Musiikkiammattilaisen mukana kulkeva työasema 2/3

Video on tärkeä pedagoginen työkalu, johon aina liittyy myös ääni. Siksi tässä artikkelissa käsitellään molempia. Aluksi käydään läpi muutamia keskeisiä äänen tallentamiseen liittyviä käsitteitä. Videon tekemistä käsitellään matalan kynnyksen vaihtoehtoja pohtien ja sopivia lisävarusteita suositellen. 

Yleistä äänestä ja sen tallentamisesta

Musiikkia voidaan luoda digitaalisilla instrumenteilla suoraan digitaalisiksi tallenteiksi. Tämän artikkelin fokuksessa on kuitenkin analogisen äänilähteen käyttäminen tallenteen tai lähetyksen materiaalina. 

Näytteenottotaajuus

Kun digitaalisen tallenteen perustana on analoginen äänilähde, elävä konsertti tai äänitysstudiossa soittavat muusikot, analogisuus tarkoittaa muusikoiden tuottamia fyysisiä ääniaaltoja. Mikrofoni muuttaa ääniaaltojen tuottamat ilmanpaineen vaihtelut sähköiseksi audiosignaaliksi, joka vahvistetaan etuasteessa (äänikortti, gain control) normaalitasoiseksi. Vahvistettu sähkösignaali matkustaa nyt AD-muuntimeen (analog-to-digital converter). Tässä vaiheessa AD-muunnin poistaa taajuudet, joita se ei pysty konvertoimaan. Tämän jälkeen analogisen audiosignaalin jännitevaihtelut muunnetaan digitaaliseen muotoon ottamalla signaalista näytteitä. Tähän liittyy käsite näytteenottotaajuudesta, joka tarkoittaa näytteiden aikaväliä. Mitä useampia näytteitä sekunnissa otetaan, sitä tarkempaa dataa äänestä saadaan. CD-levyn vakionäytteenottotaajuus on 44,1 kHz, mikä tarkoittaa, että joka sekunti otetaan 44 100 näytettä. Yleensä tallenne on sitä laadukkaampi, mitä suurempi näytteenottotaajuus on. Jotta digitaalinen äänisignaali voitaisiin kuulla, tarvitaan DA-muunnin (digital-to-analog converter), joka muuttaa digitaalisen signaalin jälleen analogiseksi, jolloin voimme kuulla ääntä kaiuttimista tai kuulokkeista. 

Koska kaikilla instrumenteilla on erityinen äänenväri, soundi, joka ilmenee erityisesti instrumentin yläsävelsarjassa, korkeampi näytteenottotaajuus vaikuttaa soundin realistiseen toteutumiseen äänitteessä. Siksi joissakin klassisen musiikin äänityksissä ja elokuvaäänityksissä käytetään jopa 192 kHz:n näytetaajuutta.

Bittisyvyys

Digitaalisen tallenteen bittisyvyys kertoo, kuinka monta numeroa kunkin analogisen signaalinäytteen tallennukseen käytetään. Tämä parametri liittyy äänen dynamiikkaan, voimakkuusvaihteluiden tallentamiseen. CD-levyjen vakiobittisyvyys on 16. Bittisyvyyttä ja näytteenottotaajuutta korottamalla tallenne sisältää enemmän dataa ja tämä kasvattaa tiedostokokoa. Yksi bitti pystyy kuvaamaan 6 dB:n dynamiikkaa, jolloin äänitteen kokonaisdynamiikka on eri bittisyvyyksillä tällainen:

• 8 bittiä: 48 dB
• 16 bittiä: 96 dB
• 24 bittiä: 144 dB

Mitä enemmän bittisyvyyttä on, sitä paremmin hiljaiset äänet tallentuvat hukkumatta taustakohinaan. Koska kohina erottuu hiljaisesta dynamiikasta, on järkevää pitää signaali voimakkaana. Liian voimakas signaali kuitenkin säröytyy. Siksi äänitestiä tehdessä tulee kokeilla kaikkein voimakkainta dynamiikkaa. Huippu pyritään säätämään äänikortista turvallisen alas maksimista. Kun turvatilaa jätetään esimerkiksi 20 dB, silloin 16 bitin resoluutiolla dynamiikka kaventuu 76 dB:iin. Koska ihmisen dynamiikkaherkkyys on n. 90 dB, tällöin taustakohina on kuultavissa. Kun käytetään 24 bitin syvyyttä, kohinaa ei kuule.

