Uutiset

Kitaravahvistinta matkiva tekoäly sai kuulijat lankaan

Tutkijat mallinsivat sähkökitaran vahvistimen ääntä neuroverkon avulla niin hyvin, etteivät kuulijat erottaneet tietokoneen luomaa ääntä aidosta.
Testing guitar signals at the Aalto Acoustics Lab
Akustiikan tutkijat kouluttivat neuroverkon jäljittelemään kitaravahvistinta. Kuvassa kitaraäänen testausta Aalto-yliopiston Akustiikan laboratorion kauittomassa huoneessa.

Painavat ja kalliit kitaravahvistimet voivat jäädä pian tarpeettomiksi. Aalto-yliopiston akustiikan tutkijat onnistuivat jäljittelemään syväoppivan neuroverkon avulla kitarasäröä niin hyvin, että suuri osa kuulijoista ei erottanut aitoja ja mallinnettuja ääniä toisistaan.

Kitaravahvistin on laite, joka vahvistaa sähkökitaran tuottaman äänen. Sen avulla voidaan tuottaa rockmusiikissa suosittua kitarasäröä, eli äänen säröytymistä. Syvät neuroverkot ovat ihmisaivojen toimintaa jäljitteleviä koneoppimismenetelmiä. Ne on suunniteltu oppimaan niille syötetystä aineistosta säännönmukaisuuksia ja tuottamaan haluttu tulos, tässä tapauksessa äänen muokkaus.

Koehenkilöt saivat kuunneltavakseen aidoilla kitaravahvistimilla sekä erilaisilla ja erikokoisilla neuroverkoilla tuotettuja ääninäytteitä.

”Neuroverkkoja on käytetty kitarasärön mallinnukseen aiemminkin, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun koehenkilöt eivät huomanneet kuuntelukokeissa eroa äänityksen ja mallinnetun kitarasärön välillä. Tätä voisi verrata tilanteeseen, kun tietokone oppi ensimmäistä kertaa pelaamaan shakkia”, sanoo professori Vesa Välimäki Aalto-yliopiston akustiikan laboratoriosta.

Neuroverkolle syötettiin muutaman minuutin mittaisia prosessoimattomia kitaraäänitteitä sekä vahvistimen säröyttämiä äänitteitä, joiden perusteella ne oppivat jäljittelemään vahvistimien ääntä. Tutkimuksessa käytettiin WaveNet-neuroverkkoa. Käytetyt vahvistinmallit olivat Blackstar HT5 Metal ja Mesa Boogie Express 5: 50 Plus -putkivahvistimia.

A basic schematic of the guitar signal between the neural net and amplifier
Neuroverkolle syötettiin kitaran käsittelemätöntä ääntä sekä sama ääni vahvistimen muokkaamana. Neuroverkko alustettiin satunnaisarvoihin ja sen luomaa mallia korjattiin vertaamalla sitä aitoon vahvistinääneen, kunnes nämä olivat riittävän yhdenmukaiset.

Läppäri voi tulevaisuudessa korvata vahvistimen

Monet kitaravahvistimet perustuvat analogisiin piireihin, joissa käytetään äänen särön tuottamiseksi yleensä tyhjiöputkia tai transistoreita. Samalla kun musiikin tuotanto digitalisoituu, kysyntä suurten, kalliiden ja särkyvien analogisten laitteiden digitaalisille korvaajille kasvaa.

Kitaravahvistimen analoginen piiri voidaan simuloida tarkasti mallintamalla sen komponentit. Näin saadut mallit vaativat kuitenkin usein liikaa laskentatehoa, jotta niillä voidaan käsitellä ääntä reaaliaikaisesti. Lisäksi jokaiselle vahvistimelle on luotava manuaalisesti uusi malli.

Neuroverkoilla haluttu lopputulos voidaan saavuttaa huomattavasti ketterämmin, ja mallit eivät vaadi suurta laskentatehoa. Kaikki mahdolliset kitaravahvistimet voidaan mallintaa samalla periaatteella eli syöttämällä verkolle äänidataa.

”Keskityimme mallien luomisessa niiden suorituskykyyn. Malleja voidaan ajaa reaaliajassa tavallisella tietokoneella”, sanoo syväoppimiseen ja äänenkäsittelyyn erikoistunut tohtoriopiskelija Alec Wright.

Lähitulevaisuudessa kitaristi siis voi vain kytkeä soittimensa läppäriin ja kaiuttimista kajahtaa täysin vakuuttava vahvistinääni, tutkijat arvelevat.

Tutkimus julkaistiin Applied Sciences -julkaisussa. Linkki julkaisuun

Lisätietoja

Vesa Välimäki

Vesa Välimäki

Professori
Signaalikäsittelyn ja akustiikan laitos
Alec Wright

Alec Wright

Doctoral candidate
Dept Signal Process and Acoust

Akustiikkaa ja audiotekniikkaa voi opiskella Aalto-yliopistossa

Four Aalto University students working on their laptops in lounge area / photo by Unto Rautio

Master's Programme in Computer, Communication and Information Sciences - Acoustics and Audio Technology

The major in Acoustics and Audio Technology gives fundamental knowledge about acoustical phenomena, human hearing and audio technologies, and facilitates students to apply this knowledge in practice. Acoustics and Audio Technology is one of the majors offered in the Master's Programme in Computer, Communication and Information Sciences (CCIS).

Koulutustarjonta
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

vaping
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tekoälyn avulla tehty tutkimus osoitti: Instagram tulvii nuoria houkuttelevaa sähkötupakkamainontaa

Sadoista tuhansista sähkötupakkajulkaisuista yli 60 prosenttia oli peräisin yritystileiltä. Nuorille mainostetaan muun muassa sähkötupakan makutiivisteitä.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Lähes puolet pienistä ja keskisuurista yrityksistä on hakenut koronakriisissä julkista tukea, vain alle kuudesosa pankkilainaa

Aalto-yliopiston, Erasmus-yliopiston (Hollanti) ja St. Gallenin yliopiston (Sveitsi) tutkijaryhmä on selvittänyt suomalaisten pienten ja keskisuurten yritysten rahoitusvaihtoehtoja ja tulevaisuudennäkymiä koronakriisissä.
Aivokuori seuraa äänen piirteitä hyvin täsmällisesti ymmärtääkseen puhetta. Kuva: Aalto-yliopisto
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ihmisaivot seuraavat puhetta ajallisesti tarkemmin kuin muita ääniä

Tuore tutkimus osoittaa, että sanojen ymmärtäminen on aivoille millisekuntipeliä, mutta ympäristön ääniä ne tulkitsevat kokonaisuuksina. Tuloksista voi olla hyötyä, kun tutkitaan häiriöitä puheen käsittelyssä.
hukka-rakentamisessa-1
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Hukan mittaaminen paljastaa rakentamisen tuottavuuskehityksen pullonkaulat

Rakentamiselle tyypillinen projektikohtainen vaihtelu ja systemaattisuuden puute haastavat tuottavuuskehityksen. Aalto-yliopiston tutkimushanke kehitti menetelmiä niistä periytyvän hukan mittaamiseen sekä suunnittelussa että toteutuksessa. Mittarit osoittivat, että suurin osa työajasta on hukaksi luokiteltavaa tekemistä, joten hukkaa minimoimalla tuottavuuden kehityspotentiaalikin on huikea.