Suomalaiskeksinnöstä tuli näyttelymenestys kotimaassa ja mediatähti valtameren takana.



Sisältö jatkuu mainoksen jälkeen

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2007

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Vedät käsiisi oranssinväriset puutarhahanskat. Vasemmalla jäljittelet otetta sähkökitaran kaulasta ja oikealla soittoliikkeitä. Sitten vain painat pedaalia ja annat mennä. Ja kuuntele: rocktähti, jota olet piilotellut sisälläsi, kirmaa vapauteen.

Oikeasti soiva ilmakitara veti kokeilijoita tiedekeskus Heurekan musiikkinäyttelyyn vuonna 2005. Ihmevempain on nähty myös muun muassa BBC:n aamiaisuutisissa, ja Australian ja Kanadan televisiokanavat sekä muut mediat ympäri maailman ovat jo pari vuotta rummuttaneet suomalaiskeksinnöstä.

Ilmakitaran kehittivät akustiikan, tietoliikenneohjelmistojen ja multimedian tutkijat Otaniemessä, Teknillisessä korkeakoulussa. Jotta kaikki pääsisivät nauttimaan virtuaalisoittamisesta, tuloksia hyödyntämään perustettiin viime vuonna uusi yritys, Virtual Air Guitar Company.

- Teimme TKK:ssa algoritmeja ja yleistä käyttöliittymää erilaisten soittimien simulointia varten, kertoo idean syntymisestä yhtiön toimitusjohtaja Aki Kanerva.

- Kitara oli hemmetin hauska simuloitava ja siksi itsestään selvä valinta. Ihmiset ovat tottuneet imitoimaan rokkistaroja ja heidän eleitään ja esiintymistään. Me lisäsimme musiikin.





Suomalainen ilmakitara on vain yksi esimerkki mielikuvituksellisista soittimista, joita elektroniikka on mahdollistanut:

- Digitaalinen tahtipuikko eli Digital Baton. Massachusettsin teknisessä korkeakoulussa MIT:ssä kehitettyä soitinta voi pitää thereminen nykyaikaisena muunnoksena.

- Laserharppu. Laitteessa näppäillään kielien sijasta lasersäteitä.

- Rokkaava T-paita. Australialainen kemisti-insinööri ja tekstiilitekniikan tutkija Richard Helmer esitteli viime vuonna paidan, johon on upotettu sähköisiä sensoreita. Tietokone tunnistaa käyttäjän liikkeet.

- Theremine eli thereminvox eli eterofoni.

Venäläisen Léon Thereminin vuonna 1919 keksimää laitetta soitetaan liikuttamalla käsiä antennien läheisyydessä.

- Valourut. Laite liittää musiikkiin automaattisesti värit.

- Vesiurut. Tällainen soiva suihkulähde on esimerkiksi Lahdessa.


Näin ilmaa soitetaan

Eleillä soittamisen salaisuus piilee tietokonenäössä ja äänen mallintamisessa. Web-kamera tunnistaa hansikkaat liikkuvina, oranssinvärisinä täplinä. Kuviteltua kitaraa voi liikutella miten tahansa, kunhan hansikkaat pysyvät kameran näkökentässä. Värikin on vapaa, kun vain erottuu taustasta.

- Valitsimme oranssin, koska muut värit sekaantuvat helpommin tavanomaisiin vaateväreihin, kertoo äänisynteesin tutkija professori Vesa Välimäki TKK:n akustiikan laboratoriosta.

Soittajan ei tarvitse pukea päälleen mitään tekniikkaa. Johdollisia datahanskoja kokeiltiin, mutta langaton liittymä osoittautui ylivoimaiseksi.

- Magiikka perustuu johdottomuuteen, Välimäki korostaa.

Hahmontunnistusohjelma tulkitsee liikkeet ja lähettää komentoja äänenmallinnusohjelmalle, joka ohjaa kaiuttimia.
Mallinnusohjelma jäljittelee kitaran jokaisen kuuden kielen värähtelyä ja sointia. Tutkijat ovat mallintaneet myös putkivahvistimen, joka tuottaa oikeanlaista säröä.

