Features - Hauptfenster

Nach dem Starten des Programms hat man grundsätzlich drei Möglichkeiten zu beginnen. Entweder man lädt eine Musikdatei, eine Zeitreihendatei oder man beginnt mit der Liveaufzeichnung des Mikrofoneingangs. In den ersten beiden Fällen wird im horizontal geteilten Hauptfenster die Zeitreihe, seien es nun Musik oder andere Daten, so dargestellt, dass sie den Ausschnitt füllt. Bei kurzen Files kann man dort schon eine Klangstruktur erkennen, bei längeren eher ein stochastisches Gemisch.
Auf dem Bildschirmfoto (Abbildung 4.1) sieht man die wesentlichen Merkmale des so geöffneten Programms. Im Menü gibt es die in jedem Windowsprogramm auffindbaren Einträge Datei, Bearbeiten, Ansicht, Fenster, Hilfe sowie zwei weitere Menüs Daten und Einstellungen. In der Symbolleiste sind die wichtigsten Befehle über Buttons verfügbar, dazu gehören von links nach rechts:

Wavedatei öffnen. 

Das bedeutet, dass nach Anklicken dieses Buttons eine Dateidialog aufgerufen wird, in dem der Benutzer ein Musikfile, welches im windowseigenen WAV- Dateiformat vorliegt, auswählen kann, welches dann eingelesen und in der Übersichtsdarstellung angezeigt wird.
Zeitreihe einlesen. 

Hier wird ein Dateidialog aufgerufen, in welchem der Benutzer eine Zeitreihendatei welche in den Formaten TXT (normale Textdateien) PRN (Mathcad­eigene Exportdateien) oder DAT (sonstige Datendateien) vorliegen kann, auswählt. Diese wird dann intern temporär in ein WAV File umgewandelt und wie vorher im Hauptfenster in der Übersicht dargestellt.
Fenster speichern. 

Bei fast allen Fenstern ist es möglich, den zurzeit dargestellten Ausschnitt als Grafik in eine Datei mit dem WMF-Format (Windows Metafile) zur späteren Verwendung abzuspeichern. Ist ein Fenster aktiv und gibt es dort die Möglichkeit der Speicherung, so ist der Button sichtbar und aktiv und es wird ein Dateidialog aufgerufen, der es dem Benutzer ermöglicht einen Dateinamen und den Speicherort festzulegen. Der Vorteil am WMF-Format ist die Kompatibilität mit allen Microsoftprogrammen, vor allem dem Officepaket.
In die Zwischenablage kopieren.

Bei allen Fenstern bei denen eine Speicherung des Fensterinhalts möglich ist, kann dieser auch über diesen Button einfach in die Zwischenablage kopiert werden, dazu genügt auch der bekannte Shortcut Strg-C. Von der Zwischenablage aus kann das Bild in etliche andere Programme z.B. Microsoft Word eingefügt werden. Auf diese Weise sind alle Beispieldiagramme für diese Arbeit angefertigt.
Fenster drucken.

In einer zukünftigen Version wird es auch eine Druckmöglichkeit geben, da eine Implementierung jedoch keine inhaltliche Ergänzung liefert und einen relativ großer Programmieraufwand nach sich zieht, ist sie im jetzigen Zustand nicht vorgesehen.
Aufnahme starten

Ist das Abhören der Soundkarte aktiv, d.h. kommen über ein Mikrofon Signale an der Soundkarte an und der Button Capture  gedrückt, so ist diese Funktion wählbar. Hier wird erst nach einem Speicherort und –name für die entstehende Wavedatei gefragt und dann der Aufnahmevorgang gestartet. Sollen also eingehende Audiosignale in eine Datei aufgezeichnet werden, so kann man das mit dieser Funktion tun.
Aufnahmestop

Beendet die Aufnahme, sofern eine läuft, und speichert die Datei vom Hauptspeicher auf die Festplatte.
Play Wave

Dieser Button ist erst aktiv, wenn entweder eine Zeitreihe oder eine Wavedatei geöffnet wurde. Wird er betätigt, so wird die Datei ab der Stelle wo sich der Cursor im Übersichtsbereich des Hauptfensters befindet über die Lautsprecher wiedergegeben und sämtliche aktiven Analyse- und Visualisierungsfenster erhalten die Nachricht, die aktuellen Signale zu verarbeiten und anzuzeigen.
Loop Play

Dieser Schalter kann bei nicht laufender Wiedergabe betätigt werden. Er hat zwei Einstellungen gedrückt/nicht gedrückt. Ist der Button gedrückt, so wird der Playcursor, sobald das Ende der Datei erreicht ist wieder an den Anfang zurückgesetzt und die Datei wird endlos wiederholt bis der Benutzer auf Stop drückt.
Stop Playing

Durch das Betätigen dieses Buttons wird eine laufende Wiedergabe gestoppt. Der Playcursor verbleibt an seiner Stelle, so dass beim erneuten Starten der Wiedergabe dort begonnen wird, wo das Abspielen beendet wurde.
Wave entfernen

