Akustiikan tutkijat hajottavat äänen tarkasti kolmeen perusosaan
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 sanoo.
”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 kertoo.
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.
Uusia mahdollisuuksia äänenkäsittelyyn
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 juuri julkaistu alan johtavassa Journal of the Audio Engineering Society -lehdessä. Open Access -artikkeli on luettavissa tästä linkistä: https://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=22152
Katsoaksesi videon lähteestä www.youtube.com, anna hyväksyntä sivun yläosasta.Sound decomposed into sines, transients and noise with the SiTraNo appSiirry videokanavalle
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Leonardo Fierro (englanniksi)
Tohtoriopiskelija
Informaatio- ja tietoliikennetekniikan laitos, akustiikan laboratorio
leonardo.fierro@aalto.fi
Vesa Välimäki
Professori
Informaatio- ja tietoliikennetekniikan laitos, akustiikan laboratorio
vesa.valimaki@aalto.fi
+358 50 569 1176
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Metsähovin radio-observatorioon rakennetaan maailman laajakaistaisin vastaanotinjärjestelmä8.5.2025 08:45:00 EEST | Tiedote
Kahden kansainvälisen yrityksen tuki tuo parhaan mahdollisen tekniikan suomalaistutkijoiden käyttöön avaruuden mysteerien ratkomiseksi Aalto-yliopistoon kuuluvassa Metsähovin radio-observatoriossa.
Uusi painovoimateoria voi antaa vastauksia maailmankaikkeuden syntyyn7.5.2025 13:30:00 EEST | Tiedote
Tutkijoiden kehittämä ratkaisu painovoiman kvanttiteoriaan auttaisi löytämään vastauksia fysiikan suurimpiin kysymyksiin.
Kutsu: Tuotekehityskurssin loppugaala esittelee opiskelijoiden hienoimmat ratkaisut aina laajennettavasta minisaunasta muovimiinoja havaitsevaan drooniin7.5.2025 11:00:00 EEST | Kutsu
Huippusuositulla tuotekehityskurssilla opiskelijat kehittävät luovia ratkaisuja yritysten antamiin aitoihin haasteisiin. Monialaisilla tiimeillä on yhdeksän kuukautta aikaa ja 10 000 euron budjetti.
Tähtitieteilijät kuvasivat maailmankaikkeuden varhaisimpia galakseja29.4.2025 18:00:00 EEST | Tiedote
James Webb -avaruusteleskoopin tuoreet kuvat tarjoavat tutkijoille ainutlaatuisen näkymän galaksien kehitykseen siitä lähtien, kun maailmankaikkeus oli alle miljardin vuoden ikäinen.
Ainutlaatuinen tutkimus kartoitti satelliittitietojen avulla elinoloja: ahma palaamassa Etelä-Suomeen23.4.2025 08:35:00 EEST | Tiedote
Tuore tutkimus antaa arvokasta tietoa siitä, minkälaisissa metsätyypeissä ahma viihtyy. Suomen ahmapopulaatio on kasvanut tasaisesti viime vuosina, mutta laji on edelleen erittäin uhanalainen.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme