Aloitetaan korvan toiminnasta. Näissä videoissa esitetään, miten ilmamolekyylien värähtely muuttuu korvassa lopulta sähköiseksi signaaliksi, jonka aivot sitten tulkitsevat ääneksi.
Lyhyt video suomeksi (Yle). Katso ainakin tämä.
Avaruusromua: korvan toiminta ja taajuustesti. Katso alussa olevat videot.
Korvan toiminta vielä kerran (NIH). Vähän parempi kuvanlaatu.
Jos kuuleminen kiinnostaa, näiden videoiden jatkoksi Youtube tarjoaa lisää.
ääni syntyy kappaleen tai aineen värähtelystä
äänen siirtymiseen tarvitaan väliaine
ääni etenee väliaineen hiukkasten tihentyminä ja harventumina ja sitä kuvataan aaltoliikkeenä
äänellä on
taajuus (värähtelyn nopeus)
voimakkuus (värähtelyn laajuus)
vaihe (se kohta aaltoliikkeessä, jossa tietyllä hetkellä ollaan menossa)
kesto
yksinkertaisin värähtely: siniaalto
luonnollinen ääni koostuu osavärähtelyistä, joilla on eri voimakkuus ja taajuus, ja jotka määräävät äänensävyn (äänenvärin)
jos taajuus pysyy riittävän pitkään samana, havaitaan sävel
jos osavärähtelyjen taajuudet ovat perusvärähtelyn f moninkertoja (2f, 3f, 4f jne., ne ovat harmonisia)
musiikin intervallit perustuvat harmonisiin värähtelysuhteisiin
Chrome music lab sisältää helppoja ja hauskoja demoja. Tutki äänen ominaisuuksia ainakin seuraavilla:
Audacity-ohjelmalla voi tutkia ja kokeilla akustiikan ilmiöitä. Ääniä voi syntetisoida Luo-valikon toiminnoilla.
Kun haet seuraavissa tehtävissä tarvittavia projekteja, muista, että aup-projektin ja data-kansion pitää olla aina samassa paikassa, jotta projekti aukeaa kunnolla.
Seuraavien tehtävien kuvaajat näkyvät parhaiten, kun muutat Audacityn asetuksista kohdasta Raidat > Spektrogrammit kohdasta Skaalaus maksimitaajuuden arvoon 20000 Hz. Kuuntele mieluiten kuulokkeilla, mutta säädä kuunteluvoimakkuus ensin hiljaiseksi ja lisää sitä vähitellen sopivaksi.
Äänen sointi (sointiväri, äänensävy) syntyy osavärähtelyjen yhteisvaikutuksesta.
Avaa projekti sahalaita-aalto.
Kaikilla raidoilla on siniääntä eli yksinkertaista perusvärähtelyä. Alaspäin mennessä värähtelynopeus (taajuus) kasvaa ja värähtelyn voimakkuus (amplitudi) pienenee. Toisella raidalla taajuus on kaksinkertainen ja voimakkuus puolet ensimmäisestä, kolmannella raidalla taajuus on kolminkertainen ja voimakkuus kolmasosa ja niin edelleen.
Tehtävä A:
Soita projektia silmukkatoistona (shift-play).
Poista mykistykset järjestyksessä ja kuuntele tarkasti. Mitä kuulet?
Kun olet poistanut mykistykset kaikilta raidoilta paitsi viimeiseltä ja kuunnellut kokonaisuutta, pysäytä toisto.
Aloita sitten toisto niin, että kaikki raidat paitsi viimeinen ovat päällä. Mitä nyt kuulet?
Viimeisellä raidalla on kaikkien edellisten raitojen summa. Kuuntele sitä soolona. Tällaista ääniaaltoa kutsutaan sahalaita-aalloksi. Katso raitaa spektrogramminäkymässä, niin näet osavärähtelyt vaakasuorina viivoina.
Kuuntele Chrome music labin oskillaattoreita. Kuulostaako niiden sahalaita-aalto samalta?
Tehtävä B:
Tallenna projekti nimellä sahalaita-aalto-kokeilu.
Kuuntele silmukkatoistolla ja mykistä siniääniraitoja vuorotellen. Kuuntele kokonaisuuden äänensävyn muutosta.
Käytä verhokäyrätyökalua ja säädä raitojen voimakkuutta niin, että kunkin raidan voimakkuus muuttuu ajassa.
Miksaa siniaaltojen summa uudelle raidalle:
Valitse kaikki siniaaltoraidat.
Valitse Raidat > Miksaus > Miksaa ja renderöi uudelle raidalle.
Nimeä uusi raita "Miksaus 2".
