Forskare vid Queen Mary University of London (QMUL) för oss närmare att förstå den musikaliska upplevelsen genom en ny metod för att analysera en vanlig musikalisk effekt som kallas vibrato.

Vibrato är den upp-och-ner-svängning i tonhöjd som introduceras under instrumental eller sångframträdande, avsedda att lägga till uttrycksfullhet och att underlätta ljudprojektion, och används ofta i opera. Ett vältajmat och vackert utfört vibrato kan avsevärt förbättra ljudkvaliteten på en ton, och framkalla starka känslomässiga reaktioner hos lyssnaren.

Den nya metoden för vibratoanalys, publiceras i Tidskrift för matematik och musik , beskriver för första gången användningen av Filter Diagonalisation Method (FDM) i musiksignalbehandling. Tekniken har sitt ursprung i kvantfysiken och används för att studera molekylär dynamik och kärnmagnetisk resonans.

"Vi är nu ett steg närmare att förstå mekaniken i musikkommunikation, nyanserna som artister introducerar till musiken, och logiken bakom dem, " sa projekthandledare och medförfattare professor Elaine Chew från Center for Digital Music vid QMUL:s School of Electronic Engineering and Computer Science (EECS).

Teknikens förmåga att upptäcka och uppskatta egenskaper från mycket fina informationsbitar kommer särskilt väl till pass vid vibratoanalys och gör att forskare kan analysera musiksignaler med större precision än tidigare.

Vibratos svänger vanligtvis med en hastighet av 4-8 cykler per sekund, eller med en period av 125-250 millisekunder per cykel. Graden till vilken tonhöjden böjs upp eller ner kan vara upp till en halv halvton. Eftersom vibraton sker så snabbt, standardtekniker som kräver ett relativt stort fönster för att analysera musiksignalen har hittills kämpat för att exakt fånga deras egenskaper.

"FDM-algoritmen utvecklades ursprungligen för att effektivt och effektivt utforska de komplicerade kvantdynamiska resonanserna hos atomer och molekyler. Även om musikaliska signaler skiljer sig mycket från sina kvantmotsvarigheter, matematiskt delar de många likheter, inklusive egenskaperna hos deras resonanser, sa Dr Khalid Rajab, projektbiträdande handledare och medförfattare från QMUL:s School of Electronic Engineering and Computer Science (EECS).

"Faktiskt, vi hittade det, eftersom de svänger med tiden, övertonerna i musikaliska signaler kan vara mer komplicerade att analysera än deras kvantmotsvarigheter, ", tillade han. Forskningen kom från ett projekt för att modellera skillnaderna mellan att spela på fiol och erhu, en tvåsträngad kinesisk fiol.

Professor Chew sa:"När musik för ett folkinstrument som erhu framförs på en fiol, det saknar originalets stilistiska och uttrycksfulla kvaliteter. En av de stora källorna till dessa skillnader ligger i det sätt på vilket toner utarbetas (med vibrato) och det sätt på vilket instrumentalisterna gör sina övergångar mellan toner (med hjälp av portamentos). Vi var intresserade av att skapa datorverktyg som kan hjälpa till att avslöja dessa skillnader."

Forskningen är en del av doktorandprojektet av Luwei Yang, första författare och en doktorand i China Scholarship Council och forskningsassistent i EECS.

Yang, en ivrig erhu-spelare sa:"I erhu, som i fiolspel, vibrato används ofta för att efterlikna den mänskliga röstens livlighet och färgstarka uttrycksförmåga. Samtida erhu vibrato-stilar var djupt influerade av fioltekniker, så det är fascinerande att gräva djupare i att karakterisera skillnaderna mellan dem."

Forskarna hoppas att den nya tekniken kommer att hjälpa musiker och musiklärare i deras strävan att uppnå det perfekta vibratot, hjälpa ljudartister att skapa mer naturligt klingande vibratoeffekter i ljudproduktion, och gör det möjligt för forskare att kartlägga stilistiska trender inom vibratoanvändning över kulturer och tid.