16,831 research outputs found
Making music through real-time voice timbre analysis: machine learning and timbral control
PhDPeople can achieve rich musical expression through vocal sound { see for example
human beatboxing, which achieves a wide timbral variety through a range of
extended techniques. Yet the vocal modality is under-exploited as a controller
for music systems. If we can analyse a vocal performance suitably in real time,
then this information could be used to create voice-based interfaces with the
potential for intuitive and ful lling levels of expressive control.
Conversely, many modern techniques for music synthesis do not imply any
particular interface. Should a given parameter be controlled via a MIDI keyboard,
or a slider/fader, or a rotary dial? Automatic vocal analysis could provide
a fruitful basis for expressive interfaces to such electronic musical instruments.
The principal questions in applying vocal-based control are how to extract
musically meaningful information from the voice signal in real time, and how
to convert that information suitably into control data. In this thesis we address
these questions, with a focus on timbral control, and in particular we
develop approaches that can be used with a wide variety of musical instruments
by applying machine learning techniques to automatically derive the mappings
between expressive audio input and control output. The vocal audio signal is
construed to include a broad range of expression, in particular encompassing
the extended techniques used in human beatboxing.
The central contribution of this work is the application of supervised and
unsupervised machine learning techniques to automatically map vocal timbre
to synthesiser timbre and controls. Component contributions include a delayed
decision-making strategy for low-latency sound classi cation, a regression-tree
method to learn associations between regions of two unlabelled datasets, a fast
estimator of multidimensional di erential entropy and a qualitative method for
evaluating musical interfaces based on discourse analysis
Singing voice resynthesis using concatenative-based techniques
Tese de Doutoramento. Engenharia Informática. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 201
Pitch-Informed Solo and Accompaniment Separation
Das Thema dieser Dissertation ist die Entwicklung eines Systems zur
Tonhöhen-informierten Quellentrennung von Musiksignalen in Soloinstrument
und Begleitung. Dieses ist geeignet, die dominanten Instrumente aus einem
Musikstück zu isolieren, unabhängig von der Art des Instruments, der
Begleitung und Stilrichtung. Dabei werden nur einstimmige
Melodieinstrumente in Betracht gezogen. Die Musikaufnahmen liegen monaural
vor, es kann also keine zusätzliche Information aus der Verteilung der
Instrumente im Stereo-Panorama gewonnen werden.
Die entwickelte Methode nutzt Tonhöhen-Information als Basis für eine
sinusoidale Modellierung der spektralen Eigenschaften des Soloinstruments
aus dem Musikmischsignal. Anstatt die spektralen Informationen pro Frame zu
bestimmen, werden in der vorgeschlagenen Methode Tonobjekte für die
Separation genutzt. Tonobjekt-basierte Verarbeitung ermöglicht es,
zusätzlich die Notenanfänge zu verfeinern, transiente Artefakte zu
reduzieren, gemeinsame Amplitudenmodulation (Common Amplitude Modulation
CAM) einzubeziehen und besser nichtharmonische Elemente der Töne
abzuschätzen. Der vorgestellte Algorithmus zur Quellentrennung von
Soloinstrument und Begleitung ermöglicht eine Echtzeitverarbeitung und ist
somit relevant für den praktischen Einsatz.
Ein Experiment zur besseren Modellierung der Zusammenhänge zwischen
Magnitude, Phase und Feinfrequenz von isolierten Instrumententönen wurde
durchgeführt. Als Ergebnis konnte die Kontinuität der zeitlichen
Einhüllenden, die Inharmonizität bestimmter Musikinstrumente und die
Auswertung des Phasenfortschritts für die vorgestellte Methode ausgenutzt
werden. Zusätzlich wurde ein Algorithmus für die Quellentrennung in
perkussive und harmonische Signalanteile auf Basis des Phasenfortschritts
entwickelt. Dieser erreicht ein verbesserte perzeptuelle Qualität der
harmonischen und perkussiven Signale gegenüber vergleichbaren Methoden nach
dem Stand der Technik.
Die vorgestellte Methode zur Klangquellentrennung in Soloinstrument und
Begleitung wurde zu den Evaluationskampagnen SiSEC 2011 und SiSEC 2013
eingereicht. Dort konnten vergleichbare Ergebnisse im Hinblick auf
perzeptuelle Bewertungsmaße erzielt werden. Die Qualität eines
Referenzalgorithmus im Hinblick auf den in dieser Dissertation
beschriebenen Instrumentaldatensatz übertroffen werden.
Als ein Anwendungsszenario für die Klangquellentrennung in Solo und
Begleitung wurde ein Hörtest durchgeführt, der die Qualitätsanforderungen
an Quellentrennung im Kontext von Musiklernsoftware bewerten sollte. Die
Ergebnisse dieses Hörtests zeigen, dass die Solo- und Begleitspur gemäß
unterschiedlicher Qualitätskriterien getrennt werden sollten. Die
Musiklernsoftware Songs2See integriert die vorgestellte
Klangquellentrennung bereits in einer kommerziell erhältlichen Anwendung.This thesis addresses the development of a system for pitch-informed solo
and accompaniment separation capable of separating main instruments from
music accompaniment regardless of the musical genre of the track, or type
of music accompaniment. For the solo instrument, only pitched monophonic
instruments were considered in a single-channel scenario where no panning
or spatial location information is available.
