Keväällä 2016 olin yhteydessä Tapio Lokkiin, joka toimii akustiikan professorina Aalto-yliopiston tietotekniikan laitoksella. Hänen kanssaan olin ollut jo yhteistyössä meneillään olevan kuulonsuojainprojektin tiimoilla (josta lisää toisessa artikkelissa). Kysyin Tapiolta, olisiko hänen ryhmässään joku tutkija, joka olisi kiinnostunut tekemään kanssani psykoakustisen kuuntelukokeen asteikon- ja oktaavin laajentumisesta orkesterisoittimilla. Hän ehdotti tekniikan tohtori Jukka Pätystä, jonka konserttisaliakustiikkatutkimuksiin (Tapion kanssa) olin jo aiemmin tutustunut. Jukka toimi tällöin akatemiatutkijana Tapion tiimissä Aallossa. Jukka innostui asiasta ja nyt olemme tekemässä jo kolmatta yhteistä tutkimustamme.
Ensimmäinen oli siis kuuntelukoe, jossa ammattimuusikot ja harrastajamuusikot (N=36) kuuntelivat 564 ääniparia ja säätivät oktaaveja tai niiden monikertoja mielestään sopivan suuruisiksi. Itse koe oli melko suoraviivainen, mutta aineiston analysointi on ollut haasteellista. Tässä tutkimuksessa mukana on myös Kimmo Alho. Tilastoguruilta saatujen vinkkien pohjalta päädyimme käyttämään GAM:ia (General Additive Model), jota ei ole aiemmin vastaavissa tutkimuksissa käytetty. Tämä on lajissaan kattavin tähän asti tehdyistä tutkimuksista ja se on julkaistu Journal of Acoustical Society of America:ssa
https://asa.scitation.org/doi/10.1121/1.5131244
Artikkelin viimeinen luonnos, joka vastaa lähes lopullista julkaisua on ladattavissa tästä:
Alla kuuntelukokeen keskimääräinen tulos yhden oktaavin kuuntelujen perusteella yli kaikkien dynamiikkojen, soitinryhmien ja koehenkilöiden (kuva 1).
X-akselilla numerot tarkoittavat A-ääniä eli A4 on virityskeskiö (442 hz) ja siitä oktaavin välein ylös ja alaspäin. Mittasimme kaikki A- ja Eb-äänet ja ne ovat yhdistettynä tässä kuvaajassa. Y-akselilla on erotus matemaattisesta tasavireisyydestä (y = 0 on se, mitä viritysmittari näyttäisi) sentteinä. Bassopää siis putoaa normaalisti A2:een eli suureen A:han asti, mutta tasoittuu sitten, jääden n. -15 senttiin. Bassojen tulisi virittää instrumenttinsa tuohon, eikä 442:een. Koska kontrabasson kaikki vapaat kielet sijoittuvat tuolle stabiilille alueelle, asia hoituu helpoiten kalibroimalla mittarinsa 438 Hz:iin ja virittämällä sitten normaalisti. Kuulostaa uskomattomalta, mutta kannattaa kokeilla! Suuren A:n (A2) yläpuolella viritys sitten nousee 7-8 senttiä oktaavia kohden melko lineaarisesti. Kolmiviivaisen A:n (A6) yläpuolella käyrä jyrkkenee hieman. Tämä tarkoittaa, että niissä rekistereissä operoivien soittimien eli viulujen ja lähinnä pikkolohuilun tulee nostaa viritystä vieläkin enemmän. Tämä ilmenee tuloskäyrästä selvästi. Alemmassa kuvaajassa on pianonvirittäjien käyttämän Tunelab-ohjelman stretching-käyrä Steinway D -flyygelille, pystypianoista mitattu ns. Railsback-käyrä sekä oman kokeemme tulos (kuva 2). Yhtäläisyyksiltä ei voine välttyä. Orkesterisoittimien yläsävelsarjat olivat täysin harmonisesti puhtaita ja pianon väitetään olevan inharmoninen. Silti käyrät eivät juuri eroa ääripäissä toisistaan. Pianon käyrä on enemmän s-kirjaimen muotoinen eli virityskeskiön ympärystä tasoittuu. Tämä johtuu luultavimmin siitä, että eri äänialoihin on klassis-romanttisessa musiikissa yleensä kirjoitettu erilaista satsia. Bassopäässä suositaan enemmän haja-asettelua eli oktaaveja ja muita laajoja intervalleja (ja vältetään esim. terssejä), kun taas keskialueella ahdas asettelu ja tiiviit sointurakenteet ovat vallitsevampia. Keskialueen yläpuolella käytetään molempia tapoja, mutta äärialueilla kuitenkin lähinnä yksiäänisyyttä tai oktaavituplauksia. Vaikka muilla soittimilla keskirekisterin leviäminen oli kuuntelukokeen perusteella lineaarista, saattaa olla, että yllämainitut syyt pätisivät myös orkesterisoittimien intonointiin keskirekisterissä. Terhardtin ja Zickin (1975) tekemän tutkimuksen perusteella ahtaassa asettelussa laajenemista siis tarvitaan vähemmän, joka selittää keskirekisterin tasoittumisen.
