Timbre perception

Abstract

Timbre is a key factor in the categorization of sounds and identification of sound sources. Timbre can be found everywhere: in music, in speech, and in all matters related to sound. In essence, timbre is the reason two sounds of the same loudness, pitch and duration are perceived as sounding different from one another. Timbre as a concept is comprised of several different attributes of sound, and is thus broad to a degree. However, the perception of timbre is intuitive and people recognize differences in timbre constantly without paying attention to it.

The purpose of this thesis is to study timbre as a concept and the physical interpretation of timbral features. The objective is to present the reader with an understanding of the importance of timbre through what it is and how it is perceived. Furthermore, it shows how humans perceive changes in timbre. As a psychoacoustic quantity timbre is a perceived measure of sound and as such human subject research plays the central role in its study. The experiments conducted in the discussed studies examine the effect of changes in timbre on the perception of sounds. In addition, this thesis shows how the spectrums of sound correspond with how the sounds are perceived. Timbre is also associated with how sound induces emotions in the listener. Lastly, this thesis studies how timbre is present in the categorization of sounds and identification of sound sources.

The findings can be utilized in music production in order to evoke desirable emotions in the listener. The correlations between timbre perception and frequency spectrums might also be utilized in the design of a desirable spectrum profile for speakers and headphones for example.

Äänenväri (sointiväri, sointi) on keskeisessä osassa äänien sekä äänenlähteiden tunnistamisessa ja luokittelemisessa. Se ilmenee kaikkialla: musiikissa, puheessa ja missä tahansa kuuloon liittyvissä konteksteissa. Yksinkertaisuudessaan äänenväri on syynä sille, miksi mitkä tahansa kaksi eri ääntä kuulostavat erilaisilta. Se on kuitenkin käsitteenä epämääräinen, koska se sisältää monia eri äänen piirteitä. Nimestään huolimatta äänenväri ei liity väreihin eikä synestesiaan. Vaikka luonteestaan huolimatta sen havaitseminen on intuitiivista, ihmiset tunnistavat eroja äänenväreissä jatkuvasti kiinnittämättä huomiota siihen.

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on tarkastella äänenväriä käsitteenä sekä sen eri ominaisuuksien fysikaalista tulkintaa. Työn tavoite on antaa lukijalle käsityksen äänenvärin tärkeydestä konseptina ja siitä, mitä äänenväri on ja miten sitä havaitaan. Työssä selvitetään, miten ihmiset havaitsevat eroja äänenväreissä. Psykoakustisena ominaisuuksena äänenväri on äänen havaittu ominaisuus, minkä takia työssä ovat keskeisessä osassa ihmiskokeet. Tässä työssä tarkasteltavissa tutkimuksissa tehdyissä kokeissa selvitettiin keskenään erilaisten äänenvärien vaikutusta äänten havaitsemiseen. Työ on kirjallisuustutkimus aiheesta aiemmin tehtyihin kokeisiin ja koonti eri tutkimusten johtopäätöksistä.

Työ osoittaa, kuinka äänien taajuusspektrit vaikuttavat siihen, miltä äänet kuulostavat. Äänenväri on myös yhdistettävissä siihen, minkälaisia tunteita ääni herättää kuulijassa. Lisäksi työ osoittaa äänenvärin vaikutuksen äänien ja äänenlähteiden tunnistamisessa. Työssä näytetään myös, kuinka äänenväri muuttuu eri soittotyyleillä ja soittimien valinnoilla musiikissa. Tuloksia voidaan mahdollisesti hyödyntää esimerkiksi musiikin tuotannossa herättämään haluttuja tunteita kuulijassa. Tutkimuksessa havaittuja äänenvärin ja taajuusspektrin välisiä korrelaatioita voidaan myös käyttää suunniteltaessa haluttua taajuusspektriprofiilia esimerkiksi kaiuttimille.