Wat is audio pitch (toonhoogte)? Zo verander je de klank van een stem

Toonhoogte is hoe hoog of laag een geluid lijkt, en ze wordt bepaald door de grondfrequentie van het geluid: hoe vaak het per seconde trilt. Bij een stem bepalen de stemplooien de toonhoogte, en keel en mond vormen de klank. Een pitch shifter verschuift beide samen, en daarom klinken kleine verschuivingen natuurlijk en grote niet. Om de toonsoort van een opname te veranderen zonder de snelheid te veranderen, verschuif je haar een paar halve tonen met een toonhoogte- en snelheidswijziger.

Toonhoogte en frequentie: wat is het verschil?

Frequentie is een natuurkundige meetwaarde: het aantal trillingen per seconde, uitgedrukt in hertz (Hz). Toonhoogte is wat we horen: hoe hoog of laag een geluid lijkt. De twee horen bij elkaar, want een hogere frequentie horen we als een hogere toon, maar het verband is geen rechte lijn. We horen toonhoogte in verhoudingen: elke verdubbeling van de frequentie klinkt als dezelfde stap, één octaaf. Van 110 Hz naar 220 Hz is een octaaf, en van 440 Hz naar 880 Hz ook, al is de tweede stap in hertz vier keer zo groot.

Muziek verdeelt elk octaaf in twaalf halve tonen. In het gangbare stemmingssysteem verhoogt elke halve toon de frequentie met ongeveer 5,9 procent, en de noot A4 ligt vast op 440 Hz. Meer heb je niet nodig om elke frequentie als noot te benoemen; de Frequentie naar noot-converter doet de berekening, en Van Hz naar noot legt die stap voor stap uit.

Hoe de stem toonhoogte maakt

Als je spreekt of zingt, brengt lucht uit de longen de stemplooien in het strottenhoofd in trilling. Het tempo van die trilling is de grondfrequentie van de stem, vaak geschreven als F0, en dat is wat we als toonhoogte horen. Langere, zwaardere stemplooien trillen langzamer. Daarom zijn mannenstemmen doorgaans lager dan vrouwenstemmen, en kinderstemmen nog hoger. Door de stemplooien aan te spannen gaat de toon omhoog, net als bij het aanspannen van een gitaarsnaar. De School of Physics van UNSW Sydney beschrijft het mechanisme in haar inleiding op de akoestiek van de stem.

Klank is geen toonhoogte: formanten

Twee mensen kunnen dezelfde noot zingen en toch totaal anders klinken. De stemplooien maken een zoemend geluid dat de grondtoon bevat en daarboven een hele reeks boventonen. Onderweg naar buiten gaat dat geluid door keel en mond, die op bepaalde frequenties meeresoneren en de boventonen versterken die daar liggen. Die resonanties heten formanten. Ze hangen af van de grootte en vorm van het spraakkanaal, en ze maken van een klinker een ‘aa’ of een ‘ie’ en onderscheiden de ene stem van de andere.

Het belangrijke punt is dat de formanten grotendeels onafhankelijk zijn van de toonhoogte. Zing je een toonladder op één klinker, dan beweegt de grondtoon, maar de resonanties van je spraakkanaal blijven ongeveer waar ze zijn.

Waarom een verschoven stem onnatuurlijk klinkt

Een eenvoudige pitch shifter verschuift alles in dezelfde verhouding: de grondtoon, de boventonen en de formanten. Verschuif je een stem een octaaf omhoog, dan verdubbelen ook de formanten, alsof keel en mond van de spreker tot de helft zijn gekrompen. Het oor leest dat als een piepklein wezentje: het bekende chipmunk-effect. Naar beneden verschoven klinkt dezelfde stem als iemand met een onmogelijk groot hoofd.

Bij kleine verschuivingen valt het effect nauwelijks op, omdat echte stemmen onderling ook zoveel verschillen. Tot twee of drie halve tonen klinkt een verschoven stem nog als dezelfde persoon. Daarboven verandert het karakter. Professionele tools kunnen de toonhoogte verschuiven en de formanten op hun plaats houden; eenvoudige pitch shifters, ook die op deze site, verschuiven ze samen.

De toonhoogte veranderen zonder de snelheid te veranderen

Bij een platenspeler of een bandrecorder zitten toonhoogte en snelheid aan elkaar vast: speel je sneller af, dan wordt alles hoger. Digitale bewerking haalt die twee uit elkaar. Zo transponeer je een nummer of een opname:

Veelvoorkomende redenen om de toonhoogte te veranderen

• Een begeleidingstrack transponeren, zodat een nummer in een prettige toonsoort voor je stem ligt.
• Een sample aanpassen aan de toonsoort van een project. Zoek de toonsoort eerst op met de BPM- en toonsoortanalyzer.
• Oefenen: een snelle passage vertragen zonder dat die lager wordt.
• Creatieve effecten: een stem die ver omhoog of omlaag is verschoven, klinkt met opzet onnatuurlijk, en dat is precies wat sommige stijlen willen. Wil je dat toonhoogte en snelheid samen dalen, zoals bij een vertraagde plaat, gebruik dan de Slowed + Reverb Maker.