Yllä selostettu äänen digitointitapa tunnetaan myös lineaarisena tallentamisena. Tavoitteena on muuttaa analoginen signaali digitaaliseksi mahdollisimman alkuperäisenä informaatiota poistamatta. Yleisimmät pakkaamattoman musiikin tallennusmuodot ovat AIFF ja WAV. Ammattimaiset tallenteet tehdään poikkeuksetta pakkaamattomasta signaalista. 

Äänen pakkaamisesta

Kun halutaan pienentää tiedostokokoa, äänitiedosto muutetaan muotoon, jossa se vie vähemmän tallennustilaa ja siirtokapasiteettia. Karkeasti jaoteltuna pakkaustekniikoita on kaksi:

• häviöllinen pakkaus (lossy compression), esim. MP3, AAC (m4a), WMA ja Dolby Digital
• häviötön pakkaus (lossless compression), esim. FLAC, WMA Lossless ja Dolby TrueHD

Häviöllisessa pakkauksessa informaatiosta poistetaan elementit, joita korva ei välttämättä kuule. MP3-tekniikassa jätetään voimakkaan taajuuden viereinen heikompi taajuus pois, koska korva ei sitä erota.

Häviöttömässä pakkauksessa alkuperäinen tiedosto koodataan matemaattisella algoritmillä lyhyemmäksi niin, että se voidaan myöhemmin palauttaa alkuperäiseen muotoonsa. Tällainen tiedosto on tietenkin MP3-tiedostoa suurempi, mutta tehokkaiden laitteiden, suorituskykyisen verkon ja isojen tallennustilojen vuoksi seikalla ei taida enää olla suurta merkitystä.

Pakkauksen laatu ilmaistaan kbps-yksiköllä (kilobittiä per sekunti). Mitä isompi numero, sitä parempi laatu. MP3-pakkauksessa 128 kbps ei riitä musiikille, mutta 160 kbps ja 192 kbps ovat usein riittäviä. Tämä kannattaa kokeilla itse.

Pakkaamiseen ja purkamiseen menee myös aikaa. Käyttäessäni SonoBus-sovellusta etämusisointiin kaverin kanssa hyvällä verkkoyhteydellä, arvelen pakkaamattoman äänisignaalin kulkeneen pienemmällä viiveellä, koska sovelluksen ei tarvinnut ensin pakata ja sitten purkaa. Tämäkin kannattaa kokeilla kaverin kanssa itse.

Mikrofoneista

Esiteltäväksi olen valinnut opetuskäyttöön sopivia yleisimmin käytössä olevia mikrofonityyppejä, jotka sopivat sekä akustisten että sähköisten instrumenttien tallentamiseen. 

Kondensaattorimikrofonissa on dynaamisen mikrofonin kalvon ja kelan sijasta kondensaattori, joka koostuu ohuen ohuesta metallisesta kalvosta, joka vastaanottaa ääniaallot, sekä rei’itetystä elektrodista. Kondensaattoriin synnytetään tasajännite ulkopuolisella jännitelähteellä, jonka jännite on useimmiten 48 V. Tähän käytetään usein niin kutsuttua phantom-jännitettä (engl. phantom power). Kun äänenpaine saa metallikalvon liikkumaan kauemmas ja lähemmäs elektrodista, kondensaattorin kapasitanssi ja sitä kautta sähkövaraus muuttuu. Tämä muutos tuottaa heikon signaalin, joka on liian pieni, jotta se voitaisiin sellaisenaan käyttää. Sen takia mikrofonissa itsessään – tai sitä hyvin lähellä signaalitiellä – täytyy olla esivahvistin (esim. äänikortissa), joka vahvistaa signaalia. Kondensaattorimikrofoni on mikrofoneista herkin poimien suurimmat ja pienimmät taajuudet melko vaivattomasti. Tämän vuoksi kondensaattorimikrofoni sopii erityisen hyvin korkeatasoiseen akustisen musiikin tallentamiseen ja toistoon. Suurikalvoiset kondensaattorimikrofonit ovat kaikkein herkimpiä, mutta toisaalta ne eivät kestä yhtä suuria äänenpaineita kuin pienemmät ilman pysyviä herkkyyden muutoksia. Pienikalvoiset kestävät suurempaa painetta ja jonkin verran iskujakin. 

Dynaaminen mikrofoni on edullinen ja kestää kovaakin käsittelyä, koska se on rakenteeltaan yksinkertainen. Sopivimpia ne ovat suuren äänenpaineen tuottaville instrumenteille, esimerkiksi rummut ja vahvistimet lähimikitettyinä. Itse käytän dynaamista mikrofonia puhemikkinä opettaessa etänä.

