Digiääni –luonnollinen vai ei? Ja miksi?

[htoyryla]

Jäin tuon Roland-ketjun pohjalta miettimään digihaitarin ääntä, sen synnyttämistä ja kokemista verrattuna aidon pelin ääneen. Tämä kirjoitus ei ole minkään puolesta eikä vastaan, vaan käsittelee äänen keinotekoisen synnyttämisen menetelmiä. Pyrin olemaan niin yleistajuinen kuin mahdollista. Aion parannella tätä kirjoitusta lisäämällä ääninäytteitä tai muuta materiaalia myöhemmin.

Soitinääntä yritetäään matkia keinotekoisesti kahdella päätavalla:

• synteesi: luomalla ääni synteettisesti, siis kokonaan keinotekoisesti
• sämpläys: äänittämällä soittimen yksittäisiä ääniä ja toistamalla niitä

Synteesissä yleisimmin soundi rakennetaan lähtien yksinkertaisista äänimuodoista joita toisaalta yhdistellään, toisaalta suodatetaan. Yhdistely tuo ääneen jotakin lisää, suodatus muuttaa äänen sävyä. Näin muodostettu ääni on yleensä aika tylsä. Siksi siihen tehdään eloa muuttamalla äänen voimakkuutta, virettä, sävyä tai vaikka vibraatoa nuotin soinnin aikana. Tämmöinen soundi kuulostaa edelleen selvästi keinotekoiselta, sitä ei erehdy pitämään aitona soittimena.

Sämpläyksessä käytetään aitoja, äänitettyjä soittimen säveliä. Näiden tallettamiseen tarvitaan paljon muistia, ja  siksi tämä tekniikka yleistyi vasta 90-luvulla alkaen kun muistipiirien koko ja hinta tulivat sopivalle tasolle. Alkuvaiheessa muistia ei riittänyt joka sävelelle, vaan samaa sämpleä käytettiin useamman vierekkäisen sävelkorkeuden soittamiseen, oikea vire saatiin nopeuttamalla tai hidastamalla samplea, mistä seurasi tietty luonnottomuus ääneen. Nykyään on tapana paitsi käyttää omaa sämpleä jokaiselle sävelkorkeudelle, vaan myös sama sävel voi olla sämplätty usealla eri voimakkuudella.

Kun sämple on äänite aidon soittimen soivasta sävelestä, se on sinänsä luonnollisen kuuloinen. Ongelmaksi kuitenkin tulee, että sama sävel soi aina täsmälleen samalla tavalla, toisin kuin aidoissa soittimissa. Parhaissa toteutuksissa onkin useampia sämplejä kutakin säveltä kohti, joita vuorotellaan. Sämplen soittoon voidaan myös yhdistää synteesin keinoja, esim. yhdistellä useita sämplejä (vaikka näppäimen ääni, palkeen ääni ja kielen ääni sopivassa suhteessa), ja samaan tapaan kuin synteesissä, muuttaa sävelen voimakkuutta, virettä, sävyä tai vibraatoa sen soinnin aikana (joko tietyn kaavan mukaan tai soittajan ohjaamana, keyboardissa vaikkapa sen mukaan miten kovaa kosketinta painetaan, haitarissa se voisi vaikka riippua palkeen käytöstä).

Esimerkiksi haitarisämpleistä yleensä käy sämplekokoelma, jonka olen hankkinut joskus 8 vuotta sitten ja jonka äskettäin siirsin uudelle koneelleni. Siinä on kymmeniä eri sämplesarjoja eri haitareista ja niiden rekistereistä äänitettynä, joka nuotti erikseen, ja diskantit, bassot, sointubassot ja erilaiset ylimääräiset äänet erikseen. Kokeilin soitella keyboardilta metsäkukkia eri sämplesarjoilla, pelkkää diskanttia käyttäen (kun en ole koonnut semmoista kokonaisuutta jolla voisi yhtäaikaa soittaa bassoa ja diskanttia). Tulos on mielenkiintoinen mutta tylsä. Joukossa on muutama soundi jota voisin ajatella käyttää jossakin, mutta vain tilapäisesti.

freygish.com/htoyryla/music/accordionsamples.mp3

Tylsyys johtuu varmaankin siitä, että nämä ovat niitä raakoja sämplejä, näihin ei ole lisätty mitään eikä käsitelty niin että ne olisivat elävämpiä. Aito ääni soi eri lailla joka kerta, nämä aina samalla lailla.