Dieser Button ist eine Art Reset des Programms. Es werden alle geladenen Informationen entladen und aus den Ansichten entfernt, die Speicher werden geleert und die Zeiger auf den Anfang zurückgesetzt. Wenn man z.B. eine Mikrofonaufnahme machen will, nachdem man sich eine Musikdatei angesehen hat, so empfiehlt es sich erst auf diesen Button zu drücken um ein tabula rasa zu schaffen.
FFT Größe

Dieser Button, dessen Funktion auch über die Menüauswahl Einstellungen - FFT aufgerufen werden kann, lädt einen Dialog in dem der Benutzer die Anzahl der Punkte für die Fast Fourier Transformation (FFT) auswählen kann. Im Dropdownfeld sind die Potenzen von 2 aufgelistet, die ein normaler Rechner gut verarbeiten kann. Hierbei gilt, je mehr Punkte für eine FFT verwendet werden, desto genauer ist die Frequenzauflösung, aber desto höher ist die benötigte Rechenpower und desto geringer ist die Zeitauflösung. Einen guten Kompromiss erhält man in der Regel bei 4096 Punkten.
Waveformat

Ein Klick auf diesen Button ruft ein Dialogfeld auf, in dem die für die angeschlossene Soundkarte möglichen Aufnahmemodi aufgelistet sind. D.h. für eine Soundkarte mit einer Amplitudenauflösung von 16 Bit und einer Zeitauflösung von 48 kHz sind Samplingraten von 8Bit,8kHz bis 16 Bit,48 kHz auswählbar. Die Auswahl ist allerdings auf einkanalige Aufnahmen beschränkt, da das Programm nur mit Monofiles arbeitet.

Bei einem Rechner mit mehreren Soundkarten kann über das Menü: Einstellungen - Soundkarte eine andere Auswahl getroffen werden, falls die beim Starten vorgenommene Standardauswahl nicht gewünscht ist. Falls sich die Soundkarten in ihren Aufnahmefähigkeiten unterscheiden, so wird das nach entsprechender Auswahl auch im Waveformatdialog berücksichtigt.
Audioeingang abhören

Sind die Parameter der Aufnahme schon ausgewählt, so startet ein Klick auf diesen Button das Abhören der Mikrofonsignale sofort, sind sie es nicht, erscheinen erst die entsprechenden Abfragen. Ein erneuter Klick auf den Button beendet das Abhören des Audioeingangs, die Darstellungen der zuletzt analysierten Daten in den einzelnen Fenstern der Module bleiben aber erhalten.

Nur wenn dieser Button aktiv ist, kann auch eine Aufnahme der Signale mit dem Aufnahmebutton  gestartet werden.
Mixer

Manchmal ist es hilfreich die Aussteuerung des Mikrofons bzw. die Lautstärke der Lautsprecher zu regeln. Dazu dient dieser Button, der den windowseigenen Mixer aufruft. Wird ein mit einer speziellen Soundkarte mitgelieferter Mixer verwendet, so muss dieser auf normalem Wege aufgerufen werden. Die Programmierung eines eigenen, programminternen Mixers wurde überlegt, aber aus Zeitgründen verworfen.
Info

Dieser Button ruft standardmäßig das Fenster mit den Copyrights und Versionsnummern auf. So auch hier. Nach einem Klick auf den Button erscheint ein Dialog, der die wichtigsten Infos über das Programm zusammenträgt. Autor, Copyright, verwendete Quellcodes, Versionsnummer etc.

Die nun folgende Reihe von Buttons findet sich analog auch im Menü Ansicht wieder. Ein Klick ruft das entsprechende Modul auf und ein erneuter Klick beendet es gegebenenfalls wieder. Eine Erläuterung zu den einzelnen Modulen kommt nach diesem Kapitel.
ruft das Modul Zeitreihendarstellung auf
ruft das Modul Fast Fourier Transformation auf
ruft das Modul Fast Fourier Transformation in 3D – Darstellung auf
ruft das Modul Obertonanalyse auf
ruft das Modul Sonogrammdarstellung auf
ruft das Modul Rekonstruktion auf
ruft das Modul Zeitreihenanalyse auf
ruft das Modul Dateiinfo auf

In der Statuszeile des Programms können die wichtigsten Parameter des aktuellen Arbeitsfensters sofort abgelesen werden. So findet sich ganz links die übliche Kurzbeschreibung der gerade angewählten Befehle. Daneben werden der Name der gerade geladenen Datei mit den Eigenschaften Samplingrate und Bittiefe angezeigt, sowie die ausgewählte FFT-Größe. Auch ob eine Aufnahme oder nur das Abhören des Mikrofonsignals läuft wird in der Statuszeile angezeigt. 