Puheen tallentamisen ja etäopettamisen näkökulmasta huomion ansaitsee myös fyysisesti pienikokoinen elektreettimikrofoni. Tällaisia ovat esimerkiksi napinläpimikrofonit. Elektreettimikrofoni on myös kondensaattorimikrofoni, mutta se ei isompikokoisen sukulaisensa tavoin tarvitse varsinaista phantom-jännitettä, koska tarvittava sähkövaraus siirretään mikrofonin valmistusvaiheessa pysyvästi kapselin takaelektrodin muovimateriaaliin lämpökäsittelyn avulla. Elektreettimikrofonit toimivat usein paristojen avulla.

Käyttökelpoisia ovat myös tietokoneeseen tai mobiililaitteeseen usb-liitännän kautta yhdistettävät USB-mikrofonit. Tämä mikrofonityyppi on kuin kaksi laitetta yhdessä: mikrofoni, jossa voi olla valittavissa useita suuntakuvioita sekä äänirajapinta (esivahvistin), joka saa tarvittavan sähköjännitteen USB-väylästä. Suuntakuviolla määritellään mikrofonin herkkyyttä vastaanottaa ääntä halutusta suunnasta. Itselläni on hyviä käyttökokemuksia Blue Yeti -mikrofonista, josta löytyy neljä suuntakuviota: stereo, hertta, pallo ja kahdeksikko. Pallokuvio on osoittautunut hyväksi mm. ryhmätyöskentelyn mikittämisessä, kun kohtuullisen pieni joukko opiskelijoita halutaan saada kuulumaan ilman erillismikitystä hybridiopetuksessa, jossa osa opiskelijoista osallistuu paikan päällä luokassa ja osa etänä.

Mikä ihmeen äänikortti?

Äänikortti tarvitaan kun halutaan käyttää ulkoisia phantom-virtaa käyttäviä mikrofoneja. Myös äänen ulostulon monipuolisten ominaisuuksien vuoksi äänikortti on erinomainen apuväline live-tilanteita varten. Äänikortti voi olla pöytätietokoneen sisälle kiinteästi asennettu kortti tai ulkoinen älylaitteen tai tietokoneen, yleensä USB-liitäntään yhdistettävä lisälaite. Jotkut äänikortit saavat tarvitsemansa jännitteen tietokoneen USB-väylästä ja toiset tarvitsevat ulkoisen virtalähteen. Jos kaksi mikrofonisisääntuloa riittää, hyviä vaihtoehtoja pienikokoisista USB-väylästä virran saavia laitteita on tarjolla. MUSE-hankkeessa olemme olleet tyytyväisiä Focusrite Scarlett 2i2 -äänikortin käyttökokemukseen ja äänen laatuun. Jos äänisisääntuloja tarvitaan kahta enemmän, laitteet ovat isompia ja ulkoinen virtalähde tarvitaan. Omassa luokassani on Behringerin edullinen neljällä sisääntulolla varustettu äänikortti, jonka kanssa en halua laitteen suuren koon vuoksi lähteä matkailemaan.

Äänen ulostulo, kuulokkeet vai kaiuttimet?

Äänen ulostulossa, käyttääkö tietokoneen tai älylaitteen sisäisiä vai äänikortin tai tietokoneen kuulokeportin kautta ulkoisia kaiuttimia, on tulee huomioida käytettävien ohjelmistojen kaksi erilaista toimintatapaa: mukana kaiun kumous tai ei kaiun kumousta.

1. Perinteiset videokokousohjelmistot, esimerkiksi Zoom ja Teams sisältävät äänen kiertämisen estävän kaiunkumouksen (echo cancellation). Näiden sovellusten kanssa voi käyttää kaiuttimia, mutta reaaliaikainen yhteismusisointi ei ole mahdollista. 
2. Sovellukset, joissa ei ole kaiunkumousta: MUSE-hankkeessa siirsimme ääntä SonoBus-sovelluksella ja videokuva otettiin Zoomista. Tämä yhdistelmä mahdollisti pakkaamattoman äänen (paras laatu) käyttämisen kaikkien SonoBus-sessiossa mukanaolevien kanssa. Videokuva tulee jäljessä, mutta äänen laatu oli aistein koettuna parempi kuin sovelluksilla (ElkLive, FarPlay ja CleanFeed), joissa videokuva kulki ääniraidan kanssa yhdessä. Nopealla verkkoyhteydellä onnistuimme saamaan viiveen riittävän alas reaaliaikaisen yhteismusisoinnin mahdollistamiseksi. Näiden sovellusten kanssa käytetään kuulokkeita.