Aidossa haitarissa kieli toimii fysiikan lakien mukaan palkeen paineen alla, läppien avautuessa ja sulkeutuessa, vuorovaikutuksessa ilman värähtelyn kanssa siellä haitarin kopan sisällä. Äänen muodostuminen on sen verran mutkikas prosessi että siihen tulee eloa. Sämple, vaikka se onkin kopio aidosta, ei elä vaan on itsensä toistoa. Silti, sämpleilläkin saa aikaa elävän kuuloista soittoa, vaihtelemalla samplejä ja muuttamalla niiden sointia niinkuin edellä on mainittu. Parhaan tuloksen saa kuitenkin aikaan vain säätämällä kunkin sävelen sointia, mikä onnistuu studiossa mutta ei aidossa soittotilanteessa. Sämpleillä saa siis tusinatasoista soittoa livenä, ja melkoisen elävän tuntuista studiossa.

Kokonaan toinen lähestymistapa on fyysisen mallinnuksen synteesi. Se ei pyri matkimaan ääntä, vaan sitä miten ääni syntyy soittimessa. Klarinetin ääni tehdään siinä mallintamalla lehdykän, putken, äänireikien ja kellon käyttäytyminen fysiikan lakien mukaan. Lopputuloksena on soitin, joka hämmentävän hyvin reagoi soittajan soittoon, siis tuntuu oikealta soittimelta myös soittajasta, toisin kuin sämplepohjaiset soittimet jotka huonommin tottelevat soittajaa. Mallinnuksen hyvyys sitten ratkaisee kuinka hyvin soundi vastaa tiettyä aitoa soitinta. Joka tapauksessa, vaikka ääni ei olisikaan aidon tuntuinen, se tottelee soittajaa realistisemmin kuin perinteinen synteesi tai sämplekäyttö.

Tässä videossa soitan puhallinohjaimella ja fyysisella mallinnuksella englannintorvea mukailevaa ääntä: http://www.youtube.com/watch?v=g0mlNH8PnN0

Fyysiseen mallinnukseen perustuvia digisoittimia ei kuitenkaan ole paljonkaan tarjolla. Tekniikka on ilmeisen haastava, tosin ei mahdoton koska hyvin toimivia ratkaisuja puhallinpuolelle on ollut olemassa jo kohta 20 vuotta. Arvelisin, että valmistajat eivät panosta näihin, kun nuo muutkin tekniikat menevät tarpeeksi hyvin kaupaksi. Voi myös olla että patentit haittaavat uusien valmistajien tuloa markkinoille, tosin alkuperäisten patenttien pitäisi jo alkaa olla vanhentuneita.

Tiedossani ei ole mitään fyysiseen mallinnukseen perustuvaa haitaria. En myöskään muista nähneeni teoreettista mallia haitarin mallinnuksesta (puhaltimien ja kielisoittimien fyysisiä malleja on tutkittu paljon ja minullakin on hyllyssä paksu teos niistä).

Haitarin ja puhaltimen välillä on paljon yhteistä: äänen synnyttää lehdykkä, palje vastaa tässä puhallusta. Mutta puhaltimessa äänen korkeus riippuu putkessa värähtelevän ilmapatsaan pituudesta, haitarissa lehdykästä itsestään. Haitarin koppa muodostaa silti tilan jossa värähtelevä ilma vaikuttaa soundiin. Sitten on vielä se kysymys miten samaan aikaan soivat lehdykät vaikuttavat toisiinsa (kun taas puhaltimissa soi vain yksi ääni kerrallaan).

Jos jätetään sisäinen toteutus ja ajatellaan fyysisen mallinnuksen soitinta soittamisen kannalta, niin mallinnetussa puhaltimessa sointiin vaikuttaa sormitus (mikä sävel), puhallus ja huulien puristus. Haitarin kohdalla näppäillään sävelet ja käytetään paljetta (mikä vastaa puhallusta). Huulien puristusta vastaavaa tekijää ei ole, kun kielet värähtelevät vapaasti.

Rolandin digihaitarien suhteen on ainakin minulle epäselvää, millä tekniikalla ääni synnytetään. Roland kutsuu tekniikkaa nimellä PBM (Physical Behavior Modeling) ja toteaa siitä

Physical Behavior Modeling uses complex algorithms (as opposed to sampled sounds) to accurately model an acoustic accordion's sound characteristics. The result is a faithful recreation of the actual physical behavior and expressive nuances of an acoustic instrument.

