ääni

Musiikkia eksoplaneettojen ainutlaatuisesta liikkeestä

Ti, 05/16/2017 - 17:10 Jarmo Korteniemi
Kuva: NASA / JPL

Vastikään tutkittua Trappist-1 -tähteä kiertää seitsemän maankaltaista eksoplaneettaa. Mikä vielä kiehtovampaa, ne kiertävät tasaisessa tahdissa toistensa kanssa. Nyt tutkijat tekivät kierrosta korvia hivelevää musiikkia. Nauttikaa!

Tähtitieteilijät ilmoittivat alkuvuodesta löytäneensä Trappist-1 -tähden ympäriltä seitsemän kiertolaista. Ne ovat kaikki jotakuinkin Maan kokoisia, ja osa vieläpä kiertää tähteä alueella, jolla voisi olla nestemäistä vettä. Kerroimme asiasta jo aiemmin Tiedetuubissa.

Trappist-1:n planeetat ovat myös tiukassa resonanssissa toistensa kanssa: Kun niistä uloin kiertää tähden ympäri kahdesti, sisemmät ehtivät pyrähtää tasan 3, 4, 6, 9, 15 ja 24 kierrosta.

Vierekkäisten planeettojen kiertoaikojen suhteet ovat siis hyvin yksinkertaisia murtolukuja välillä 3/5 - 3/4.

Planeettojen erikoinen rinnakkaiselo sai tutkijat miettimään ilmiön esittämistä helposti ymmärrettävässä muodossa. Näin syntyi alla näkyvällä videolla toistuva jännittävä äänikuva Trappist-1:n planeettakunnasta. Rytmi on kiehtova, monimutkainen, ja ehkäpä jostakusta jopa miellyttäväkin.

On myös kiehtovaa ajatella, että Trappist-1:n "musiikkiteos" on "soinut" todellisessa maailmassa jo muutaman miljardin vuoden ajan - tosin 212 miljoonaa kertaa hitaammin kuin videolla kuuluva versio.

Tuoreen tiedeartikkelin mukaan juuri resonanssiin lukkiutuminen on luultavasti mahdollistanut planeettojen säilymisen näin pitkään. Ilman resonanssia radat olisivat muuttuneet kaoottisiksi jo alle 500 000 vuodessa, ja planeetat olisivat joko sinkoutuneet tähden luota avaruuteen tai jopa törmänneet toisiinsa.

Aluksi kaikki yritykset mallintaa planeettakunnan nykytila epäonnistuivat, sillä ne näyttivät aina päätyvän kaoottisille radoille. Lopulta tutkijat kuitenkin päättivät lähteä aina planeettakunnan synnystä lähtien, ja asia selvisi. Nuoren Trappist-1:n ympärillä olleessa pöly- ja kaasukiekossa syntyneet planeetat kulkeutuivat ja jäivät paikoilleen juuri sen samaisen kiekon ansiosta.

Vaikka nykyisin tunnetaan jo yli 500 tähteä, joilla on useita eksoplaneettoja, ei muita täydessä resonanssissa olevia planeettakunta ole vielä löytynyt.

"Trappist-1 on varmaankin musikaalisin eksoplaneettaperhe, jonka tulemme ikinä löytämään", uumoili eräs musiikkiprojektin luojista, tutkija ja muusikko Matt Russo. "Toivon kuitenkin olevani väärässä", hän lisäsi toiveikkaana.

Trappist-1 sijaitsee noin 40 valovuoden päässä Auringosta. Se on hyvin pieni punainen kääpiötähti, ja kaikki sen planeetat kiertävät alle 13 miljoonan kilometrin päässä tähdestä. Vertailun vuoksi oman Aurinkokuntamme sisin planeetta Merkurius käy lähimmillään 46 miljoonan kilometrin päässä Auringosta.

Tarkempia tietoja Trappist-1:stä ja sen kiertolaisista voi katsoa Trappist-1:n sivulta. Videosta ja äänikuvasta taas löytyy lisätietoa System-sounds -sivustolta.

Robotit kaipaavat tylsän tavallisia arkiääniä

Ke, 08/24/2016 - 09:48 Toimitus
Arkisia ääniä tallentamassa

Äänen havaitseminen ei ole vaikeaa roboteille, mutta äänen sisällön ymmärtäminen on. Siksi tamperelaistutkijat ovat keränneet tietokannan arkisista äänistä ja avasivat sen myös muiden tutkijoiden käyttöön.

Tampereen teknillisen yliopiston Audiotutkimusryhmä on tallentanut jokapäiväisiä ääniä tietokantaa varten Tampereella ja Helsingissä. Ääniä kerättiin kaikenlaisissa tavallisissa ympäristöissä, kuten puistoissa, kaduilla, kodeissa, toimistoissa, kaupoissa sekä ravintoloissa.

