Uutiset

Akustiikan tutkijat hajottavat äänen tarkasti kolmeen perusosaan

Tutkijat uskovat, että nyt kehitetty äänenhajotustekniikka avaa täysin uusia mahdollisuuksia äänenkäsittelyssä, kuten musiikkiäänitteiden hidastamisessa.

Akustiikan tutkijat ovat jo 2000-luvun alusta alkaen jakaneet äänen kolmeen perusosaan: siniääniin, kohinaan ja transientteihin, joita on tutkittu myös Aalto-yliopiston akustiikan laboratoriossa. Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat todistaneet, että mitä tahansa ääntä voidaan matkia tarkasti yhdistämällä vihellyksiä, kilahduksia ja sihinää.

Tutkijat kehittivät tarkoitusta varten SiTraNo-ohjelmiston, jonka avulla ääni voidaan pilkkoa näihin kolmeen osaan. Äänen hajottamisen jälkeen sen jokaista osaa voi muokata haluamallaan tavalla.

”Siniäänet muistuttavat vihellystä, kohina on sihisevää ääntä, joka sisältää myös äänen vivahteita, ja transientit ovat kilahduksia. Ydinajatuksemme on, että mikä tahansa ääni voidaan hajottaa näihin kolmeen osaan – ei ole väliä ovatko ne yksinkertaisia tai monimutkaisia”, Aalto-yliopiston tohtoriopiskelija Leonardo Fierro kertoo.

”Vuonna 2016 opiskelijamme Eero-Pekka Damskägg esitti ensimmäisen kerran äänenkäsittelyn diplomityössään nopean tavan minkä tahansa äänen hajottamiseen kolmeen. Tämä työ on mahdollistanut hyvin tarkan ja joustavan mallin jatkokehittämisen, jonka Leonardo on nyt työssään tehnyt”, Aalto-yliopiston akustiikan professori Vesa Välimäki sanoo.

Leonardo Fierro (vas.) ja professori Vesa Välimäki kokeilivat Sitranoa Aalto-yliopiston akustiikan laboratorion Otala-kuunteluhuoneessa. Kuva: Anna Berg / Aalto-yliopisto.
Leonardo Fierro (vas.) ja professori Vesa Välimäki kokeilivat SiTraNo-ohjelmistoa Aalto-yliopiston akustiikan laboratorion Otala-kuunteluhuoneessa. Kuva: Anna Berg / Aalto-yliopisto.

Äänen muokkaaminen on Leonardo Fierrolle tuttua myös muusikkona ja rap-artistina.

”Lyhenne SiTraNo tulee englanninkielisten termien alkutavuista (Sines, Transients, Noise), joka kuulostaa suomen kielen sanalta sitruuna. Se inspiroi minut käyttämään käyttöliittymän graafisessa suunnittelussa keltaista väriä ja logoa, joka näyttää kuoritulta sitruunalta”, hän kertoo.

Tutkijat uskovat, että uusi äänenhajotustekniikka avaa monia mahdollisuuksia äänenkäsittelyssä. Pääasiallinen käyttökohde uudelle menetelmälle on äänen aikaskaalan muokkaus, erityisesti musiikkiäänitteiden hidastaminen. Sitä testattiin kuuntelutestissä vertaamalla uutta menetelmää ja Aalto-yliopiston edellistä äänenhidastustekniikkaa.

”Äänen hidastaminen eli äänen aikavenyttäminen kiinnostaa tällä hetkellä meitä eniten. Kun esimerkiksi katsomme urheilu-uutisia ja näemme hidastetun version urheilutapahtumasta, kyseessä on yleensä mykkäelokuva. Mielestäni tämä osoittaa, ettei tarjolla ole riittävän äänenlaadun takaavia työkaluja. Me olemme jo kehittämässä parempia aikaskaalan muokkausmenetelmiä, joissa käytetään syväoppivaa hermoverkkoa auttamaan komponenttien venytystä”, jatkaa professori Välimäki.

Korkealaatuinen äänihajotelma mahdollistaa myös uudentyyppisen musiikin uudelleenmiksauksen. 

”Yksi niistä on särötön dynaamiikan kompressio eli dynaamisen alueen pakkaaminen, jossa voimme vähentää äänen paikallisten huippujen voimakkuutta ja sen jälkeen lisätä äänen kokonaisvoimakkuutta”, Fierro kertoo.

Hajotelman toimivuus selvisi kuuntelukokeessa

Leonardo Fierro ja hänen ohjaajansa, professori Vesa Välimäki, huomasivat, että on tärkeää ottaa huomioon, miten ihmiset kuulevat äänen eri komponentit, kuten kilahdukset. Tämän pohjalta Fierro optimoi äänihavaintoon, sumeaan logiikkaan ja täydelliseen rekonstruointiin perustuen äänihajotelman, johon hän käytti luonnonvalintaa simuloivaa geneettistä algoritmia. Parannellussa hajotelmassa siniäänet ja transientit ovat toistensa vastakohtia, eikä ääni voi samanaikaisesti kuulua molempiin luokkiin. Kumpi tahansa niistä voi kuitenkin tapahtua samaan aikaan kohinan kanssa. 

Paranneltua hajotusmenetelmää verrattiin aiempiin menetelmiin kuuntelukokeen avulla, jossa kokeneet koehenkilöt kuuntelivat useita musiikkinäytteitä ja niistä eri menetelmillä irrotettuja komponentteja. Fierron kehittämä menetelmä voitti vertailun useimpien äänten kohdalla.

Tulokset on julkaistu alan johtavassa lehdessä Journal of the Audio Engineering Society. Open Access -artikkeli on luettavissa tästä linkistä.

Lisätietoa:

Leonardo Fierro (englanniksi)
Tohtoriopiskelija
Aalto-yliopisto, Informaatio- ja tietoliikennetekniikan laitos, akustiikan laboratorio [email protected]  

Vesa Välimäki
Professori
Aalto-yliopisto, Informaatio- ja tietoliikennetekniikan laitos, akustiikan laboratorio [email protected]  
+358 50 569 1176

Aalto University Acoustic Lab

Akustiikan laboratorio

Akustiikan laboratorio on Aalto-yliopiston monitieteinen tutkimuskeskus, joka keskittyy äänenkäsittelyyn ja tilaääneen.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

The magnetic properties of a material can affect how it interacts with light.
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijoille läpimurto: Yksisuuntaisen lasin kehitys vihdoin mahdollista

Tutkijat kehittivät uuden metamateriaalin, joka voi toimia monenlaisten teknologisten innovaatioiden pohjana.
Mikko Alava ja kolme muuta tutkimusryhmän jäsentä kuvattuna teknisen laitteen äärellä.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Suomen Kulttuurirahastolta suuria apurahoja tieteelle

Apurahan tieteeseen tai taiteeseen sai 30 henkilöä tai ryhmää Aalto-yliopistosta.
Kuvitus puun istuttamisesta haudalle ja puun kasvusta
Palkinnot ja tunnustukset Julkaistu:

Lappset-stipendin sai maisema-arkkitehti Anu Hakola

Hakola käsittelee diplomityössään muistopuita ja niiden merkitystä osana vainajien muistelua.
Photo
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Katsaus Aallon avoimiin julkaisuihin 2023

90 % Aallon vuoden 2023 tieteellisistä lehtiartikkeleista on avoimesti saatavilla.