ALTTOVIULUJEN VERTAILUA MUSIIKKINÄYTTEIDEN JA SPEKTRIANALYYSIN AVULLA

Pekka Mikael Laine
24.3.2011

Alttoviuluvertailu tehtiin maaliskuussa 2011 Sipoon kirkossa. Tarkoituksena oli selvittää alttoviulujen soinnin laatua musiikkinäytteiden sekä vapaiden kielien spektrianalyysin perusteella ja erityisesti verrata eri aikoina rakennettujen alttoviulujen sointieroja. Max Savikangas soitti kaikilla soittimilla alttoviulusoolon johdannon Adamin baletista Giselle, katkelman J.S. Bachin sellosarjan No. 1 ensimmäisestä osasta Allemande sekä soittimien vapaat kielet.
Musiikkinäytteiden ja vapaiden kielien äänitys tehtiin RB500-nauhamikrofoneilla ms-asetelmassa, äänittäjänä oli soitinrakentaja Pekka Mikael Laine.

Arvioitavat alttoviulut:

Laine 1/2002 Laine 1/2004 Laine 1/2010

Soittimet on nimetty rakentamisvuoden mukaan. Kaikkien vartalopituus on 424 millimetriä.

Alttoviulujen Laine 1/2002 ja Laine 1/2004 kuvissa soittimissa on eri kielet, kuin alempana mainitut.
Tässä vertailussa kielet olivat:

Pekka Mikael Laine 1/2002: Pirastro Passione suolikielet C, G, D; A-kieli Pirastro Passione teräskieli
Pekka Mikael Laine 1/2004: D'Addario Zyex medium tension -sarja, synteettinen
Pekka Mikael Laine 1/2010: D'Addario Zyex heavy tension -sarja, synteettinen.

Vertailussa käytetty jousi oli Edwin Clement, Paris 1997.

Musiikkinäytteet:

Vasemmanpuoleinen tekstipainike avaa musiikkisoittimen ja soittaa musiikkinäytteen, oikeanpuoleinen on linkki musiikkitiedostoon.







a20110308-1-2002-giselle.mp3
a20110308-1-2002-bach.mp3

a20110308-1-2004-giselle.mp3
a20110308-1-2004-bach.mp3

a20110308-1-2010-giselle.mp3
a20110308-1-2010-bach.mp3

Vapaiden kielien kuvaajat ja musiikkinäytteet:

Jousisoittimen äänen rakentuminen valmiiksi kestää yli sekunnin, ja kun soitetaan esimerkiksi kymmenen ääntä sekunnissa, jää jokaiselle äänelle aikaa syttyä alle 1/10 sekuntia. Tämän vuoksi äänen nopea syttyminen on tärkeää koko soittimen käyttökelpoisuutta ajatellen ainakin vaativassa ja nopeita sävelkulkuja sisältävässä solistisessa soitossa. Äänen alukkeen merkitys on ratkaisevan suuri koko alukkeen jälkeen soivalle äänelle - jos aluke poistetaan äänestä, voi olla jopa mahdotonta sanoa, minkä soittimen ääntä kuunnellaan. Vastaavasti jokainen soitin voidaan tunnistaa sen tuottaman äänen alukkeen ominaisuuksien perusteella.

Alla olevissa kuvaajissa esitetään vertailtavien alttoviulujen vapaiden kielten syttyminen puolen sekunnin aikana. Taajuudet näytetään kuvaajan vasemmassa alareunassa, aika oikeassa alareunassa ja osasävelten suhteelliset voimakkuuserot pystyakselilla. Vasemmanpuoleisessa kuvaajassa esitetään tarkemmin 6 - 7 ensimmäisen osasävelen syttymistä, oikeanpuoleisessa kuvaajassa esitetään suurempi osa osasävelsarjaa. Kuvaajat eivät ole suoraan vertailukelpoisia, elleivät pystyakselien lukuarvot ole samoja.

Vaikka kuvaajat on tulostettu soittimien vapaista kielistä, antavat ne hyvän yleiskäsityksen soittimen koko soinnista. Parhaiten käsityksen soinnista saa, kun kuuntelee soitettua ääninäytettä ja katsoo saman ääninäytteen kuvaajaa. On huomattava, että alttoviulujen useassa kielessä perustaajuuden osasävel soi seuraavia osasäveliä huomattavasti hiljaisemmin, vasta a-kielellä perustaajuus soi voimakkaasti.