Mukana on esimerkiksi ohi ajavien autojen ääniä, kävelevien tai puhuvien ihmisten ääniä, lintujen laulua sekä lasten ääniä.

Tietokanta auttaa kehittämään automaattista äänten tunnistusta, mikä puolestaan auttaa tekemään kuulevia laitteita, kuten kännyköitä, itseohjautuvia autoja ja robotteja.

"Kuulevat laitteet ymmärtävät, mitä niiden kuulemat äänet tarkoittavat, ja osaavat esittää siihen perustuvaa tietoa käyttäjälle", selittää tutkijatohtori Annamaria Mesaros TTY:n signaalinkäsittelyn laitokselta.

"Käyttökohteita voi keksiä laajasti, esimerkiksi kuulovammaisten hälytysjärjestelmät kotiympäristössä sekä vaikkapa melulähteiden tai syrjäisten lintupopulaatioiden monitorointi."

Julkaistu tietokanta on suurin arkisten äänten tietokanta, sillä siinä on miltei kymmenen tuntia ääntä. Tietokanta on avoin kaikille tutkijoille, jotka haluavat käyttää sitä työssään.

"Tietokanta tulee olemaan tärkeä tutkimusyhteisölle", jatkaa Mesaros. 

"Näin suurta kokoelmaa ei ole aiemmin ollut saatavilla, sillä aineiston kerääminen ja nimikoiminen vaativat paljon aikaa ja työtä."

"Osa tietokannan äänityksistä on annotoitu eli nimikoitu erityisen tarkasti niin, että yksittäiset äänilähteet sekä niiden tapahtumahetket äänitteistä on tunnistettu Tämän tyyppiset yksityiskohtaiset annotaatiot mahdollistavat tarkkojen automaattisten tunnistusmetodien kehityksen."

Käynnissä kansainvälinen kilpailu

Tietokannan julkaisun myötä TTY tukee datan avointa saatavuutta ja edistää yhteistyötä muiden alalla tutkimusta tekevien instituutioiden kanssa.

Audiotutkimusryhmä järjestää lisäksi kansainvälisen kilpailun, jolla se tukee alan huipputekniikan kehitystä ja uusia innovaatioita. Kilpailuun liittyvä työpaja järjestetään Budapestissä syyskuun alussa. Kilpailu ja työpaja järjestetään yhteistyössä brittiläisten Queen Mary University of Londonin ja University of Surreyn sekä ranskalaisen Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes -instituutin kanssa.

Parhaan äänten tunnistusmenetelmän palkinnosta kilpailee yli 150 osallistujaa 79 kansainvälisestä yliopistosta ja yrityksestä.

"Jännittävää nähdä, millaisia tunnistusmenetelmiä keräämämme tietokanta on poikinut", Mesaros toteaa.

Artikkeli perustuu Tampereen teknillisen yliopiston tiedotteeseen.

Sillivalas kuulee kallollaan

Pe, 01/30/2015 - 14:00 Markus Hotakainen
Kuva: Aqqa Rosing-Asvid

Hetulavalaiden tiedetään laulavan, vaikka niillä ei äänijänteitä olekaan. Ääni syntyy päälaella sijaitsevien puhallusaukkojen yhteydessä olevissa onkaloissa, joissa ilmanpaine vaihtelee. Näin syntyy hyvin matalataajuista ääntä, joka kulkeutuu satojen kilometrien päähän.

Tutkijoille on kuitenkin ollut arvoitus, miten valaat kuulevat. San Diegon valtionyliopistossa tehdyn tutkimuksen perusteella valaiden kuulon kannalta keskeinen ruumiinosa on niiden kallo. Ted Cranford ja Petr Krysl tutkivat sillivalaan luustoa ja tuli siihen tulokseen, että kallon luut värähtelevät matalia ääniä vastaavilla taajuuksilla ja välittävät värähtelyt edelleen korvan kuuloluihin. 

Tutkimus liittyy myös merten "äänisuojeluun". Monet ihmisen toimet, kuten meriliikenne, öljynetsintä ja -poraus sekä sotaharjoitukset synnyttävät ääniaaltoja, joiden taajuus on samalla alueella valaille ominaisten äänten kanssa. Ne haittaavat valaiden kommunikointia toistensa kanssa ja tekevät uhanalaisten lajien elämän entistä tukalammaksi.

Suojelutoimien ja niitä koskevan lainsäädännön kannalta on kuitenkin ollut ongelmallista, että valaiden kuuloaisti on tunnettu hyvin huonosti. Tuoreessa tutkimuksessa tehtiin tarkka kolmiulotteinen tietokonemallinnus valaan päästä – luineen, lihaksineen, aivoineen ja aistielimineen kaikkineen – ja sen avulla tarkasteltiin äänen kulkua valaan kehossa. 

