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 12 000 opiskelijaa ja yli 4000 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
Missä tuntuu rakkaus? Uusi tutkimus valottaa rakkauden luonnetta aiempaa tarkemmin19.9.2023 08:46:31 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston tutkijat muodostivat kehokarttoja rakkauden eri lajeista. Läheisissä ihmissuhteissa koetaan voimakkaimpia rakkauden kokemuksia, mutta vahvana ilmenee myös esimerkiksi rakkaus luontoa kohtaan.
Onko puu ruskeaa, sinistä, keltaista vai läpinäkyvää? Tutkijat löysivät keinon tehdä puusta läpinäkyviä ja värikkäitä pinnoitteita18.9.2023 15:45:00 EEST | Tiedote
Tutkijat ovat onnistuneet kehittämään puiden sisältämästä ligniinistä uudenlaisia pinnoitteita. Keksinnöllä on monia käyttömahdollisuuksia esimerkiksi huurtumisen estossa, jossa se voi korvata erittäin myrkyllisiä kemikaaleja.
Nimitys: Professori Jyri Hämäläinen Aalto-yliopiston tutkimuksesta vastaavaksi vararehtoriksi18.9.2023 12:33:53 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston hallitus on nimittänyt professori Jyri Hämäläisen Aalto-yliopiston tutkimuksesta vastaavaksi vararehtoriksi 1.12.2023 alkaen viisivuotiskaudeksi. Hän seuraa tehtävässä Ossi Naukkarista, jonka kausi päättyy 31.10.2023. Tekniikan tohtori, professori Jyri Hämäläinen toimi Sähkötekniikan korkeakoulun dekaanina vuosina 2015–2023 ja varadekaanina vuosina 2014–2015. Hänet nimitettiin määräaikaiseksi professoriksi Teknilliseen korkeakouluun vuonna 2008 ja Aalto-yliopiston vakinaisen professuurin hän sai vuonna 2013. Ennen Aalto-yliopistoon tuloaan hän työskenteli Oulun yliopistossa ja teollisuudessa, muun muassa Nokia Networks -yhtiössä. Jyri Hämäläisellä on 240 tieteellistä julkaisua ja 37 patenttia tai patenttihakemusta Yhdysvalloissa. Hän on Oulun yliopiston dosentti ja Teknillisten Tieteiden Akatemian jäsen. Jyri Hämäläinen on suorittanut tohtorintutkinnot sovelletusta matematiikasta (FT) Oulun yliopistossa ja tietoliikenteen signaalin käsittelystä (TkT) Teknillisessä kork
Tutkimus: Maapallon rajat tulleet vastaan – jo kuusi yhdeksästä planetaarisesta rajasta ylitetty13.9.2023 21:00:00 EEST | Tiedote
Maapallolla on ylitetty jo kuusi ihmisten elinolosuhteiden kannalta keskeistä planetaarista rajaa, selviää kansainvälisestä tutkimuksesta. Makean veden planetaaristen rajojen tutkimusta johti Aalto-yliopiston ryhmä.
Tutkijat analysoivat globaalia muuttoliikettä aiempaa tarkemmin – ilmiö on luultua monimutkaisempi8.9.2023 10:01:00 EEST | Tiedote
Tutkimuksessa selvisi muun muassa, että sosioekonomiset syyt painoivat liikkumisen taustalla ilmastonmuutosta enemmän.
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