Tamperelaistutkijat paljastivat Madonnan rumpalin tieteellisen salaisuuden

Julkaistu: 11.06.2015 / Toimitus

Tampereen teknillisen yliopiston ja Harvardin yliopiston tutkijat ovat heittäytyneet mielenkiitoiseen aiheeseen: miksi joillakin rumpaleilla on oma tietty tyylinsä, selvästi tunnistettava "groove"?

Vastauksia esiteltiin askettäin PLOS ONE -julkaisusarjassa olleessa artikkelissa, joka syntyi TTY:n (Tampereen teknillisen yliopiston) ja Harvardin yliopiston tutkijoiden analysoitua rumpali Jeff Porcaron (ei kuvassa) soittoa millisekunnin tarkkuudella.

Jeff Porcaro oli kenties maailman kuuluisin groove-rumpali. Hän oli TOTO-yhtyeen perustajajäsen ja soitti lukuisten popin, rockin, ja jazzin supertähtien kuten Michael JacksoninMadonnanBruce Springsteenin, Pink Floydin, Dire Straitsin ja Herbie Hancockin levyillä. Tämä tuottelias rumpari kuoli vuonna 1992 vain 38-vuotiaana.

Tutkimuksessa haluttiin selvittää yksityiskohtaisesti musiikin ja erityisesti rumpujen soiton ajoituksen ja dynamiikan vaihtelua tasaisen konemaiseen rytmiin nähden. Vaihteluiden rakenne antaa tietoa hermoston ja motoriikan toiminnasta. Lisäksi se valottaa niin sanotun svengin tai grooven taustatekijöitä ja miten rumpali toimii sen aikaansaamiseksi sekä tietoisesti että tiedostamatta. 

Asia on kiinnostava paitsi ihan sinällään, niin myös matemaattisesti ja siitä on apua useiden rymiä käyttävien laitteiden kehittämisessä. Tällaisia ovat esimerkiksi  uuden sukupolven inhimillisesti toimivat rumpukoneet.

Rummutus on fraktaalista

"Monilla ihmisen biosignaaleilla ja rytmisillä toiminnoilla kuten sydämen sykkeellä, askelluksella ja taputuksella on aiemmin havaittu fraktaalinen rakenne, kun tarkastellaan poikkeamia täysin tasaiseen rytmiin nähden", kertoo professori Esa Räsänen TTY:n fysiikan laitokselta. 

"Tällöin poikkeamien muodostama sarja näyttää samankaltaiselta sekä pienissä että isoissa mittakaavoissa. Luonnossa ilmiö on nähtävissä esimerkiksi kukkakaalin tai saniaisen lehden rakenteessa."

Räsäsen mukaan aiemmissa laboratoriokokeissa on havaittu, että fraktaalisesti käyttäytyvät poikkeamat rytmin intervalleissa eli iskujen välisissä ajoissa saavat musiikin kuulostamaan luonnollisemmalta. 

"Poikkeamien esiintymistä ei kuitenkaan ole aiemmin tutkittu äänitetyssä musiikissa, vaikka fraktaalisuus yhdistettynä musikaaliseen tulkinnan tuomaan vaihteluun saattaa olla oleellinen tekijä grooven taustalla."

Tutkimuksessa tarkasteltiin erityisesti Jeff Porcaron 16-osanuoteille soittamiaan hi-hat-iskuja Michael McDonaldin kappaleessa I Keep Forgettin' (video jutun lopussa) vuodelta 1982. Kyseinen kappale on tunnettu näyte Porcaron maineikkaasta yhden käden hi-hat-tekniikasta.

Myös menetelmien kannalta kappale on oivallinen tutkimusesimerkki: hi-hat-iskujen ajat ja voimakkuudet ovat erotettavissa erittäin suurella tarkkuudella ja toisaalta datamäärä on riittävän suuri tarkkaa aikasarja-analyysiä varten. Datan erottelu suoritettiin TTY:n signaalikäsittelyn laitoksella ja analyysi fysiikan laitoksella. Tutkijat löysivät fraktaalisen rakenteen sekä Porcaron hi-hat-intervallien että iskujen voimakkuuden vaihtelusta. 

"Fraktaalisuus tulee esiin pitkillä, yli kahden tahdin aikaskaaloilla", selittää Räsänen. 

"On huomattava, että kyseessä on erittäin hienovarainen ilmiö: intervallien keskihajonta on vain noin yhdeksän millisekuntia eli soitto on äärimmäisen tarkkaa. Rumpali ei siis tietoisesti luo soittoonsa fraktaalisuutta, vaan vaihteluiden rakenne on luonnollinen seuraus hermojärjestelmän toiminnasta. Joka tapauksessa sekä aiemman tutkimuksen että subjektiivisen tarkastelun perusteella fraktaalinen vaihtelu vaikuttaa positiivisesti kuuntelukokemukseen".

Lyhyillä, yhden tai kahden tahdin skaaloilla fraktaalisuutta ei näy mutta toisaalta musikaalinen tulkinta korostuu. Esimerkiksi hi-hat-iskujen voimakkuudesta on erotettavissa kahden tahdin pituinen, kappaleen fraasia seuraava toistuva kuvio. Kahden käden hi-hat-soittotekniikalla tällainen kuvio olisi lähes mahdoton toteuttaa. Porcaro on itsekin opetusvideossaan korostanut yhden käden tekniikan tärkeyttä kyseisessä kappaleessa: "it (two-handed method) sounded just too stiff and staccato for me". 

Tutkimus avaa uusia mahdollisuuksia rumpukoneiden kehittämiseen. Jo aiemmin on tiedetty, että ihmisrumpali voittaa soiton luonnollisuudessa rumpukoneen. Tämän vuoksi koneisiin on lisätty satunnaisuutta lisääviä algoritmeja. Niissä ei kuitenkaan ole otettu vaihteluiden inhimillistä erityispiirrettä eli fraktaalisuutta lainkaan huomioon. Myöskään iskujen voimakkuutta ei ole rumpukoneissa muunneltu riittävän monipuolisesti.

Tutkimus herättää useita uusia tutkimusongelmia ratkottaviksi: Millaisia eroja eri rumpaleiden "fraktaalisuuden" välillä on? Miten soittotekniikka tai musiikin tyylilaji vaikuttavat? Ja mikä on musikaalisen kommunikaation eli yhteissoiton merkitys?

Näitä kysymyksiä on jo osin selvitetty, ja työ jatkuu aktiivisesti mm. tämän tutkimuksen tekijöiden voimin. Tutkijoilla on siis edessään jännittäviä musiikkituokioita...joihin suhtautudutaan luonnollisesti täysin matemaattisesti.

Artikkeli perustuu TTY:n lähettämään tiedotteeseen. Tiedetuubi julkaisee tutkimuslaitosten ja yhtiöiden lähettämiä tiedotteita kuratoiden ja editoiden; nämä jutut erottaa journalistisesti toimitetusta sisällöstä punaisesta neliöstä jutun yhteydessä.

Kuva: Flickr / Blues Association of Geneva