Akustiikan laboratorio
Akustiikan laboratorio on Aalto-yliopiston monitieteinen tutkimuskeskus, joka keskittyy äänenkäsittelyyn ja tilaääneen.
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.
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
Lue lisää uutisia
Modernin arkkitehtuurin tutkimukseen merkittävä apuraha Koneen säätiöltä – Laura Bergerin hanke rinnastaa rakennuskadon luontokatoon
Aalto-yliopiston postdoc-tutkija Laura Berger ja hänen työryhmänsä ovat saaneet Koneen säätiön 541 400 euron apurahan hankkeen tutkimiseen, joka tarkastelee rakennuskadon vaikutuksia yhteiskunnalle ja ympäristölle.
Professori Matti Rossille tiimeineen arvostettu AIS Impact Award 2024
Tiimi voitti palkinnon teknologisesta ja yrittäjyyteen liittyvästä vaikuttavuudesta
Tutkijoiden tavoitteena on korjata kvanttivirheet huoneenlämmön sijaan superkylmässä lämpötilassa
Kvanttitietokoneiden kehityksessä yksi suurimmista haasteista on se, että kvanttibitit eli kubitit ovat liian epätarkkoja. Tarvitaan siis tehokkaampaa kvanttivirheen korjausta, jotta kvanttitietokoneita voidaan tulevaisuudessa ottaa laajemmin käyttöön. Professori Mikko Möttösellä on kvanttikorjaukseen uudenlainen ratkaisuehdotus, ja sen kehittämiseksi hän on saanut kolmevuotisen apurahan Jane ja Aatos Erkon säätiöltä.