Modelling Methods for the Highly Dispersive Slinky Spring: A Novel Musical Toy

ABSTRACT The 'Slinky' spring is a popular and beloved toy for many children. Like its smaller relatives, used in spring reverberation units, it can produce interesting sonic behaviors. We explore the behavior of the 'Slinky' spring via measurement, and discover that its sonic characteristics are notably different to those of smaller springs. We discuss methods of modeling the behavior of a Slinky via the use of finite-difference techniques and digital waveguides. We then apply these models in different structures to build a number of interesting tools for computer-based music production

Acoustic timbre enhancement of guitar pickup signal with digital filters

Tämän diplomityön tavoitteena on ollut tutkia ja kehittää tapoja, joilla voidaan digitaalisesti parantaa kitaramikrofonisignaalien äänenlaatua. Työn lähtökohtana on ollut luonnollisen kuuloinen tallamikrofonisignaalin toistaminen. Tyypillisesti esiintymistilanteissa kohdataan ongelma ettei käytetty mikrofoni aisti akustisen kitaran onton kaikukopan vaikutusta. Seurauksena mikrofonin ulostulo kuulostaa epäluonnolliselta verrattuna ilmateitse säteilevään ääneen. Eräs ratkaisu tähän ongelmaan on käyttää tilanteeseen sopivalla tavalla suunniteltua digitaalista suodinta. Sopiva suodin pystyy syntetisoimaan onton kaikukopan vaikutukset tallamikrofonisignaaliin. Aluksi tämä diplomityö käsittelee akustisen ja sähkökitaran toimintaa ja mikrofoneja, joita niissä tyypillisesti käytetään. Tämän perusteella esitellään systeemin signaalitiet. Tämän jälkeen kuvataan työssä käytetyt kitarankopan mallinnusmenetelmät, tekniikat ja mittausjärjestelyt. Sen jälkeen käsitellään suotimien toteutusmenetelmiä ja mallinnusaiheeseen liittyviä muita kysymyksiä. Lopuksi esitellään työn tulokset sekä pohditaan aiheeseen liittyviä kysymyksiä ja mahdollisia jatkotutkimusmahdollisuuksia. Työssä käsitellyt menetelmät pystyvät mallintamaan onton kitarakopan ominaisuuksia. Menetelmiä voidaan käyttää tallamikrofonilla varustetulle akustiselle kitaralle. Lisäksi sähkökitara saadaan digitaalisuotimella kuulostamaan lähes akustiselta kitaralta. Kaikukopan havaittua kokoa voidaan myös muuttaa, niin että pienikoppainen kitara saadaan kuulostamaan suurikoppaiselta ja päinvastoin. Tapa, jolla tämä on toteutettu, mahdollistaa myös kaikukoppamallin käytön aikamuuttuvana ääniefektinä.The objective of this thesis was to study and develop ways to digitally enhance the timbre of guitar pickup signals. The basis for this work was natural sounding reinforcement of an undersaddle pickup signal. A problem typically encountered in a live performance situation is that the microphones often used in acoustic guitars do not capture the effect of the hollow body of the acoustic guitar. As a consequence, the audible timbre of the microphone output sounds unnatural, compared to the air-radiated sound. A solution to this problem is to use a properly designed digital filter. A proper digital filter is able to synthesize the effect of a hollow guitar body to the undersaddle pickup signal. First, this thesis discusses the behaviour of the acoustic and electric guitar, and microphones typically used in them. Based on this, the signal paths of the system are described. Thereafter, the modeling methods, techniques, and measurement setups are described as used in this work to synthesize the hollow body of a guitar. Different ways to realize the modeling digital filters are discussed, with some further issues related to the subject. Finally, the work describes the results obtained, and discusses possible future work plans. The methods discussed in this work are able to model the characteristic of a hollow guitar body. The modeling schemes can be used for acoustic guitars with an undersaddle pickup. In addition, the electric guitar can be filtered to sound more like an acoustic guitar. The perceived size of the modeled body can also be changed, i.e., a small-bodied guitar can be made to sound like a large one, and vice versa. The way this is implemented enables the use of the modeling filter as a time-varying sound effect

Äänekkyys- ja äänenvärikysymyksiä näppäiltävissä kielisoittimissa – analyysi, synteesi ja suunnittelu

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.reviewe

Hämeenmaa-luokan miinalaivan energiakulutuksen pienentäminen

Tässä opinnäytetyössä tutkittiin mistä Hämeenmaa-luokan miinalaivan suuri energiankulutus koostuu. Lisäksi esiteltiin keinoja, joilla energiankulutusta olisi mahdollista pienentää. Työssä keskityttiin erityisesti aluksen sähkökuormaan sen ollessa kiinnitettynä rantaan ja aluksen ollessa kytkettynä sähkönjakeluverkkoon. Työhön on myös kuvattu aluksen sähköjärjestelmä ja eri sähkönkuluttajat yksityiskohtaisesti. Työstä muodostui toimeksiantajalle kartoitus Hämeenmaa-luokan miinalaivan sähköjärjestelmästä, josta saadaan lähtökohta energiankulutuksen pienentämiselle. Työ toteutettiin tutustumalla aluksen sähköjärjestelmiin ja työskentelemällä niiden parissa