Soittimien sointiväriin vaikuttavat eniten ensimmäisten 5 - 6 osasävelen voimakkuuserot ja niiden syttymisnopeus. Eroja voi syntyä joko soittimien rakenteellisista ominaisuuksista tai kielien ominaisuuksista johtuen. Kielissä voi olla jopa yksilöllisiä eroja samassa valmistussarjassa, ja uuden kielen asettuminen soittimeen ja kielen kuluminen käytössä vaikuttavat myös sointiin. Yleensä tasapainoinen ja täyteläinen sointi näkyy osasävelsarjan kuvaajassa kaikkien osasävelien samantapaisena ja samanaikaisena tasaisena syttymisenä. Joidenkin osasävelien puuttuminen tai huomattava vaimentuminen osasävelsarjassa värittää sointia, samoin joidenkin osasävelien huomattava korostuminen suhteessa muihin. Nopeat eri tahtiin tapahtuvat voimakkuusvaihtelut osasävelsarjan eri osasävelissä näkyvät kuvaajissa aaltoiluna ja kuuluvat epätäsmällisenä alukkeena äänessä. Samoin vaikuttavat pienet epätarkkuudet osasävelien taajuuksissa syttymishetkellä, ennenkuin osasävel voimistuu ja vakiintuu. Tähän voi vaikuttaa myös jousen kontakti kieleen.

Alla olevassa taulukossa ovat alttoviulun kielten kuuden ensimmäisen osasävelen taajuudet:

perustaajuus 2. osasävel3. osasävel4. osasävel 5. osasävel6. osasävel
c-kieli     132 264  396 528 660 792Hz
g-kieli     197 394  591 788 9851182Hz
d-kieli     294 588  882117614701764Hz
a-kieli     442 884 1326176822102652Hz

Esimerkki 1: alttoviulussa 1/2002 on g- ja d-kielillä kuvaajissa selvä vaimentuma noin 1000 hertsin kohdalla. Tämä vaimentuma värittää g-kielen sointia, missä tämän taajuinen osasävel on hyvin heikko verrattuna sitä edeltäviin osasäveliin. Vaimentuma kuuluu myös d-kielellä, mutta a-kielessä osasävelsarjaan ei kuulu tällä taajuudella olevaa osasäveltä, joten vaimentuma ei haittaa tässä tapauksessa a-kielen sointia. Vaimentuma saattaa olla soittimen ominaisuus.

Esimerkki 2: alttoviulussa 1/2004 g-kielessä neljäs osasävel soi hyvin voimakkaasti taajuudella 788 hertsiä. Saman soittimen c-kielessä lähes samalla taajuudella soiva kuudes osasävel ei kuitenkaan ole poikkeuksellisen voimakas. Tässä tapauksessa voidaan olettaa, että sointiero johtuu enemmän kielistä, kuin soittimesta.

Esimerkki 3: alttoviulussa 1/2010 a-kielen voimakkain osasävel on viides taajuudella 2210 hertsiä ja toiseksi voimakkain on perustaajuus 442 hertsiä. D-kielen osasävelsarja on kuitenkin melko tasainen kuuden ensimmäisen osasävelen alueella. Tässäkin tapauksessa eron voi arvella johtuvan eri kielten erilaisista ominaisuuksista samassa kielisarjassa.

Esimerkki 4: alttoviulussa 1/2004 a-kielellä ja alttoviulussa 1/2010 d-kielellä kuvaajissa näkyvä aaltoilu saa äänen alukkeen kuulostamaan hieman epätäsmälliseltä. Tämä voi johtua soittimien vähäisestä käytöstä ja korjaantuu todennäköisesti sisäänsoittamisen aikana.

Alla olevien kuvaajien grafiikkaa hiirellä naksauttamalla saa grafiikan suurennettua ja uudelleen naksauttamalla palautettua. Kunkin kuvaajan alla on kyseisen vapaan kielen äänilinkki.