Katsele miksausraitoja spektrogramminäkymässä.
Tee kolme erilaista miksausraitaa ja vie ne erillisinä wav-äänitiedostoina:
Valitse miksausraidat.
Valitse Tiedosto > Vie > Vie useita
Jaa äänitiedostot opettajalle.
Vihje: jos miksaat vain parittomat muuttamattomat raidat, saat lopputulokseksi neliöaallon.
Tehtävä C (vapaaehtoinen):
Lisää projektiin siniääniraitoja, joiden taajuus muuttuu ajassa:
Raidat > Lisää uusi > Monoraita.
Luo > Viserrys
Aaltomuoto: sini
Taajuus alussa ja lopussa eri (esim. 400 ja 410 Hz)
Miksaa näitä edellisen tehtävän tapaan.
Vie miksausraidat äänitiedostoiksi ja jaa opettajalle.
Ihminen kuulee korvillaan ääniä, joiden taajuus eli värähtelyn nopeus on noin 20–20000 hertsiä (värähdystä sekunnissa).
Avaa projekti taajuuspyyhkäisy. Sen jokaisella raidalla on ääni, jonka taajuus nousee 20 hertsistä 20000 hertsiin (äänet on tehty toiminnolla Luo > Viserrys). Muuta raidan alun valikosta näkymäksi Spektrogrammi, jos raita on aaltomuotonäkymässä. Säädä myös spektrogrammiasetuksista maksimitaajuudeksi 20000 Hz, jotta näet koko kuvaajan. Voit vetää raitaa leveämmäksi sen alareunasta.
Kuuntele yhtä raitaa kerrallaan. Raitojen 1 ja 2 ääni on siniääni eli yksinkertainen perusvärähtely.
Kuuntele raitaa 1. Kuuletko äänen koko raidan alueella? Kokeile kuulokkeilla ja tietokoneen kaiuttimilla, niin huomaat eron äänentoistossa.
Raidan 2 aaltomuoto on neliö ja raidan 3 sahalaita. Miksi ne on helpompi kuulla matalilla taajuuksilla? Miksi ne kuulostavat ja näyttävät erilaisilta kuin 1? Lisää opit kohdasta Harmoniset osasävelet.
Vertaa neliö- ja sahalaita-aaltoa Chrome music labin vastaaviin oskillaattoreihin.
Avaa projekti viritys.
Ensimmäisellä raidalla on yksinkertainen värähtely eli siniääni, jonka taajuus on 500 hertsiä. Toisella raidalla on siniääni, jonka taajuus liukuu 480:stä 500 hertsiin. Kuuntele raitoja ensin erikseen ja sitten yhdessä. Mitä kuulet?
Jos kaksi ääntä, joiden taajuudet ovat lähellä toisiaan, soi yhdessä, syntyy huojunta. Huojunnan taajuus on äänten taajuuksien erotus, tässä tapauksessa alussa 20 hertsiä. Kun taajuudet lähenevät, huojunta hidastuu ja häipyy lopulta kokonaan. Ilmiö kuuluu myös esimerkiksi kitaran kieliä viritettäessä.
Kolmannella raidalla on edellisten raitojen miksaus. Aaltomuotonäkymässä näet huojunnan ja spektrogramminäkymässä toisiaan lähestyvät taajuusviivat. Säädä spektrogrammiasetuksista maksimitaajuudeksi 600 Hz ja ikkunan kooksi suurin mahdollinen, niin näet viivat selvimmin. Voit myös vetää raitaa leveämmäksi.
Avaa projekti vastavaihe.
Kuuntele raitoja erikseen. Vertaile ääniaaltoja. Mitä samaa, mitä erilaista?
Kuuntele raitoja yhdessä. Mitä tapahtuu? Miksi?
Vaihe kertoo, missä kohdassa aaltomuotoaan värähtely on menossa. Tässä toinen aalto on kopioitu ensimmäisestä ja käännetty vastakkaisvaiheiseksi: Tehosteet > Muuta vastavaiheiseksi. Kun toinen menee ylös, toinen menee alas. Kun toisessa on huippu, toisessa on laakso.
Miksaa raidat yhteen: Raidat > Miksaus > Miksaa ja renderöi uudelle raidalle. Miltä miksaus näyttää?
Mykistä miksaus ja muuta kahden ensimmäisen raidan panorointeja: toista enemmän oikealle ja toista vasemmalle. Kuuntele. Mitä tapahtuu ja miksi?
Spektri näyttää osavärähtelyjen taajuudet tietyllä hetkellä ja sonogrammi eli spektrogrammi taajuuksien muutokset ajan suhteen.