 

Mallin pohjana käytettiin valasta, joka rantautui vuonna 2003 Sunset Beachille Kaliforniaan. Sitä ei saatu takaisin veteen, joten se menehtyi, mutta sen perintö voi auttaa muita valaita. Tutkijat skannasivat valaan pään röntgenlaitteistolla ja rakensivat näin saadun informaation pohjalta tutkimuksessa käytetyn yksityiskohtaisen mallin. 

Tietokonemalli koostuu miljoonista osasista, joten sen käsittelyyn ja etenkin äänen aiheuttamien värähtelyjen simulointiin tarvittiin paljon laskentatehoa. Käytännössä ääni (eli veden paineenvaihtelut) voi kulkeutua valaan kuuloluihin kahta reittiä: pehmytkudoksia tai kallon muita luita pitkin.

Pehmytkudosten välityksellä matalataajuisen äänen kulkeutuminen on heikkoa, sillä äänen aallonpituus on suurempi kuin valas itse. Kallon luut sen sijaan voivat värähdellä pitkäaaltoisen äänen taajuuden mukaan ja jopa vahvistaa sitä – ainakin teoriassa. 

Ja uuden tutkimuksen mukaan myös käytännössä. Tutkijoiden tekemän simulaation perusteella ääni kulkeutuu valaan kallon luiden välityksellä neljä kertaa tehokkaammin kuin pehmytkudosten kautta ja valaiden ääntelyyn käyttämien matalimpien taajuuksien alueella – 10–130 Hz – jopa kymmenen kertaa tehokkaammin. 

Jatkotutkimuksessa on tarkoitus selvittää, toimiiko myös muiden valaslajien kuulo samalla periaatteella. 

Alla oleva animaatio simuloi sillivalaan kallon luiden värähtelyä 250 hertsin taajuudella. Värähtelyn suuruutta on havainnollisuuden vuoksi liioiteltu. Kuva: Ted Cranford ja Petr Krysl.

ezgif_com-resize.gif

Tutkimuksesta kerrottiin San Diegon valtionyliopiston uutissivustolla ja se on julkaistu PLOS ONE -tiedelehdessä 29. tammikuuta.

 

Vedenalainen levysoitin

La, 02/08/2014 - 12:21 Jari Mäkinen
Levysoitin veden alla

Amerikkalaistaiteilija Evan Holm on tehnyt 2000-luvun alusta alkaen erilaisia tekniikkaa ja taidetta yhdistäneitä teoksia, ja hänen uusin keksintönsä on upottaa levysoitin veden alle. Kyllä, se toimii sielläkin – kunhan vain levysoitin on tehty siten, että vesi ja sähkö eivät pääse keskenään tekemisiin toistensa kanssa.

Vesitiivis levysoitin on teoksessa keinotekoiseksi lammeksi muotoillun vesialtaan sisällä siten, että levy pyörii juuri pinnan alla ja se saa pyöriessään aikaan kauniin pyörteen vesipintaan. Levysoittimessa on neula vartensa päässä, ja kun se asetetaan levypinnalle, kuuluu musiikki aivan samaan tapaan kuin normaalisti: ääni syntyy neulan seuratessa levyssä olevaa uraa ja muuttaa värähtelyt sähkösignaaliksi ilman ilmaa. Ainoa ero vedettömään levyn soittamiseen on se, että neula painuu levyä vasten veden alla hieman heikommin veden nosteen vuoksi, mutta tätä Holm kompensoi pienellä lisäpainolla.

Holm selittää, että hänen näkemyksessään ihmiskunta tulee vielä joskus tulevaisuudessa häviämään ja sen jäänteet hiipuvat Maan sisään. "Vesiallas symboloi tässä mysteeriä, häviämistä ja ihmiskunnan kollektiivista tietoisuutta", selittää Holm ja jatkaa: "Kun laitan levyn soimaan tähän altaaseen veden tumman ja häilyvän pinnan alle, luon samalla väläyksen tuosta häipymisen ajasta."

"Teos on kuitenkin optimistinen, sillä ääni, melodia ja laulu tulevat altaasta, ne työntyvät alitajuntaan ajattomuudesta ja tuovat meidät takaisin elämään ja hengittämään. Kunnioitan tällä teoksella muusikoita ja kaikkia taiteilijoita, jotka ovat auttaneet rakentamaan inhimillisen kulttuurin."

Me näemme teoksen myös kädenojennuksena tieteelle ja tekniikalle; alla oleva "making of" -video näyttää miksi...