Loudness and timbre issues in plucked stringed instruments : analysis, synthesis, and design
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Doctoral thesis (article-based)
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2006-10-06
Major/Subject
Acoustics and Audio Signal Processing
Akustiikka ja äänenkäsittelytekniikka
Akustiikka ja äänenkäsittelytekniikka
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
60, [73]
Series
Report / Helsinki University of Technology, Laboratory of Acoustics and Audio Signal Processing, Raportti / Teknillinen korkeakoulu, akustiikan ja äänenkäsittelytekniikan laboratorio, 79
Abstract
This thesis explores acoustical properties of plucked stringed instruments and proposes sound synthesis methods for plucked stringed instruments. In this thesis the investigations of the kantele, the acoustic guitar, the harpsichord, and the guqin provide analysis results, a control algorithm, and two model-based sound synthesis methods in the following way. For a modified design of the kantele, acoustical measurements and formal listening tests support the assumption of increased loudness. The investigation also provides design rules to make a plucked stringed instrument louder. An automatic plucking-point estimation algorithm is proposed for acoustic guitars with an under-saddle pickup. The automatic plucking-point estimation can be used for controlling synthesis algorithms or sound effects. Model-based sound synthesis algorithms are proposed for the harpsichord and the guqin. It was found that the harpsichord exhibits dynamic behavior, albeit limited, when the tangent is pressed down with different speeds. Moreover, the string vibrations and the body response show changes according to the playing level. Hence, the proposed synthesis algorithm is dynamic. The analysis of the guqin reveals the existence of phantom partials in the tones, differences in tones according to the termination technique, and extensive use of flageolet tones and sliding of tones. The model-based sound synthesis algorithm takes these features into account.Tämä väitöskirja käsittelee näppäiltävien kielisoittimien akustiikkaa ja esittää äänisynteesimenetelmiä näppäiltäville kielisoittimille. Väitöskirjassa esitellään suunnittelusäännöt äänekkäälle kanteleelle, automaattinen menetelmä kitaran näppäilykohdan arviointiin, virtuaalinen cembalo ja äänisynteesimalli kiinalaiselle soittimelle. Suunnittelusäännöt kanteleen äänekkyyden parantamiseksi on kehitetty yhteistyössä soitinrakentaja Jyrki Pölkin kanssa. Sääntöjen pätevyys osoitetaan laskennallisesti, akustisin mittauksin ja kuuntelukokein. Akustiselle kitaralle kehitetty automaattinen näppäyskohdan arviointimenetelmä toimii soittimessa, jossa kontaktimikrofoni on sijoitettu tallan alle. Tätä automaattista menetelmää voidaan käyttää ohjaamaan esimerkiksi äänisynteesiä tai ääniefektiä. Lisäksi väitöstyö esittelee mallipohjaiset äänisynteesimenetelmät cembalolle ja historialliselle kiinalaiselle kielisoittimelle, jonka nimi on guqin. Tutkimus osoittaa, että cembalossa esiintyy dynaamista vaihtelua, kun kosketinta painetaan eri nopeuksilla. Lisäksi kielien värähtelyssä ja kaikukopan vasteessa esiintyy eroja soittotason suhteen. Tästä johtuen kehitetty äänisynteesimalli on dynaaminen, jonka lisäksi mallilla voidaan tuottaa cembalomusiikkia, jossa on suuremmat äänenvoimakkuusvaihtelut kuin todellisuudessa. Guqinille analyysitulokset osoittavat, että soittimessa esiintyy haamuääneksiä, eroja äänessä kielen sormitustavasta riippuen ja laaja-alaista huilu- sekä liu'utusäänten käyttöä. Esitetty synteesimalli ottaa nämä ominaisuudet huomioon.Description
Supervising professor
Välimäki, Vesa; Prof.Keywords
digital signal processing, musical acoustics, model-based sound synthesis, computer music, digitaalinen signaalinkäsittely, musiikkiakustiikka, mallipohjainen äänisynteesi, tietokonemusiikki
Other note
Parts
- Penttinen, H., Erkut, C., Pölkki, J., Välimäki, V., and Karjalainen, M., Design and analysis of a modified kantele with increased loudness, Acta Acustica united with Acustica, vol. 91, pp. 261-268, 2005. Special issue on Musical Acoustics. [article1.pdf] © 2005 S. Hirzel Verlag. By permission.
- Penttinen, H., and Välimäki, V., A time-domain approach to estimating the plucking point of guitar tones obtained with an under-saddle pickup, Applied Acoustics, vol. 65, no. 12, pp. 1207-1220, December 2004. [article2.pdf] © 2004 Elsevier Science. By permission.
- Penttinen, H., Siiskonen, J., and Välimäki, V., Acoustic guitar plucking point estimation in real time, in Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 3, pp. 209-212, Philadelphia, PA, USA, March 19-23, 2005. [article3.pdf] © 2005 IEEE. By permission.
- Välimäki, V., Penttinen, H., Knif, J., Laurson, M., and Erkut, C., Sound synthesis of the harpsichord using a computationally efficient physical model, EURASIP Journal on Applied Signal Processing, vol. 2004, no. 7, pp. 934-948, 15 June 2004. Special Issue on Model-Based Sound Synthesis.
- Penttinen, H., On the dynamics of the harpsichord and its synthesis, in Proceedings of the 9th International Conference on Digital Audio Effects (DAFx 2006), Montreal, Canada, September 18-20, 2006, accepted for publication. [article5.pdf] © 2006 by author.
- Penttinen, H., Pakarinen, J., Välimäki, V., Laurson, M., Li, H., and Leman, M., Model-based sound synthesis of the guqin, Helsinki University of Technology, Laboratory of Acoustics and Audio Signal Processing, Report 78, September 2006, Journal of the Acoustical Society of America, submitted for publication on May the 5th 2006. [article6.pdf] © 2006 by authors.