Hyppää pääsisältöön

Miltä ääni näyttää?

Suurimmalle osalle meistä äänet ovat - no, ääntä. Siis jotain korvin kuultavaa, jolla ei ole visuaalista muotoa. Ääntä ja sen akustisia piirteitä voidaan kuitenkin visualisoida digitaalisen signaalinkäsittelyn avulla.

Piirroskuva kurkunpäästä. Henry Gray: Anatomy of the Human Body, 1918.
Piirroskuva kurkunpäästä. Henry Gray: Anatomy of the Human Body, 1918. Piirroskuva kurkunpäästä. Henry Gray: Anatomy of the Human Body, 1918. Kurkunpää,Grayn anatomia

Tässä jutussa verrataan kahta erilaista ääntä, tervettä ja vaurioitunutta. Mitä visualisoinnin avulla voidaan kertoa latvialaissopraano Inessa Galanten ja toisaalta äänihuulihalvauksesta kärsivän ihmisen äänestä?

Ääninäytteet voit kuunnella tästä:

Ääni on aaltoliikettä

Ääni määritellään ilmanpaineen vaihteluksi, joka etenee aaltoliikkeenä. Paineenvaihtelujaksojen lukumäärä tietyssä aikayksikössä eli jaksollisen ilmanpaineen vaihtelun perustaajuus määrittää kuultavan äänen sävelkorkeuden. Äänenväri puolestaan määräytyy ääniaaltojen eri taajuuskomponenttien eli osasävelien mukaan.

Äänen perustaajuutta ja osasävelrakennetta voidaan tarkastella muun muassa spektrogrammin ja spektrin avulla.

Ruutukaappaus äänen spektristä.
Spektrogrammi Inessa Galanten äänestä. Ruutukaappaus äänen spektristä. ääni,Spektri,spektogrammi

Spektrogrammi kertoo mitä eri taajuuksia äänessä soi ja miten voimakkaasti. Vaaka-akselilla on aika, ja taajuus kuvan pystyakselilla. Spektrogrammin alin viiva vastaa äänen perustaajuutta, joka on myös sen ensimmäinen osasävel. Viivoja perustaajuuden yläpuolella kutsutaan yläsäveliksi tai osasäveliksi: ensimmäinen yläsävel on äänen toinen osasävel, toinen yläsävel kolmas osasävel ja niin edelleen.

Kunkin viivan värisävy kertoo sen voimakkuudesta: mitä kirkkaampi väriviiva, sitä voimakkaampi osasävel on. Korostunein viiva on tässä näytteessä äänen perustaajuus eli ensimmäinen osasävel, noin 1023 Hz - siis sopraanon korkea C (C3).

Ruutukaappaus äänen spektristä.
Inessa Galanten äänen spektri. Ruutukaappaus äänen spektristä. ääni,Spektri,spektogrammi

Spektri on samasta äänestä tehty poikkileikkaus ajan suhteen. Taajuus näkyy vaaka-akselilla, ja pystyakselilla voimakkuus. Myös spektri kertoo, miten voimakkaita yksittäiset osasävelet ovat. Osasävelten voimakkuus antaa äänelle sen ominaissävyn sekä vaikuttaa siihen, miten kuuluva ääni on.

Tässä spektrissä ei ole nähtävissä niin sanottua laulajan formanttiklusteria eli selkeästi ympäristöä voimakkaampaa yläsävelrypästä. Laulajan formanttiklusteri on tyypillisempi miesäänille. Se on resonansseilla eli ääntöväylän asetuksia muokkaamalla aikaansaatu ilmiö, joka spektrissä sijoittuu 2000 ja 3000 hertsin väliin. Formanttiklusteri mahdollistaa sen, että mieslaulajan ääni kantaa orkesterin yli.

Naislaulajilla - erityisesti silloin kun lauletaan korkealta kuten tässä esimerkissä - äänen kuuluvuus eli kantovoima tulee puolestaan voimistamalla perustaajuutta, jonka kohdalla kursori on. Äänessä on kuitenkin voimakkaat osasävelet 2000 ja 3000 hertsin kohdalla. Ne vaikuttavat siihen, millaiselta ääni kuulostaa.

Häly hajautuu

Edellä esitelty Inessa Galanten laulama C3 Julian valssiaariasta Je veux vivre on hyvä esimerkki selkeästi jaksollisesta äänestä. Entäpä kun ääni on hälyä, miltä se näyttää?

Ruutukaappaus äänen spektristä.
Hälyääni. Spektrogrammi vasemmassa alakulmassa ja spektri oikealla. Ruutukaappaus äänen spektristä. Spektri,ääni,spektogrammi

Äänihuulihalvauspotilaalta otetussa näytteessä ei ole juuri mitään soivaa ääntä, ainoastaan hälyä. Näin ollen spektrissäkään ei ole selkeää osasävelrakennetta. Lisäksi kaikki äänienergia on jakautunut laajalti eri taajuuksille.

VoceVista 3.3. -ohjelmalla tehtyjen spektri- ja spektrogrammikuvien lisäksi näitä näytteitä voidaan tarkastella SoundSwell-ohjelmalla toteutettujen oskillogrammien eli aaltomuotokuvaajien avulla. Oskillogrammissa aika on vaaka-akselilla ja äänen voimakkuudesta kertova amplitudi, värähdyslaajuus, pystyakselilla.

Terveen laulajan ja äänihalvauspotilaan äänten oskilogrammit.
Oskillogrammit terveestä ja vioittuneesta äänestä. Terveen laulajan ja äänihalvauspotilaan äänten oskilogrammit. oskilogrammi

Inessa Galanten laulamassa C3-sävelessä ilmanpaineenvaihtelujaksot seuraavat toisiaan tasaisesti. Sen sijaan hälyisen äänen oskillogrammissa ei voi erottaa yksittäisiä ilmanpaineenvaihtelujaksoja. Ääninäytteet sekä kuulostavat että näyttävät selkeästi erilaisilta.

Artikkelia varten on haastateltu Tampereen yliopiston puhetekniikan ja vokologian professoria Anne-Maria Laukkasta.