Laine 1/2002:

a20110308-1-2002-vk-c.mp3

a20110308-1-2002-vk-g.mp3

a20110308-1-2002-vk-d.mp3

a20110308-1-2002-vk-a.mp3

Laine 1/2004:

a20110308-1-2004-vk-c.mp3

a20110308-1-2004-vk-g.mp3

a20110308-1-2004-vk-d.mp3

a20110308-1-2004-vk-a.mp3

Laine 1/2010:

a20110308-1-2010-vk-c.mp3

a20110308-1-2010-vk-g.mp3

a20110308-1-2010-vk-d.mp3

a20110308-1-2010-vk-a.mp3

Lisätietoa:

Laine, Pekka Mikael - Lassfolk, Kai 2001-2006: Jousisoittimen äänen arviointi spektrianalyysin avulla. Helsingin yliopisto.
Internet-artikkeli: www.music.helsinki.fi/tmt/tutkimus/jousisoitinanalyysi

Soittajan kommentit:

Alttoviulu Pekka Mikael Laine 1/2002:

Soitin ollut käytössä yhdeksän vuotta. Sointi on voimakas, avoin, nopeasti syttyvä, tasainen, lämmin, kiinteä, ytimekäs ja kirkas, ylärekisteriltään hieman viulumainen. Soittotuntuma on käteen sopiva ja taipuisa, ääni lähtee helposti ja herkästi. Aivan alimpiin ääniin toivoisi hitusen enemmän voimaa ja täyteläisyyttä. Valmis soitin, jota voi käyttää missä tahansa.

Alttoviulu Pekka Mikael Laine 1/2004:

Soitinta ei ole paljoa soitettu. Sointi on hieman verhoutunut, mutta tasainen, lämmin, varsin kiinteä ja yläsävelrikas, ylärekisteriltään hieman viulumainen. Soittotuntumassa on näppäryyttä johtuen siitä, että kielet ovat hieman malalammalla kuin muissa Laine-alttoviuluissa. Ääni lähtee vaivattomasti ja nopeasti. Tasapainoinen soitin, joka vaatii hieman aukisoittoa.

Alttoviulu Pekka Mikael Laine 1/2010:

Soitin on 3-4 kuukautta vanha, olen sillä jonkin verran harjoitellut. Samantyyppinen soinniltaan kuin alttoviulu 1/2005, joka ei ollut tässä testissä mukana. Sointi on jonkin verran verhoutunut, mutta tasainen, ytimekäs ja yläsävelrikas. Ala- ja keskirekisterissä on kiitettävästi tukevuutta ja voimaa aivan alimpiin ääniin saakka sekä soittajan korvaan hyvin miellyttävä jopa hieman sellomainen sävy. Soitettavuudessa on helppouden tuntua, joka innostaa soittamaan, jousi imee kieliin hyvin. Erinomaisen lupaava soitin.

Kuulijan kommentit:

Kauempaa salissa kuunneltuna soittimien keskinäiset sointierot eivät ole niin selviä, kuin soittimien läheisyydessä. Soinnin peruslaatu on kaikissa vertailluissa alttoviuluissa samantapainen, selkeä ja erotteleva. Äänenvoimakkuus riittää kaikissa helposti solistiseen soittoon. Vanhimmassa 1/2002-alttoviulussa suolikielten soinnissa on selkeä ja lämmin ydin, mikä puuttuu kahden uudemman soittimen synteettisistä kielistä. Myös äänen kantavuus on suolikielillä parempi, synteettisten kielten sointi hajoaa kauempaa kuunneltaessa. Vanhimman ja paljon muita enemmän soitetun alttoviulun äänen syttyvyys on vertailluista soittimista paras ja ääni muita avoimempi.

Kahden uudemman alttoviulun äänten aluke on pehmeämpi ja epätarkempi ja sointi muutenkin verhoontuneempaa. Matalin c-kieli soi niissä kuitenkin vanhimman alttoviulun c-kieltä voimakkaammin ja täyteläisemmin. Täyteläisempi sointi johtuu uudempien soittimien hieman erilaisista rakenneratkaisuista. Verhoutuneisuus äänessä johtunee alukkeen osasävelien eri tahtiin tapahtuvista nopeista voimakkuusvaihteluista sekä pienistä osasävelien taajuusvaihteluista. Soittimien ikääntyminen ja sisäänsoitto vaikuttavat äänen alukkeen muuttumiseen luultavasti niin, että eri osasävelien sointi tasaantuu, osasävelien keskinäiset erot vähenevät ja sävelen alukkeen sointi muuttuu siksi täsmällisemmäksi.

