Kvantfysik giver indsigt i musikekspressivitet

Forskere ved Queen Mary University of London (QMUL) bringer os tættere på at forstå den musikalske oplevelse gennem en ny tilgang til analyse af en fælles musikalsk effekt kendt som vibrato.

Vibrato er den opad-ned-svingning i tonehøjde, der blev introduceret under instrumental eller vokal præstation, beregnet til at tilføje udtryksfuldhed og lette lydprojektion, og almindeligt anvendt i opera. En veltimet og smukt udført vibrato kan i høj grad forbedre lydkvaliteten af ​​en note, og fremkalde stærke følelsesmæssige reaktioner hos lytteren.

Den nye tilgang til vibrato -analyse, offentliggjort i Journal of Mathematics and Music , beskriver for første gang brugen af ​​Filter Diagonalisation Method (FDM) i behandling af musiksignaler. Teknikken har oprindelse i kvantefysik og bruges til at studere molekylær dynamik og nuklear magnetisk resonans.

"Vi er nu et skridt tættere på at forstå mekanikken i musikkommunikation, de nuancer, kunstnerne introducerer til musikken, og logikken bag dem, "sagde projektleder og medforfatter professor Elaine Chew fra Center for Digital Music på QMUL's School of Electronic Engineering and Computer Science (EECS).

Teknikkens evne til at opdage og estimere egenskaber fra meget fine informationsstrimler kommer især godt med i vibrato -analyse og giver forskere mulighed for at analysere musiksignaler med større præcision end tidligere.

Vibratoer svinger typisk med en hastighed på 4-8 cykler i sekundet, eller med en periode på 125-250 millisekunder pr. cyklus. Graden i hvilken banen er bøjet op eller ned kan være op til en halv halvton. Fordi vibrater sker så hurtigt, standardteknikker, der kræver et forholdsvis stort vindue til analyse af musiksignalet, har hidtil kæmpet for præcist at fange deres egenskaber.

"FDM -algoritmen blev oprindeligt udviklet til effektivt og effektivt at undersøge de komplicerede kvantedynamiske resonanser af atomer og molekyler. Selvom musikalske signaler er meget forskellige fra deres kvantemodstykker, matematisk deler de mange ligheder, herunder egenskaberne ved deres resonanser, sagde Dr Khalid Rajab, projektleder og projektforfatter fra QMUL's School of Electronic Engineering and Computer Science (EECS).

"Faktisk, vi fandt ud af, fordi de svinger med tiden, harmonikken i musikalske signaler kan være mere kompliceret at analysere end deres kvante -modstykker, "tilføjede han. Forskningen stammer fra et projekt for at modellere forskellene mellem at spille på violin og erhu, en to-strenget kinesisk fele.

Professor Chew sagde:"Når musik til et folkemusikinstrument som erhu udføres på en violin, den mangler originalens stilistiske og udtryksfulde kvaliteter. En af de vigtigste kilder til disse forskelle ligger i måden, hvorpå noter udarbejdes (med vibrato) og måden, hvorpå instrumentalisterne foretager deres overgange mellem noter (ved hjælp af portamentos). Vi var interesserede i at skabe computerværktøjer, der kan hjælpe med at afsløre disse forskelle. "

Forskningen er en del af Luwei Yangs ph.d. -projekt, første forfatter og en China Scholarship Council doktorand og forskningsassistent i EECS.

Yang, en ivrig erhu -spiller sagde:"I erhu, som i violinspil, vibrato bruges ofte til at efterligne den menneskelige stemmes livlighed og farverige udtryksfuldhed. Moderne erhu vibrato -stilarter blev dybt påvirket af violinteknikker, så det er fascinerende at grave dybere i at karakterisere forskellene mellem dem. "

Forskerne håber, at den nye teknik vil hjælpe musikere og musiklærere i deres søgen efter at opnå den perfekte vibrato, hjælpe lydkunstnere med at skabe mere naturlige klingende vibrato -effekter i lydproduktion, og gøre det muligt for forskere at kortlægge stilistiske tendenser inden for vibrato -brug på tværs af kulturer og tid.