In the proposed method, pitch information is used as an initial stage of a
sinusoidal modeling approach that attempts to estimate the spectral
information of the solo instrument from a given audio mixture. Instead of
estimating the solo instrument on a frame by frame basis, the proposed
method gathers information of tone objects to perform separation.
Tone-based processing allowed the inclusion of novel processing stages for
attack refinement, transient interference reduction, common amplitude
modulation (CAM) of tone objects, and for better estimation of non-harmonic
elements that can occur in musical instrument tones. The proposed solo and
accompaniment algorithm is an efficient method suitable for real-world
applications.
A study was conducted to better model magnitude, frequency, and phase of
isolated musical instrument tones. As a result of this study, temporal
envelope smoothness, inharmonicty of musical instruments, and phase
expectation were exploited in the proposed separation method. Additionally,
an algorithm for harmonic/percussive separation based on phase expectation
was proposed. The algorithm shows improved perceptual quality with respect
to state-of-the-art methods for harmonic/percussive separation.
The proposed solo and accompaniment method obtained perceptual quality
scores comparable to other state-of-the-art algorithms under the SiSEC 2011
and SiSEC 2013 campaigns, and outperformed the comparison algorithm on the
instrumental dataset described in this thesis.As a use-case of solo and
accompaniment separation, a listening test procedure was conducted to
assess separation quality requirements in the context of music education.
Results from the listening test showed that solo and accompaniment tracks
should be optimized differently to suit quality requirements of music
education. The Songs2See application was presented as commercial music
learning software which includes the proposed solo and accompaniment
separation method
Vocal imitation for query by vocalisation
PhD ThesisThe human voice presents a rich and powerful medium for expressing sonic ideas such as musical sounds. This capability extends beyond the sounds used in speech, evidenced for example in the art form of beatboxing, and recent studies highlighting the utility of vocal imitation for communicating sonic concepts. Meanwhile, the advance of digital audio has resulted in huge libraries of sounds at the disposal of music producers and sound designers. This presents a compelling search problem: with larger search spaces, the task of navigating sound libraries has become increasingly difficult. The versatility and expressive nature of the voice provides a seemingly ideal medium for querying sound libraries, raising the question of how well humans are able to vocally imitate
musical sounds, and how we might use the voice as a tool for search. In this thesis we address these questions by investigating the ability of musicians to
vocalise synthesised and percussive sounds, and evaluate the suitability of different audio features for predicting the perceptual similarity between vocal
imitations and imitated sounds.
In the first experiment, musicians were tasked with imitating synthesised sounds with one or two time–varying feature envelopes applied. The results
show that participants were able to imitate pitch, loudness, and spectral centroid features accurately, and that imitation accuracy was generally preserved
when the imitated stimuli combined two, non-necessarily congruent features. This demonstrates the viability of using the voice as a natural means of
expressing time series of two features simultaneously. The second experiment consisted of two parts. In a vocal production task,
musicians were asked to imitate drum sounds. Listeners were then asked to rate the similarity between the imitations and sounds from the same category
(e.g. kick, snare etc.). The results show that drum sounds received the highest similarity ratings when rated against their imitations (as opposed to imitations of another sound), and overall more than half the imitated sounds were correctly identified with above chance accuracy from the imitations, although
this varied considerably between drum categories.
The findings from the vocal imitation experiments highlight the capacity of musicians to vocally imitate musical sounds, and some limitations of non–
verbal vocal expression. Finally, we investigated the performance of different audio features as predictors of perceptual similarity between the imitations and
imitated sounds from the second experiment. We show that features learned using convolutional auto–encoders outperform a number of popular heuristic
features for this task, and that preservation of temporal information is more important than spectral resolution for differentiating between the vocal imitations and same–category drum sounds
Singing information processing: techniques and applications
Por otro lado, se presenta un método para el cambio realista de intensidad de voz cantada. Esta transformación se basa en un modelo paramétrico de la envolvente espectral, y mejora sustancialmente la percepción de realismo al compararlo con software comerciales como Melodyne o Vocaloid. El inconveniente del enfoque propuesto es que requiere intervención manual, pero los resultados conseguidos arrojan importantes conclusiones hacia la modificación automática de intensidad con resultados realistas.