Yhteenveto:

Tämä soitinvertailu antaa tietoa siitä, millainen merkitys soittimen sisäänsoittamisella on ääneen. Soittimen liiman ja lakan kuivuminen parantaa muutaman vuoden kuluessa jo sellaisenaan sointia, mutta muutokset ovat nopeampia, jos soitinta käytetään päivittäin. Silloin kosteus- ja lämpötilavaihtelut nopeuttavat lakan ja liiman kuivumista ja muuttavat jonkin verran kannen ja pohjan omainaisuuksia poistamalla puun sisäisiä jännityksiä. Jatkuvassa käytössä riittänee ehkä noin kolme vuotta soittimen sisäänsoittoon. Tämänkin jälkeen muutoksia tapahtuu, mutta ne ovat pieniä verrattuna muihin muutoksiin soittimessa, vaikkapa kielisarjan vaihtoon. On huomattava, että soittimen suorituskyvyn parantuessa myös äänentuoton virheetkin voivat kuulua paremmin. Sointivirheiden vähäiseen määrään voi soitinrakentaja vaikuttaa vain tekemällä mahdollisimman huolellista työtä ja ennakoimalla tulevat muutokset soittimessa.

Liite: jousisoitinakustiikkaa lyhyesti

Jousisoitinten soinnin arvioimisessa voitaisiin käyttää käsitepareja terävä-pehmeä, sulkeutunut-avoin ja ohut-täyteläinen. Tiedetään, että kielen värähdellessä osasävelsarjassa tapahtuu korkeilla taajuuksilla taipumaa kohti vielä korkeampia taajuuksia, ja että tämä taipuma aiheuttaa epäharmoniaa sointiin. Puhallinsoittimissa tällaista taipumaa ei käytännössä ole, koska ilmalla ei ole samanlaista jäykkyyttä eikä massaa, kuin kielellä.

Jousisoittimessa värähtelyn kulku tapahtuu kielestä tallaan, siitä lakkakerroksen läpi kanteen ja kannesta lakkakerroksen läpi ilmaan. Värähtelyn siirtyminen väliaineesta toiseen tapahtuu parhaiten ja ilman häviöitä, jos toisiinsa rajautuvat väliaineet ovat tiheydeltään samoja. Väliaineen rajaamassa tilassa tapahtuu samanaikaisesti monenlaista erisuuntaista värähtelyä, esimerkkinä äänen heijastuminen eri tavoin huoneen sisällä. Akustiikassa puhutaankin tilan tai kappaleen sisältämästä kaiuntakentästä, vaikka värähtelykenttä voisi olla parempi käsite. Jos väliaineet ovat tiheydeltään erilaisia, tapahtuu rajapinnassa heijastumista värähtelyn kohdatessa rajapinnan tietyssä kulmassa (kuten vaikka veden ja ilman välillä). Loivassa kulmassa väliaineiden rajapinnan kohtaava värähtely heijastuu rajapinnasta takaisin, jyrkemmässä kulmassa rajapinnan kohtaava värähtely siirtyy toiseen väliaineeseen.

Viulun äänestä on mitattu yli 200 kilohertsin taajuuksia. Nämä taajuudet ovat syntyneet alun perin kielen värähtelystä ja kulkeneet koko reitin tallan ja kannen kautta ilmaan, josta mittaus on tehty. Koska tämän taajuisissa osasävelissä on jo epäharmoniaa, syntyy tuloksena huojuntaa ja häiriöitä (interferenssejä) koko taajuusalueeseen ja sen korvin kuultavaankin osaan. Tästä syystä jousisoittimen ääni havaitaan pehmeämpänä ja täyteläisempänä verrattuna vaikka metallirunkoiseen huiluun, jonka ääni on terävä ja viiltävä väliaineen jäykkyyden puutteesta johtuen.