Tehtävä A:
Avaa projekti sahalaita-aalto.
Klikkaa johonkin kohtaa Miksaus-raitaa (jossa on sahalaita-aalto).
Valitse Analysoinnit > Piirrä spektri.
Kuvaajassa näkyy kapenevia ja madaltuvia huippuja. Mikä yhteys niillä on projektin raitojen siniaaltoihin?
Tehtävä B:
Avaa Chrome music labin spektrogrammi.
Kuuntele esimerkkiääniä ja tutki niiden kuvaajia:
Missä äänissä on paljon, missä vähän osavärähtelyjä?
Ovatko osavärähtelyt koko ajan yhtä voimakkaita?
Laula ja soita mikrofoniin ja tarkkaile kuvaajaa. Yritä tuottaa suullasi ääni, jonka spektrin laajuus vaihtelee.
Laula samalla sävelkorkeudella suomen kielen vokaalit a e i o u y ä ö ja muita eri kielten vokaaleja ja itse keksittyjä äänteitä. Tarkkaile kuvaajaa.
Piirrä kuvaajaan ja kuuntele ääntä.
Muistisääntöjä:
Kirkas ääni: paljon osavärähtelyjä
Tumma ääni: vähän osavärähtelyjä
Selvä aluke: alussa paljon korkeita värähtelyjä, jotka sammuvat nopeammin kuin perussävel
Ajatellaan yksittäistä soittimen säveltä. Sillä on alku, keskikohta ja loppu. Äänen voimakkuutta ajan suhteen kuvaa verho- eli vaippakäyrä (envelope).
Äänen alku (aluke) on tärkeä soittimen tunnistamiselle. Se voi olla jyrkkä tai loiva, alkaa iskumaisesti tai vähitellen. Aluke sisältää usein korkeita osavärähtelyjä, jotka häipyvät nopeasti. Niitä aiheuttaa esim. vasaran lyönti, jousen osuminen, näppäily tai puhalluksen voima.
Äänellä on tasainen keskikohta silloin, kun soittimeen tulee jatkuvasti energiaa ulkopuolelta: jousen veto, puhallus ja laulun hengitys pitävät ääntä soimassa. Jos energiaa ei tuoda alun jälkeen, mennään suoraan alusta häipymiseen ilman pitovaihetta. Tällaisia ovat lyömällä tai näppäämällä tuotettavat äänet.
Ääni voi loppua äkillisesti, kun energian tuonti lakkaa tai värähtely pysäytetään, tai jatkua pitkään, jos värähtelevä kappale on suuri (kello, tamtam, pianon bassokieli).
Avaa projekti soittimia.
Projektin raidoilla on orkesterisoittimien yksittäisiä säveliä. Tutki jokaisen äänen kehittymistä ajassa:
Onko aluke jyrkkä vai loiva? Onko voimakkain kohta heti alussa vai myöhemmin?
Onko äänessä pitovaihe? Pysyykö se siis keskivaiheilla pitkään suunnilleen samanlaisena?
Onko loppu äkillinen vai vähitellen häipyvä?
Muuttuuko äänen sävy paljon äänen kestäessä?
Tallenna projekti nimellä soittimia-kokeilu.
Trumpetin ääni on melko tasainen alusta loppuun. Muokkaa siitä epäpuhallinmainen, niin kuin se olisi näppäiltävä soitin:
Normalisoi raita: Tehosteet > Normalisoi. Käytä oletusasetuksia. Tämä voimistaa raidalla olevaa ääntä.
Piirrä verhokäyrätyökalulla äkkijyrkkä alku, nopea hiljeneminen ja vähittäinen häipyminen. Tarvitset ainakin viisi hallintapistettä.
Vie raita wav-tiedostoksi ja jaa opettajalle.
Tee näppäillystä alttoviulun sävelestä hitaasti voimistuva ja vaimeneva, ikään kuin jousella soitettu ääni. Kokeile kahta eri tapaa:
A
Normalisoi raita.
Tee alueesta kopio toiselle raidalle: Muokkaus > Kahdenna.
Katkaise alue voimakkaimmasta kohdasta: lähennä näkymää, klikkaa juuri ennen voimakkainta aaltoa, varmista nollakohta näppäilemällä Z. Katkaise: Muokkaus > Leikkaa rajoja > Jaa ja poista alku.
Tee alueesta kopio samalle raidalle (esim. Tehosteet > Toista). Käännä ensimmäinen alue takaperin: Tehosteet > Takaperin, niin että kokonaisuudesta tulee symmetrinen.
Voit myös venyttää kokonaisuutta: Tehosteet > Muuta tempoa.
B
Käännä alue takaperin.