Verkkoyhteydellä on merkitystä. Kiinteä yhteys pienentää myös videon viivettä. Sekä kaiuttimet että kuulokkeet kannattaa aina yhdistää johdolla.

Vaikka äänen laatu voi Bluetooth-yhteydellä olla hyvä, Bluetooth lisää viivettä aina.

Laitteiden (MacBook Pro M1 Max, iPad Pro 12.9″ M1, Samsung Galaxy Tab S8, Dell Latitude 5430 i7 ja Samsung ChromeBook) sisäisten kaiuttimien äänen laatu osoittautui todella vaihtelevaksi MacBook Pro:n yllättävän hyvästä ChromeBookin vaatimattomaan. 

Hankkeessa testattiin suljettuja Audio-Technica ATH-M50X- ja puoliavoimia AKG K240-kuulokkeita aistinvaraisesti. Molempien äänen laatu oli testaajien mielestä hyvä. Pidempiaikaisessa käytössä AKG voitti kisan, koska puoliavoimista kuulokkeista kuulee omaa musisointia umpinaisia paremmin eikä korvat kuumene paremman ilmankierron vuoksi.

Ulkoisia kaiuttimia testattiin kahta hyvin erilaista: edullisen hintaluokan Mackie CR3-XBT ja studioissa yleinen aktiivikaiutin Genelec One. Yhden Genelec-kaiutinparin hinnalla saa kuudet Mackiet. Hintaero on kuultavissa. Ulkoisen virtalähteen tarvitseva Genelec on loistava työkalu tarkkaa kuuntelua edellyttävään editointityöhön ja myös esimerkiksi instrumentin vahvistamiseen keikalla. Etäopettamisessa Mackie toimii riittävän hyvin, on Genelecejä kevyempi ja helpommin mukaan otettavissa. 

Videokuvasta

Koska tässä artikkelissa tarkastellaan edullisia ratkaisuja, tubettajien suosimia järjestelmäkameroita ei ole vertailtu. Sami Sallisen artikkeli Livestriimaus YouTubessa (https://www.oomc.fi/2022/12/livestriimaus-youtubessa/) valottaa asiaa korkeammalla laadulla.

Monikameratyöskentely edellyttää sopivan tallennus- tai suoratoisto-ohjelmiston käyttämistä. Itse olen perehtynyt maksuttomaan OBS Studio -ohjelmistoon, jota myös muut MUSE:n hankeasiantuntijat ovat testanneet. OBS Studio toimii Windows-, MacOS- ja Linux-käyttöjärjestelmissä. Ulkoisiksi kameroiksi sopivat Android- ja iOS-laitteet video- tai järjestelmäkameroiden lisäksi. Mobiililaitteen yhdistämiseksi OBS Studioon tarvitaan ohjelmisto, ja kaapeli! Minulla on käytössä iOS Camera Plugin for OBS Studio. Android-käyttäjille löytyy vastaava DroidCam OBS. Langattomia yhteyksiä ei kannata käyttää, viive on vähintään sekunti.

Nykyisisten älypuhelimien kamerat ovat riittävän hyviä hyviä ulkoisiksi videolähteiksi opetustyötä ajatellen. HD- (1280×720) ja myös Full HD- (1920×1080) videota on mahdollista kuvata kännykällä. En ole kaivannut suurempaa tarkkuuta opetustyössä. Korkeampi kuvataajuus (FPS / kuvaa sekunnissa, vrt. äänen näytteenottotaajuus) on osoittautunut pikselitiheyttä ehkä tärkeämmäksi määreeksi tarkkojen soittoteknisten ykstyiskohtien näkymisen kannalta. Jos laitteessasi on tehoa riittävästi ja nopea verkkoyhteys, 60 FPS luo todella sulavan kuvan, jossa yksityiskohtia voi nähdä tarkasti. Lopputulokseen vaikuttaa tietenkin millaisella laitteella videota katsoo. Vaikka käytössä ei ole lisävaloja, asettumalla valon eteen, kuvan laatu paranee. Tausta kannattaa myös siivota, tumma kangas rauhoittaa kuvan ja auttaa näkemään haluttuja yksityiskohtia. Ammattimaisempää jälkeä saa aikaan, kun pääsee riittävän suureen tilaan, käyttämällä kolmipistevalaisua.