(Lähde: http://www.roland.com/products/en/FR-7/

Roland tässä selvästi sanoo että käytössä on algoritmit eikä sämplet, mutta ei toisaalta sano että ääni synnytettäisiin algoritmeilla, eikä käytä vakiintunutta termiä Physical modelling. Arvelisin, että Rolandin ratkaisu pohjautuu sampleihin joita sitten muokataan algoritmisesti. FR-18 -esitteessä samplet peräti mainitaankin:

With the same sound quality as Roland's acclaimed V-Accordion line-up and with dedicated new samples, the FR-18 digital diatonic will satisfy traditional folk-based musicians.

(Lähde: http://lib.roland.co.jp/products/en/brochures/res/61922193/FR-18_Catalog_150.pdfa )

Tämän perusteella voisi päätellä, että Roland käyttää sämplejä, siis äänitettyjä haitarin säveliä, joiden sointia muutetaan ilmeisen mutkikkailla keinoilla jotta saataisiin sointi ja soitettavuus lähemmäksi aitoa haitaria.

Ja vaikka sämplet sinänsä ovat aidon soittimen äänitettyjä ääniä, niin niiden äänitystilanne ja -järjestely ei ole triviaali. Pitää saada soittimen ääni talteen mahdollisimman sellaisenaan, ilman äänitystilan vaikutusta. Jokainen sävel pitää saada talteen mahdollisimman yhteensopivana muiden sävelien kanssa, jotta äänen sointi ei hypi kun mennään sävelestä toiseen.

Sämpletekniikan rajoitusten lisäksi digihaitari voidaan kokea epäaidoksi sen takia että ääni tulee kaiuttimesta eikä itse soittimesta. Aito haitari soi vähän joka suuntaan. Kaiuttimen ääni on suuntaava, ääni kuuluu toki eri suuntiin mutta eri sävyisenä. Itselläni tuli tästä havaintoja kun testasin FR-18:a.

Tässä 1. versio kokonaisena. Täydennän kun tulee lisää asiaa.
 

[mahu]

Oma kokemukseni esim. Rolandin digi 5-rivisestä ja 3-rivisestä:

En epäile etteikö tietokoneella voisi saada ihan täysin samanlaista ääntä kuin aidossa pelissä, mutta tulee hieman outo fiilis kun esim. nuotion äärellä soittaa digihaitarilla jonka äänessä on kaikua. Kaiun saa kyllä pois, mutta yleensä sitä kuulee käytettävän ja vielä luonnottoman paljon. Tälläisessä tilanteessa jos sokeana pitäisi kuunnella kappaletta niin nuotiotunnelma on kaukana. Ehkä kuitenkin digi-pelillä soittavat hakevat nimenomaan sitä monipuolisempaa äänimaailmaa kun mitä saa samanhintaisella aidolla pelillä.

Pelkästään Roland ei voi päättää miten kuulija kuulee äänen. Ääni voi olla vaikka miten tarkasti se mitä oikeastakin pelistä irtoaa mutta äänen digi peleissä luo kuitenkin kaiutin. En ole varma mutta epäilen että ei Rolandinkaan kaiuttimet pysty toistamaan ääniä mitä ihmisen korva pystyy kuulemaan. Tämän voisi tarkistaa. Lisäksi jokainen voi liittää peliin mitä kaiuttimia tahansa ja äänien toisto on riippuvainen taas kaiuttimista eikä pelistä.

Offtopic:
Sormiini en saanut 3-rivisellä pelillä aitoa tunnetta soittamisesta. Samoin palkeen käytöstä. Olen tottunut nopeissa kappaleissa että sointujen ja basson käytöllä on iso merkitys ilman virtaamiseen ja sitä kautta palkeen liikkeisiin. Digi-pelillä täytyi hieman erilailla käyttää ilmanappia.

Koskahan Roland tekee diatonisen digipelin joka hakkaa jalkaa samalla maahan luoden rytmiin lisää potkua, niinkuin moni soittajakin tekee

[htoyryla]

Oma kokemukseni esim. Rolandin digi 5-rivisestä ja 3-rivisestä:

En epäile etteikö tietokoneella voisi saada ihan täysin samanlaista ääntä kuin aidossa pelissä, mutta tulee hieman outo fiilis kun esim. nuotion äärellä soittaa digihaitarilla jonka äänessä on kaikua. Kaiun saa kyllä pois, mutta yleensä sitä kuulee käytettävän ja vielä luonnottoman paljon. Tälläisessä tilanteessa jos sokeana pitäisi kuunnella kappaletta niin nuotiotunnelma on kaukana. Ehkä kuitenkin digi-pelillä soittavat hakevat nimenomaan sitä monipuolisempaa äänimaailmaa kun mitä saa samanhintaisella aidolla pelillä.