Valitse äänen paksuin kohta ja Tehosteet > Häivytä ulos.
Voit venyttää tätäkin.
Kumpi on luontevampi? Jaa raidat wav-tiedostoina opettajalle.
Suodattamalla voidaan vaimentaa tai korostaa äänen osavärähtelyjä ja näin muuttaa äänen sävyä. Audacityssä voit käyttää esimerkiksi alipäästö- ja ylipäästösuodatinta, graafista EQ:ta ja Filter Curve -suodatinta. Nämä kaikki ovat Tehosteet-valikossa. Parhaiten vaikutus selviää kokeilemalla.
Kokeile esimerkiksi:
Poista tamtamista matalat äänet (alle 200 Hz) ylipäästösuodattimella.
Poista tamtamin sähinä alipäästösuodattimella. Kokeile eri raja-arvoja.
Tee fagotin äänestä ohut piirtämällä Filter Curve -suodattimella kuoppa johonkin kohtaan taajuusaluetta.
Tee trumpetin ääneen ilkeä korostuma vetämällä graafisessa EQ:ssa yksi tai kaksi vierekkäistä säädintä jostakin kohtaa ylös.
Jaa parhaat kokeilut wav-tiedostoina opettajalle.
Avaa Philharmonia-orkesterin soitinnäytteet. Lataa omalle koneelle muutama oman soittimesi näyte (eri soittotapoja ja voimakkuuksia) ja muutama toisen soittimen näyte.
Käynnistä Audacity, tuo ääniä siihen, kuuntele ja visualisoi. Tutki äänen voimakkuuden kuvaajaa: millaiset ovat äänen elinvaiheet? Tuodaanko soittimeen energiaa äänen aikana vai annetaanko äänelle vain alku ja annetaan sitten soida?
Tutki äänen sonogrammia ja spektriä. Miten osavärähtelyjen suhteet muuttuvat? Miten korkeita osavärähtelyjä äänessä on?
Kokeile suodattimia. Suodata äänestä pois matalia taajuuksia (ylipäästösuodin, highpass filter). Kuuletko vielä perussävelen? Suodata pois korkeita taajuuksia (alipäästösuodin, lowpass filter). Missä vaiheessa soitin menettää ominaisvärinsä? Suodata esiin kapea kaista tietyn taajuuden ympäriltä (kaistanpäästösuodin, bandpass filter) tai poista tietty taajuuskaista (kaistanestosuodin, band-reject filter). Miten äänen sävy muuttuu?
Voit myös jyrkentää tai loiventaa sävelen alkua ja loppua. Vaikuttaako se soittimen tunnistamiseen? Kokeile myös äänen kääntämistä takaperin.
Lue tämän ja seuraavan viikon aikana tärkeimmät asiat Äänipäästä:
Lukiessasi mieti vastauksia näihin kysymyksiin. Vastaa kysymyksiin helmikuun aikana. Kaikkea ei ole pakko tehdä kerralla, vaan voit jatkaa vastaamista henkilökohtaisen linkin kautta.
Tunnilla kuunneltavat äänidemot tehdään Electro-acoustic music primer -ohjelmalla. Se on opiskelupaketti, joka perustuu Max/MSP-ääniohjelmointiympäristöön. Jos haluat kokeilla kotona, lataa Maxin demoversio ja E-A music primer omalle koneelle. Maxia vastaava vapaa ohjelma on Pd eli Pure data. Ohjelmat ovat samaa alkuperää ja toimivat samoilla periaatteilla. Pd:n saa Linuxiin, Maciin ja Windowsiin ilmaiseksi.
iPadin Garageband ja sen Sampleri-soitin
käytä keräilyääniäsi
äänitä suoraan iPadiin
käytä Philharmonian soitinääniä
Olemme oppineet, että kunkin soittimen luonteenomaiseen ääneen vaikuttavat:
osasävelrakenteesta (spektristä) johtuva äänenväri
äänen ajallinen rakenne
syttymisnopeus
keston aikana tapahtuvat muutokset (jos niitä on)
sammumisen tapa
Äänenväriä voidaan muokata suotimilla:
alipäästö
ylipäästö
kaistanpäästö
kaistanesto
ekvalisaattori, jolla voidaan piirtää eri taajuuksiin vaikuttava käyrä
Äänen kehittymistä ajassa kuvaa verhokäyrä eli vaippakäyrä, ja sitä voidaan muokata musiikinteko-ohjelmalla.
Garagebandin samplerissa on nämä työkalut.
Sävellä musiikkia tallentamiasi ääniä käyttäen. Yritä löytää niistä säveltasoja, rytmikkäitä aineksia ja taustoja.