Matalan rekisterin havainnoissa oli aiemmista tutkimuksista poikkeava trendi eli laajeneminen pysähtyi kaikkein matalimmilla äänillä. Tästä saimme ajatuksen, joka pohjautui spektrianalyysikurssilla tekemääni huomioon. Kuullaanko äänet saman korkuisina vai onko kuulijoiden välillä eroja? Jos jotkut äänet kuullaan eri korkuisina vaikka niiden pohjataajuudet olisivat samoja, mikä sen aiheuttaa? Koska olimme vakioineet muut muuttuvat tekijät, ainoa selittävä tekijä on spektri eli harmonisten yläsävelten voimakkuuksien keskinäinen suhde. Kokeessa 31 ammattimuusikkoa säätivät äänipareja unisonoon eli kuulostamaan saman korkuisilta. Edustettuina olivat orkesterin matalimmat soittimet ja äänilähteenä oikeat samplet oktaavikoetta varten kehitellyllä steady-state wavetable -synteesillä tuotettuna. Kuunnellut ääniparit olivat välillä A0-A2 eli 27,5 -110,5 Hz. (subkontra A – suuri A). Aihetta oli aiemmin tutkittu melko rajoitetusti, eikä kattavaa selitystä spektrin äänenkorkeushavaintoon liittyvistä rakenteellisista vaikutuksista ollut esitetty. Löysimme PCA-analyysin (Principal component analysis) avulla ilmiölle selityksen, mutta siitä lisää myöhemmin. Merkittävä havainto oli myös, että korkean tason ammattimuusikot kuulivat samat asiat hyvin eri tavalla. Jopa kokeen ylemmillä pareilla, joissa äänenkorkeus oli helpohko havaita, hajonta oli kymmeniä senttejä (100 senttiä = puolisävelaskel).
Kolmas tekeillä oleva kokeemme liittyy pianon viritykseen. Jo aiemmin tehdessäni laudaturseminaarityötäni olin miettinyt, mahtaako ainoaksi selitykseksi tarjoiltu pianon kielten inharmonia olla sittenkään syynä siihen, miksi pianot viritetään ns. stretching-käyrän mukaisesti. Tätä varten olemme äänittäneet pianon kielet tarkoituksena harmonisoida niiden yläsävelsarja. Prosessi ei ole helppo, mutta olemme jo loppusuoralla. Kävi myös mielessä, onko aiemmin (ja myös meidän äänityksessä) havaittu inharmonia johtunutkin siitä, että kielet on mitattu (äänitetty) pianosta, joka on jo stretching-käyrän mukaan viritetty ja jossa muiden kuin testattavan kielen perus- ja yläsävelet soivat mukana vaimennusyrityksistä huolimatta? Tätä yritämme testata lisää vielä vaimentamalla mahdollisimman tehokkaasti koko muun resonoivan systeemin flyygelistä. Kävin eilen ostamassa huopaa Eurokankaasta koetta varten ja myyjä oli kieltämättä yllättynyt kertoessani, että ne tungetaan flyygelin kielien väliin. Itse kokeessa on tarkoitus pyytää pianonvirittäjiä virittämään ”piano” eli midi-koskettimistolta ja ohjauspyörältä ohjattava tietokone sekä harmonisilla että alkuperäisen kaltaisilla epäharmonisilla pianon sampleilla. Jos virityskäyrät eivät eroa merkitsevästi toisistaan (hypoteesimme), inharmonia ei ole asteikonlaajenemisen (ainakaan ainoa) selittävä tekijä. Pianokokeen valmisteluissa on ollut apuna myös virittäjämestari Matti Kyllönen ja äänitetty flyygeli on yksi Helsingin Musiikkitalon konserttisalin solistiflyygeleistä. Kokeet on tarkoitus aloittaa heti, kun saamme koeasetelman teknisen toteutuksen valmiiksi.