Vaikka värähtelyhäiriöitä syntyy jo värähtelyn siirtyessä kaikkien osien läpi soittimen kanteen, on vasta värähtelyn koko taajuusalueen siirtyminen soittimen kannesta ilmaan edellytys hyvälle jousisoittimelle tyypillisen pehmeän ja täyteläisen äänen syntymiselle ja havaitsemiselle. Koska kannen lakkapinnan ja ilman tiheyksien ero on suuri, ovat lakan ominaisuudet ratkaisevia kuultavan äänen laadulle. Kannen kokonaan lakkaamatta jättäminen voi ensin vaikuttaa hyvältä ratkaisulta, mutta puun rakenne on niin huokoinen, että korkeimmat taajuudet imeytyvät kanteen ja vaimenevat puun ja ilman rajapinnassa eikä toivottua sointia saada soittimesta. Vain oikeanlaisen lakkauksen avulla kannella ja pohjalla on kyky siirtää värähtelyn koko taajuusalue epäharmonisine korkeataajuisine yläsävelineen ilmanpaineen vaihteluiksi. Jos taas lakkakerros toimii suotimena eikä päästä korkeataajuisinta värähtelyä lävitseen, jää ääni teräväksi ja vaimeaksi, metalliseksi soinniksi.

Käytännössä olen kokeillut viulujen äänen parantamista ostamalla valmiita viuluja, purkamalla ne, lakkaamalla kannet ja pohjat uudestaan ja kokoamalla viulut takaisin soittokuntoon. Olen tehnyt tämän 8 - 9 kertaa eri jousisoittimilla. Soittimien alkuperäinen yleensä vaimea ja terävähkö sointi on lakkauksen vaihtamisen jälkeen muuttunut voimakkaammaksi ja pehmeämmäksi. Yläsävelrikkaus ja avoimuus kuuluvat soinnissa, kun paksu tai muuten vääränlainen lakkakerros ei suodata pois korkeimpia taajuuksia. On todennäköistä, että lakkaustapa onkin tärkein jousisoittimen äänen laatuun vaikuttava tekijä, ainakin oman kokeiluni perusteella.

Jonkinlainen analogia löytyy äänitteiden ditherointimenetelmästä, jossa suuremmalla bittimäärällä tehtyjä äänityksiä muutetaan esimerkiksi 16-bittisiksi CD-levyjen valmistuksen vuoksi. Menetelmässä lisätään äänitteeseen pieni määrä kohinaa, joka peittää muunnoksesta aiheutuvat virheet. Kohinan määrä ei ole kuultavissa, mutta muunnettu kohinainen äänite saadaan silti kuulostamaan paremmalta, kuin ilman kohinaa. Jotkut pitävät LP-levyjen ääntä CD-levyjä parempana johtuen voimakkaasta äänitys- ja toistovirheet peittävästä taustakohinasta. Todellisuudessa kuullaan silti vain osa siitä äänestä ja dynamiikasta, minkä CD-levy toistaa.

Olisi kiinnostavaa tietää, mitä tapahtuu nauhamikrofonin nauhassa sen värähdellessä. Erittäin ohut laskostettu alumiininauha pystyy ottamaan vastaan eri suunnista tulevaa ja hyvinkin korkeataajuista värähtelyä. Nauhalla on kuitenkin jäykkyyttä, joten tapahtuuko siinä vastaavia häiriöitä korkeimmilla taajuuksilla, kuin soittimen kielessä? Jos näin on, häiriöt vaikuttavat koko taajuusalueeseen ja siirtyvät suoraan sähköisiksi jännitteenvaihteluiksi, jotka sitten vahvistetaan ja tallennetaan. Korkeimmat taajuudet sinällään ovat kuitenkin niin heikkoja, että ne peittyvät sähköiseen taustakohinaan. Nauhamikrofonien tallennusta (eli "sointia") kuvataan yleensä lämpimäksi, avoimeksi ja transienttien osalta hyvin tarkaksi. Tämä vastaisi hyvän jousisoittimen sointitapaa!

Yhteystiedot:

pekkamikael.laine@saunalahti.fi
www.lainetti.net/strings

max.savikangas@kolumbus.fi
www.fimic.fi/fimic/savikangas