Tietokone ja ilmakitaralaitteiston moni muu komponentti ovat suoraan kaupan hyllyltä. Ohjelma perustuu vaativaan osaamiseen mutta toimii automaattisesti, joten soittaja voi unohtaa kaiken, mitä laitteiden sisällä on.


Matematiikasta se alkoi

Tietokoneiden nopeutuminen on osaltaan vauhdittanut äänisynteesin kehitystä. Tavallinen henkilökohtainen tietokone riittää nykyisin äänentuottoon, ja muu on pitkälti matemaattista mallintamista.

Soitinmallinnus lähti kehittymään 1980-luvulla Yhdysvalloissa. Stanfordin yliopiston opiskelijat Kevin Karplus ja Alex Strong loivat matemaattisen mallinnusmenetelmän musikaaliselle äänelle, niin sanotun Karplus-Strong-synteesin. Muut tutkijat kehittivät sen pohjalta digitaalisen aaltojohtosynteesin, jolla ilmakitarankin ääni tuotetaan.

Tutkijoista tunnetuin on niin ikään Stanfordissa vaikuttava professori Julius O. Smith, Välimäen mukaan alan kansainvälinen ykkösnimi.

Suomalaiset tulivat mukaan vähän myöhemmin mutta etenivät nopeasti kansainväliselle tasolle.

- Teknillinen korkeakoulu lähti tutkimaan äänisynteesiä voimaperäisesti 1990-luvun alusta, Välimäki kertoo.

- Alan suomalainen tienraivaaja, jolle pitää nostaa hattua, on professori Matti Karjalainen. Häntä voi sanoa ilmakitaran isäksi, vaikka mukana on ollut monia muitakin.

Monta diplomityötä ja väitöskirjaa on syntynyt soittimia mallinnettaessa. Myös kansainvälinen yhteistyö on ollut laajaa. Niinpä korkeakoulu on tutkinut yhdessä Milanon ja Erlangen-Nürnbergin yliopistojen kanssa virtuaalisten soittimien käyttöliittymiä.


Juuret Mozartin ajassa

Viime vuosikymmenien läpimurtoja edelsi puolestaan monen tutkijapolven työ. Nykyaikainen aaltojohtosynteesi juontaa juurensa kauas matematiikan historiaan.

Eräs merkittävimmistä oppi-isistä oli ranskalainen matemaatikko Jean d’Alembert, joka eli Mozartin kanssa samalla vuosisadalla, 1700-luvulla. D’Alembert keksi aaltoyhtälön kulkuaaltoratkaisun, jota nykyiset musiikkisyntetisoijat käyttävät lähes sellaisenaan.

- Jos d’Alembertilla olisi ollut tietokone ja hän olisi hoksannut pari muuta pientä teknistä jippoa, hän olisi pystynyt tekemään kielisoitinäänten synteesiä samalla tavoin kuin me, Välimäki huomauttaa.

Uusia musiikkilajeja syntyy

Tulevaisuus on liikesalaisuuksien peitossa mutta epäilemättä entistä vauhdikkaampi.

- Heurekan ilmakitara oli teknologiakokeilu, sanoo toimitusjohtaja Kanerva.

- Kaupallinen tuote on erilainen, emmekä halua kertoa siitä vielä tässä vaiheessa. Sen verran voi sanoa, että laitteilla pystyy sekä soittamaan rokkiklassikoita että musisoimaan luovemmin.

Syntyy uusia musiikin lajeja, jotka tekevät tähänastisista kuuntelijoista artisteja. Kun Kodakin laatikkokamera Brownie Box tuli vuonna 1900, kaikki pääsivät valokuvaamaan ilman etukäteisharjoittelua. Ehkä ilmakitara tekee saman musiikille.


Kalevi Rantanen on teknistä luovuutta tutkiva diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.



 

Sisältö jatkuu mainoksen alla