Nach der Beschreibung der für alle Module gültigen Funktionen nun zurück zur Beschreibung des Hauptfensters:

Nach dem Laden einer Datei wird die Zeitreihe in der Übersicht (dem oberen Teil des Hauptfensters) angezeigt. Durch klicken und ziehen kann man nun mit der Maus einen Ausschnitt davon im unteren Teil des Hauptfensters vergrößert anzeigen lassen. Der Ausschnitt wird in der Übersicht schwarz markiert. Möchte man detailliertere Ausschnitte wählen, so hat man die Möglichkeit in beiden Bereichen mit den Zoomslidern die Darstellung der Zeitreihe zu vergrößern oder zu verkleinern, sowohl in der Zeit-(horizontal), als auch in der Amplitudenachse (vertikal).

Zur Analyse hat man jetzt mehrere Möglichkeiten, entweder man wählt im unteren Ausschnitt mit der Maus einen Bereich aus, der dann an die anderen Module zur Analyse übergeben wird, oder man klickt in der Übersicht auf eine Stelle, ab der man die Musik hören will und drückt dann auf den Play  Button. Während des Abspielens bewegt sich die Cursorposition in der Übersicht entsprechend dem Musikverlauf. Alle aktiven Module erhalten während des Abspielens in Abständen von 100ms die jeweils neuen Werte der Zeitreihe zur Auswertung zur Verfügung gestellt. 

Bei der Analyse von Ausschnitten ist es hilfreich die Angabe der Samples im rechten Bereich des Hauptfensters zu beachten. Der Wert gibt an wie viele Datenpunkte der Zeitreihe in diesem Moment ausgewählt sind. Sind es über 100.000, so kann man sich auf längere FFT Rechenzeiten gefasst machen.

Der Schalter Genauigkeit im Parameterbereich des Hauptfensters regelt die Anzahl der Messpunkte , die von der ursprünglichen Zeitreihe im Ausschnittsfenster dargestellt werden. Bei den riesigen Datenmengen ist es meistens unnötig für jeden Messwert einen entsprechenden Bildschirmpunkt für die Darstellung zu berechnen, da der Bildschirmbereich ja in der Regel auf wenige hundert Pixel in einer Achse beschränkt ist. Sind z.Bsp. 100.000 Messwerte zur Darstellung ausgewählt und stehen aber nur 500 Pixel in x-Richtung zur Verfügung genügt es nur für jeden 200. Datenpunkt einen Bildschirmdarstellung zu berechnen. Manchmal erreicht man dadurch aber keine repräsentative Auswahl , gerade bei periodischen Signalen ist die Darstellung dann oft verfälscht , daher kann man hier die Genauigkeit erhöhen , d.h. die Anzahl der berechneten Datenpunkte pro Pixel. 

Eine andere Möglichkeit bietet die Auswahl zwischen „Samples “ und „Einhüllende “. Wird „Einhüllende“ ausgewählt , versucht der Rechner aus den periodischen Schwingungen die Maxima herauszufiltern und diese zu verbinden , so dass eine flächige Darstellung einer Einhüllenden des Klangs möglich ist und auf die Darstellung der einzelnen Messwerte verzichtet werden kann. Aber auch dieses Verfahren funktioniert nicht in allen Fällen gut , deswegen hat hier der Benutzer die Wahl .

Interessiert man sich für das Aussehen der Hüllkurven wie sie in Kapitel 2.3.1 beschrieben wurden, so bietet das Hauptfenster die Möglichkeit aus gewählten Ausschnitten eine solche charakteristische Hüllkurve zu generieren. Wie der Screen­shot (Abbildung 4.3) eines Oboen­tons zeigt , kann man durch Doppelklick im Ausschnittsbereich des Hauptfensters eine Zone zur weiteren Analyse festlegen , die durch zwei senkrechte blaue Striche gekennzeichnet wird. Klickt man dann auf den Button „Bearbeite Einhüllende “, so öffnet sich ein neues Fenster , in dem zuerst sämtliche als Maxima detektierten Punkte als grüne Kreuze sichtbar werden. Man wird dann die Punktmenge ein- oder zweimal optimieren. Dabei wird ein Algorithmus durchlaufen , der anhand von gewichteten Nachbarn etliche überflüssige Punkte entfernt . Wenn man dann mit dem Button „Zeichne Hüllkurve“ einen Betaspline konstruiert , hat man eine Rohfassung der Einhüllenden , die man dann durch Hinzufügen oder Entfernen der nun roten Stützpunkte per Augenmaß optimiert und dann speichern kann. Als Ergänzung kann man die anfängliche Punktmenge durch Auswahl weiterer Ausschnitte von anderen Tönen überlagern und auf diese Weise eine Art Durchschnittshüllkurve generieren. 

In einer späteren Fassung des Programms könnte dann der Versuch gemacht werden, die so generierten Hüllkurven auf andere Klänge anzuwenden und so die Charakteristik eines Klangs , der durch die Hüllkurve hervorgerufen wird, präziser herauszufinden und sogar hörbar zu machen .