Mukana kulkevaksi kolmipistevalaisulaitteiksi testiin valikoitui ja toimiviksi todettiin yhdistelmä, joka sisälsi Ledgo:n LED-paneelit ja Godox 150 rengasvalon jalustojen kera.

Godox on mainio yleisvalo, jonka jalustaan voi kiinnittää kännykän kameraksi. Ledgo:n paketti sisältää:

• 2 x LED-valopaneeli
• 2 x kahva, käsikäyttöä varten
• 2 x valaisinjalusta
• 2 x Egg crate -hunajakenno, pehmentää valoa
• 2 x verkkovirtalaite ja -johto
• 1 x kantolaukku

Valoteho (molemmissa) ja -sävy (vain Ledgo:ssa) säädetään käsin. Ledgo:ta voi suositella, Godox 150 jalustan kera on isohko ja hankintaa harkitsevalle voi suositella tutustumista pienempään 120-malliin, jonka säätömahdollisuudet ovat isosiskoa rajatummat.

Vaikka edellä esitelty valokokoonpano on liikuteltavissa, yhdistettynä äänilaitteisiin paketti on jo iso, enkä mielelläni rakentaisi koko systeemiä joka päivä uudelleen.

Tässä onkin toive oppilaitoksille tarjota tiloja, joissa valot voisivat olla, jos eivät kiinteästi, yleensä valmiiksi asennettuina.

Oma kamerakokoonpanoni sisältää MacBook Pro M1 Max läppärin etukameran lisäksi kaksi kännykkää: vuoden 2021 iPhone 13 Pro ja vuodelta 2016 peräisin oleva laatikon pohjalta löytynyt iPhone 8. Halusimme myös testata GoPro-kameraa, joka pienen kokonsa vuoksi olisi kätevä ja helppo ottaa mukaan. GoPro:ta valittaessa on tärkeä olla tietoinen mikä malleista toimii kaapelilla. GoPro Max (360 Degree) toimii ainoastaan langattomasti, joko Bluetooth tai Wifi, eikä siksi ole pienimmillään sekunnin viiveellä sopiva videolähde ainakaan instrumenttiopetuksessa. GoPro:n perusmalli Hero:n saa yhdistettyä USB-kaapelilla ja tässä viive on kohdallaan.

Sopivan kuvakulman toteuttamiseksi tarvitaan kännykkätelineitä. K&M:n mikrofonitelineeseen kiinnitettävä teline on osoittautunut toimivaksi. Myös pöydän kulmaan kiristettävä teline toimii hyvin.

Nuottinäkymän jaan OBS Studioon iPadiin asennetusta Newzik-sovelluksesta. iPadin kanssa testattiin AirTurn Manos-telinettä, joka osoittautui huonosti suunnitelluksi harmitusta aiheuttavaksi laitteeksi.

Suunnittelija on yhdistänyt metallia ja muovia yhdeksi rakenteeksi, joka rikkoutuu erilaisten lämpölaajenemisominaisuuksien vuoksi. Jos valmistaja kehittää rakennetta, AirTurn-tablettiteline voi olla hyvä vaihtoehto keveytensä ja helpon liikuteltavuuden vuoksi.

Paremmaksi tablettitelineeksi osoittautui osoittautui K&M:n versio, jonka käytettävyyttä kuitenkin rajoittaa sen idea pöytätelineenä.

Yhdistän kamerat ja iPadin OBS-sovelluksen avulla erilaisiksi näkymiksi, joita vaihtelen Elgato Stream Deckin pikanäppäinten avulla. Vaikka OBS-ohjelmistoon voi luoda omia pikakomentoja, suosittelen Stream Deckiä helppouden ja varmuuden näkökulmasta. 

Edellä mainittu kokoonpano tarvitsee neljä USB-liitäntää, jolloin tarvitaan USB-telakka. Telakoiden USB-standardeissa on eroja. Kannattaa satsata viimeisimpään versioon (helmikuussa 2023, USB 3.2) nopeuden ja luotettavuuden vuoksi. 

Pedagogisia näkökulmia valotan laajemmin artikkelisarjan seuraavassa ja viimeisessä osassa.

Lue lisää (kolmipistevalaisu): https://en.wikipedia.org/wiki/Three-point_lighting

Lue lisää (kondensaattori): https://fi.wikipedia.org/wiki/Kondensaattori

Lue lisää (kaiunkumous): https://en.wikipedia.org/wiki/Echo_suppression_and_cancellation