Übergänge sowie, ob Sie die gewünschte Auswahl bearbeitet haben.

Anhand des Abweichungsmusters lässt sich die Ursache eingrenzen. Korrektes Timing bei unveränderter Tonhöhe deutet auf eine tonhöhenerhaltende Bearbeitung hin. Korrekte Tonhöhe bei unveränderter Dauer deutet auf einen separaten Tonhöheneffekt hin. Wenn beide Änderungen um denselben falschen Faktor abweichen, überprüfen Sie die Richtung des Verhältnisses und bei einer Abtastratenumwandlung die Abtastrate der Quelle. Dies sind diagnostische Schlussfolgerungen aus den Gleichungen für die gekoppelte Änderung.

Wenn Sie sowohl eine Ziel-Dauer als auch eine Ziel-Tonhöhe haben, vergleichen Sie die dafür erforderlichen Verhältnisse vor der Bearbeitung. Um eine 60-Sekunden-Aufnahme auf 48 Sekunden zu verkürzen, ist r = 1,25 erforderlich; eine Verdopplung der Tonhöhe erfordert r = 2. Eine einzige konstante gekoppelte Änderung kann beides nicht erfüllen. Sie müssten ein Ziel anpassen oder eine Bearbeitung wählen, bei der Tonhöhe und Dauer unabhängig gesteuert werden.

Für eine zuverlässige Umwandlung notieren Sie das Verhältnis, berechnen Sie die erwartete Dauer und Frequenz, wenden Sie eine gekoppelte Änderung an und vergleichen Sie den Export mit diesen Vorhersagen. So erhalten Sie ein reproduzierbares Ergebnis und können Rundungen klar erklären.

• Change Speed and Pitch — Audacity-Handbuch
• Change Pitch — Audacity-Handbuch
• Notennamen, MIDI-Nummern und Frequenzen — UNSW
• FFmpeg-Filter-Dokumentationsdatei — filters.texi
• FFmpeg-Filterdokumentation — aresample