Luo Garageband-projektiin kolme tai useampia sampleri-soittimia. Käytä jokaisessa samaa lähdemateriaalia eri tavalla:
jos äänestä löytyy säveltasollinen kohta, poimi se esiin ja käytä soitinta melodiasoittimena
jos äänessä on jyrkkiä alukkeita, käytä niitä rytmisoittimena
pitkää taustamaista ääntä voit käyttää säestävänä sointimattona
muokkaa äänen sävyä raidan ekvalisaattorilla.
Voit esikäsitellä ääniä Audacityllä, esimerkiksi poimia osan pitkästä äänestä.
Jos käytät useampaa ääninäytettä, voit tehdä useampia sampleriraitoja (2 tai 3 raitaa yhdelle näytteelle).
Musiikin tekemistä äänitetyistä äänistä. Äänien ei tarvitse olla alun perin musiikillisia eikä niillä ole tarkoitus kuvata äänen lähdettä. Ääniä voidaan muokata hyvin kauas alkuperäisestä. Kuulijan ei tarvitse tunnistaa äänen alkuperää.
1940-luku: ääninauha
1960-luvulta lähtien tietokone ja prosessointilaitteet
1980-luku: sampleri
1990-luku: tietokone
2010-luku: mobiililaitteet
Teoksia:
Pierre Schaeffer: Étude aux chemins de fer (1948)
Trevor Wishart: Vox 5 (1986)
Rakenna hybridisoittimia muokkaamalla ja yhdistämällä eri soittimien ääniä, venyttämällä tai kutistamalla, muuttamalla voimakkuuden vaihteluja ja sävelkorkeutta. Suodattamalla voit muuttaa äänen sävyä. Voit syntetisoida ääntä Audacityn omilla työkaluilla ja yhdistää sitä soitinääniin.
Ideoita:
Tee jyrkästä alukkeesta loiva tai päinvastoin: tunnistatko vielä soittimen?
Yhdistä toisen soittimen aluke, esim. lyömäsoitinalku jousisoittimeen.
Yhdistä alku, keskikohta ja loppu eri soittimista.
Kaiuta iskuääntä ja käytä pelkkää kaikua: saat jatkuvan äänen.
Laadi hybridisoittimilla pieni etydi.
Pienessä huoneessa puhuessaan tai lauleskellessaan saattaa huomata, että jokin äänenkorkeus soi erityisen voimakkaasti eli resonoi. Tämä johtuu seisovasta aallosta eli huonemoodista. Jos huoneen pituus on sopivassa suhteessa äänen aallonpituuteen, huoneeseen syntyy kohtia, joissa seinästä heijastuvat ääniaallot vahvistavat toisiaan. Kylpyhuoneen kovat seinät auttavat äänen heijastumista (huoneessa kaikuu helposti).
Esimerkki: Huoneen pituus on 2 metriä. Sellainen ääni, jonka aallonpituuden puolikas on 2 metriä (aallonpituus 4 metriä), muodostaa seisovan aallon, jonka vahvistuskohta on huoneen keskellä. Äänen taajuus (värähdyksiä sekunnissa), aallonpituus (metriä) ja äänen nopeus (metriä sekunnissa) suhtautuvat toisiinsa seuraavasti:
taajuus = nopeus / aallonpituus
aallonpituus = nopeus / taajuus
nopeus = taajuus ✖️aallonpituus
Kun äänen nopeus ilmassa on 343 m/s ja aallonpituus 4 m, taajuus on 343/4=85,75 Hz. Tämä on suuren oktaavin E:n ja F:n välillä. Tätä säveltä laulettaessa huoneen keskeltä pitäisi löytyä vahvistuskohta.
Kokeile: Mittaa kylpyhuoneen pituus tai leveys. Kerro se kahdella niin saat aallonpituuden. Laske sitten taajuus ja katso sitä vastaava sävel vaikka täältä. Jos sävel on liian matala laulettavaksi, kokeile laulaa oktaavia tai oktaavia ja kvinttiä korkeammalta. Liiku samalla huoneessa, niin löydät parhaan vahvistuskohdan.
Voit myös laskea toiseen suuntaan: jos löydät voimakkaasti soivan sävelen, katso sitä vastaava taajuus ja laske siitä huoneen pituus. Voit tarkistaa mittaamalla.
Soitettaessa yleensä halutaan välttää seisovista aalloista johtuvia sävelten korostumisia ja vaimenemisia. Se onnistuu, kun tila on riittävän iso eikä soiteta lähellä seiniä tai nurkkia, joihin helpoimmin syntyy vahvistuskohtia.