Luitko oikeasti tuon kirjoitukseni, vai kommentoitko vanhasta muistista? Yritin tuossa valottaa eri tekniikoita ja oikeastaan aika kriittisestikin. Tekniikka antaa mahdollisuuksia mutta siinä on myös rajoituksia, eivätkä valmistajatkaan yleensä käytä parasta mahdollista tekniikkaa.

Tämä kaikuhomma liittyy myös tuohon mistä kirjoitin, että kun valmistaja äänittää, tai äänityttää, sämplet, niin ne pitää saa talteen mahdollisimman kuivana, ilman sitä äänitystilan vaikutusta (kun sitä ei enää saa millään pois).

Mutta tämä kaiku johon viittaat on sen digisoittimen itse lisäämä kaiku. Kaikissa digisoittimissa on semmoinen ilmiö, että semmoiset asetukset jotka ensi kuulemalta tuntuvat upeilta, ovat pitemmän päälle ja oikeassa käytössä melkein käyttökelvottomia.

Kun valmistaja valitsee presettejä ja oletusasetuksia, se tuntuu mieluummin valitsevat semmoiset asetukset jotka soitinta esiteltäessä ja kokeiltaessa antavat siitä paremman vaikutelman, kuin sellaisia asetuksia jotka olisivat oikeassa käytössä hyvät lähtöarvot. Tämä koskee lähes kaikkea musiikkielektroniikkaa: syntikoita, keyboardeja, kitaraefektejä. Soundit tehdään myyviksi ja sitten ne ovatkin liian mahtavia oikeaan käyttöön.

Pelkästään Roland ei voi päättää miten kuulija kuulee äänen. Ääni voi olla vaikka miten tarkasti se mitä oikeastakin pelistä irtoaa mutta äänen digi peleissä luo kuitenkin kaiutin. En ole varma mutta epäilen että ei Rolandinkaan kaiuttimet pysty toistamaan ääniä mitä ihmisen korva pystyy kuulemaan. Tämän voisi tarkistaa. Lisäksi jokainen voi liittää peliin mitä kaiuttimia tahansa ja äänien toisto on riippuvainen taas kaiuttimista eikä pelistä.

Kaiutinasiastakin kirjoitin. En niinkään usko, että kyseessä olisi kaiuttimen kyvyttömyys toistaa jotain soundille ja soinnille oleellista osaa äänessä. Enemmänkin että kaiuttimen vaste riippuu kuuntelusuunnasta toisin kuin haitarin kanssa, ja kaiuttimesta lähtevä ääni on pistemäisempi kuin oikean haitarin säteilevä ääni, jolloin se ei välttämättä elä siinä kuuntelutilassa samalla lailla. Tarkoitan sitä että oikean haitarin sisällä ja ympärillä ilma värähtelee yhtaikaa niillä eri taajuuksilla joita soitossa on, ja tämä yhteisvaikutus tuo lisää eloa ääneen. Kaiuttimen kanssa ihan samaa ei tapahdu. (Soitin kun soittaa niitä yksittäisiä ääniä joita sillä on tallessa eikä sitä kokonaisuutta joka soidessa syntyy.)

Lisäys: Tietenkin sisäänrakennetuissa kaiuttimissa on rajoituksensa ja myös mahdollisesti ei niin ihanteellinen taajuusvaste. Pieni kaiutin ei toista hyvin matalia, toistaa kyllä mutta ei niin hyvin. Ulkoisen äänentoiston kanssa saattaisi toimia paljon paremmin. Eikös juuri keikkailijat suosi näitä digipelejä?

Offtopic:
Sormiini en saanut 3-rivisellä pelillä aitoa tunnetta soittamisesta. Samoin palkeen käytöstä. Olen tottunut nopeissa kappaleissa että sointujen ja basson käytöllä on iso merkitys ilman virtaamiseen ja sitä kautta palkeen liikkeisiin. Digi-pelillä täytyi hieman erilailla käyttää ilmanappia.

Kun kokeilin Rolandin kolmerivistä, se tuntui kelvolliselta karmoskalta vaikka oli semmoiseksikin liian iso ja kolho. Karmoskat on yleensä tuommoisia viisikiloisia eikä niissä tarvitse paljetta nytkäytellä. Nyt kun olen vuoden soittanut länsimaista kaksirivistä, ja vaikka kiinnostaisikin peli jossa saisi systeemin ja sävellajin vaihdettua, niin tuon Rolandin koko, paino ja soundit kaikki puhuvat semmoisen hankintaa vastaan. Roland ei ole oikeasti tehnyt vähärivistä, vaan kompromissin joka ei ole iso haitari mutta ei oikein kunnon vähärivinenkään.