Automatic vocal ensemble intonation analysis

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2016-10-27
Department
Major/Subject
Akustiikka ja äänenkäsittely
Mcode
S3004
Degree programme
TLT
Language
en
Pages
53 + 6
Series
Abstract
The objective of this study is a specific music signal processing task, primarily intended to help vocal ensemble singers practice their intonation. In this case intonation is defined as deviations of pitch in relation to the note written in the score which are small, less than a semitone. These can be either intentional or unintentional. Practicing intonation is typically challenging without an external ear. The algorithm developed in this thesis combined with the presented application concept can act as the external ear, providing real-time information on intonation to support practicing. The method can be applied to the analysis of recorded material as well. The music signal generated by a vocal ensemble is polyphonic. It contains multiple simultaneous tones with partly or completely overlapping harmonic partials. We need to be able to estimate the fundamental frequency of each tone, which then indicates the pitch of each singer. Our experiments show, that the fundamental frequency estimation method based on the Fourier analysis developed in this thesis can be applied to the automatic analysis of vocal ensembles. A sufficient frequency resolution can be achieved without compromising the time resolution too much by using an adequately sized window. The accuracy and robustness can be further increased by taking advantage of solitary partials. The greatest challenge turned out to be the estimation of tones in octave and unison relationships. These intervals are fairly common in tonal music. This question requires further investigation or another type of approach.

Tässä työssä tutkitaan erityistä musiikkisignaalin analysointitehtävää, jonka tarkoi- tuksena on auttaa lauluyhtyelaulajia intonaation harjoittelussa. Intonaatiolla tar- koitetaan tässä yhteydessä pieniä, alle puolen sävelaskeleen säveltasoeroja nuottiin kirjoitettuun sävelkorkeuteen nähden, jotka voivat olla joko tarkoituksenmukaisia tai tahattomia. Intonaation harjoittelu on tyypillisesti haastavaa ilman ulkopuolista korvaa. Työssä kehitetty algoritmi yhdessä esitellyn sovelluskonseptin kanssa voi toimia harjoittelutilanteessa ulkopuolisena korvana tarjoten reaaliaikaista tietoa intonaatiosta harjoittelun tueksi. Vaihtoehtoisesti menetelmää voidaan hyödyntää harjoitusäänitteiden analysointiin jälkikäteen. Lauluyhtyeen tuottama musiikki- signaali on polyfoninen. Se sisältää useita päällekkäisiä säveliä, joiden osasävelet menevät toistensa kanssa osittain tai kokonaan päällekkäin. Tästä signaalista on pystyttävä tunnistamaan kunkin sävelen perustaajuus, joka puolestaan kertoo lau- lajan laulaman sävelkorkeuden. Kokeellisten tulosten perusteella työssä kehitettyä Fourier-muunnokseen perustuvaa taajuusanalyysiä voidaan soveltaa lauluyhtyeen intonaation automaattiseen määritykseen, kun nuottiin kirjoitettua sointua hyödyn- netään analyysin lähtötietona. Sopivankokoista näyteikkunaa käyttämällä päästiin riittävään taajuusresoluutioon aikaresoluution säilyessä kohtuullisena. Yksinäisiä osasäveliä hyödyntämällä voidaan edelleen parantaa tarkkuutta ja toimintavar- muutta. Suurimmaksi haasteeksi osoittautui oktaavi- ja priimisuhteissa olevien intervallien luotettava määritys. Näitä intervallisuhteita esiintyy tonaalisessa musii- kissa erityisen paljon. Tämä kysymys vaatii vielä lisätutkimusta tai uudenlaista lähestymistapaa.
Description
Supervisor
Välimäki, Vesa
Thesis advisor
Lehtinen, Jaakko
Keywords
acoustics, music, signal analysis, spectral analysis, frequency estimation
Other note
Citation