Por último, se propone un método para la corrección de disonancias en acordes aislados. Se basa en un análisis de múltiples F0, y un desplazamiento de la frecuencia de su componente sinusoidal. La evaluación la ha realizado un grupo de músicos entrenados, y muestra un claro incremento de la consonancia percibida después de la transformación propuesta.La voz cantada es una componente esencial de la música en todas las culturas del mundo, ya que se trata de una forma increíblemente natural de expresión musical. En consecuencia, el procesado automático de voz cantada tiene un gran impacto desde la perspectiva de la industria, la cultura y la ciencia. En este contexto, esta Tesis contribuye con un conjunto variado de técnicas y aplicaciones relacionadas con el procesado de voz cantada, así como con un repaso del estado del arte asociado en cada caso.
En primer lugar, se han comparado varios de los mejores estimadores de tono conocidos para el caso de uso de recuperación por tarareo. Los resultados demuestran que \cite{Boersma1993} (con un ajuste no obvio de parámetros) y \cite{Mauch2014}, tienen un muy buen comportamiento en dicho caso de uso dada la suavidad de los contornos de tono extraídos.
Además, se propone un novedoso sistema de transcripción de voz cantada basada en un proceso de histéresis definido en tiempo y frecuencia, así como una herramienta para evaluación de voz cantada en Matlab. El interés del método propuesto es que consigue tasas de error cercanas al estado del arte con un método muy sencillo. La herramienta de evaluación propuesta, por otro lado, es un recurso útil para definir mejor el problema, y para evaluar mejor las soluciones propuestas por futuros investigadores.
En esta Tesis también se presenta un método para evaluación automática de la interpretación vocal. Usa alineamiento temporal dinámico para alinear la interpretación del usuario con una referencia, proporcionando de esta forma una puntuación de precisión de afinación y de ritmo. La evaluación del sistema muestra una alta correlación entre las puntuaciones dadas por el sistema, y las puntuaciones anotadas por un grupo de músicos expertos
Virtual Reality Games for Motor Rehabilitation
This paper presents a fuzzy logic based method to track user satisfaction without the need for devices to monitor users physiological conditions. User satisfaction is the key to any product’s acceptance; computer applications and video games provide a unique opportunity to provide a tailored environment for each user to better suit their needs. We have implemented a non-adaptive fuzzy logic model of emotion, based on the emotional component of the Fuzzy Logic Adaptive Model of Emotion (FLAME) proposed by El-Nasr, to estimate player emotion in UnrealTournament 2004. In this paper we describe the implementation of this system and present the results of one of several play tests. Our research contradicts the current literature that suggests physiological measurements are needed. We show that it is possible to use a software only method to estimate user emotion
Audio source separation for music in low-latency and high-latency scenarios
Aquesta tesi proposa mètodes per tractar les limitacions de les tècniques existents de separació de fonts musicals en condicions de baixa i alta latència. En primer lloc, ens centrem en els mètodes amb un baix cost computacional i baixa latència. Proposem l'ús de la regularització de Tikhonov com a mètode de descomposició de l'espectre en el context de baixa latència. El comparem amb les tècniques existents en tasques d'estimació i seguiment dels tons, que són passos crucials en molts mètodes de separació. A continuació utilitzem i avaluem el mètode de descomposició de l'espectre en tasques de separació de veu cantada, baix i percussió. En segon lloc, proposem diversos mètodes d'alta latència que milloren la separació de la veu cantada, gràcies al modelatge de components específics, com la respiració i les consonants. Finalment, explorem l'ús de correlacions temporals i anotacions manuals per millorar la separació dels instruments de percussió i dels senyals musicals polifònics complexes.Esta tesis propone métodos para tratar las limitaciones de las técnicas existentes de separación de fuentes musicales en condiciones de baja y alta latencia. En primer lugar, nos centramos en los métodos con un bajo coste computacional y baja latencia. Proponemos el uso de la regularización de Tikhonov como método de descomposición del espectro en el contexto de baja latencia. Lo comparamos con las técnicas existentes en tareas de estimación y seguimiento de los tonos, que son pasos cruciales en muchos métodos de separación. A continuación utilizamos y evaluamos el método de descomposición del espectro en tareas de separación de voz cantada, bajo y percusión. En segundo lugar, proponemos varios métodos de alta latencia que mejoran la separación de la voz cantada, gracias al modelado de componentes que a menudo no se toman en cuenta, como la respiración y las consonantes. Finalmente, exploramos el uso de correlaciones temporales y anotaciones manuales para mejorar la separación de los instrumentos de percusión y señales musicales polifónicas complejas.This thesis proposes specific methods to address the limitations of current music source separation methods in low-latency and high-latency scenarios. First, we focus on methods with low computational cost and low latency. We propose the use of Tikhonov regularization as a method for spectrum decomposition in the low-latency context. We compare it to existing techniques in pitch estimation and tracking tasks, crucial steps in many separation methods. We then use the proposed spectrum decomposition method in low-latency separation tasks targeting singing voice, bass and drums. Second, we propose several high-latency methods that improve the separation of singing voice by modeling components that are often not accounted for, such as breathiness and consonants. Finally, we explore using temporal correlations and human annotations to enhance the separation of drums and complex polyphonic music signals
- …