Guy madison, Institutionen för psykologi, Umeå universitet

2008-2014

1. Projektets syfte samt eventuella ändringar i syftet under projektperioden
Syftet med projektet var att ta reda på vilka fysikaliska egenskaper i en musiksignal som ger upplevelsen av sväng ("groove" på engelska), och vilken funktion detta har. Projektplanen formulerade ett antal empiriska frågor för att på olika sätt komma åt detta syfte. Syftet ändrades inte under projektperioden, men initiala resultat ledde till en något annorlunda prioritering av det empiriska arbetet. Vi sköt fram några av rörelseanalyserna som verkade mindre relevanta för syftena, och introducerade i stället ett antal syntetiserade rytmiska egenskaper som inte fanns med i den ursprungliga planen.

Låt oss börja med att förklara vad groove är, och varför det är intressant. Musik som "svänger" eller "har groove" får oss att stampa takten, nicka med huvudet, och att dansa. Detta är centralt i jazz och i mycket folk- och dansmusik världen över, som samba, salsa, och tango. Groove är inte dock inte begränsat till vissa musikstilar, utan samma upplevelse och beteende förekommer mer eller mindre i alla sorters musik, från Heinrich Schütz eller Igor Stravinskij till punk eller hårdrock.

Undantagen från denna huvudregel är när musiken inte har någon tydlig puls eller ett tempo som är väldigt långsamt. Exempel på sådan musik är nordamerikanska indianers recitativ, javanesisk Gamelanmusik och elektroakustisk musik. Det finns många fler exempel på musik som inte skapar en känsla av puls hos lyssnaren, och där groove därför är irrelevant. Sådan musik verkar inte ha som funktion att man ska röra sig till den, och fokuserar på någon annan egenskap än rytm. Recitativ har funktionen att kommunicera verbal information, till exempel berättelser från ett icke-litterat folks historia, och både gamelanmusik och elektroakustisk musik betonar rika, komplexa klanger, men har lite temporal eller rytmisk struktur. Musik helt utan puls är mycket ovanlig. Det finns ingen kvantitativ uppskattning, men den utgör med säkerhet mindre än en procent av all musik. Den verkligt stora kontrasten ligger i hur ofta musiken lyssnas på: Det finns förmodligen inte en låt på Spotify eller annat populärt musiklyssnarprogram som saknar puls. Alltså kan en överväldigande majoritet av den musik som människor faktiskt lyssnar på meningsfullt kategoriseras med avseende på hur mycket groove den ger upphov till.

En utgångspunkt för projektet är att kopplingen mellan groove och rörelse, och därmed mellan musik och dans, är viktig för att förstå musikens biologiska grund och sociala funktioner. Vi vet sedan tidigare att olika lyssnare upplever liknande tendenser att vilja röra sig oavsett om de tycker om eller känner till musiken eller musikstilen (t.ex. Madison, 2006). Med andra ord verkar groove vara en så kallad 'human universal', liksom musik, tendensen att bilda sociala hierarkier, att skämmas, och att kyssas. I så fall borde groove signalera något användbart för individen. Vad kan då det vara?

Vi menar att syftet med groove kan vara att främja synkroniserade eller koordinerade rörelser till musik eller andra ljudsignaler, därför att det nu eller tidigare under människans evolution varit adaptivt gynnsamt. I så fall bör man vänta sig att fysikaliska egenskaper som förmedlar temporal information som betonar takten och förbättrar förnimmelsen av pulsen är relaterade till groove, till exempel upprepade rytmiska mönster, förekomst av snabba metriska nivåer, och antalet ljud per tidsenhet (Madison et al., 2011). Mer information att "hänga upp" sitt eget beteende på bör förbättra ens synkroniserings- eller koordinationsprecision. Det sammantagna resultatet från detta projekt stämmer med denna funktion.

2. Projektets tre viktigaste resultat
Sammanfattningsvis fann vi att synkopering ökar groove, att mikro-timing minskar groove, och att groove inte är någon trivial artefakt av hur mycket man tycker om musiken. Resultaten ger också information om vilka synkoperingsmönster som är mer eller mindre effektiva för att främja groove. Men först, vad menas med mikro-timing och varför är det relevant?

Den allra största delen av musik- och psykologilitteraturen menar att mikro-timing är relaterat till groove, medan vi i detta projekt har visat att mikro-timing i stället minskar groove. Dessa tre resultat stämmer alla med den evolutionära hypotesen ovan. Eftersom mikro-timing utgör avvikelser från den metriska strukturen innebär det mindre exakt temporal information, och det bör alltså försvåra exakt synkronisering, givet att alla andra omständigheter är desamma. De tre viktigaste resultat stämmer alltså alla med den evolutionära hypotesen ovan. Det är möjligt att mikro-timing kan öka groove under väldigt speciella omständigheter som vi inte har undersökt, men den bild som hela den empiriska litteraturen ger gör detta osannolikt.

Mikro-timing är ett uttryck för de avvikelser från den metriska strukturen som är mindre än vad som meningsfullt kan beskrivas av den metriska strukturen själv. Musikalisk notation bygger på att dela in tiden i lika delar på taktnivå, och sedan i ytterligare två eller tre lika delar per taktslag, som sedan ytterligare kan delas in i två eller tre etc., vilket utgör den metriska strukturen. För varje givet tempo kan dessa relativa tidsvärden översättas till ett absolut nominellt värde: Vid ett tempo på 120 slag i per minut (beats per minute, eller BPM) är tiden från början av ett ljud till början av nästa (inter onset interval, eller IOI) 500 ms för en fjärdedel, 250 ms för en åttondel och 125 ms för en sextondel, osv. Ingen människa kan spela dessa absoluta värden, utan varierar vanligtvis 10-150 ms hur exakt man än försöker spela. En källa till sådan variation är slumpvisa processer i kroppens rörelser (s.k. motor noise) och som innefattar ofrivilliga, oavsiktliga och till stor del slumpmässiga avvikelser. En annan källa är automatiska och oavsiktliga kognitiva processer som orsakar systematiska avvikelser i relation till den musikaliska strukturen, till exempel rytm eller melodi eller något annat. En tredje källa är avsiktliga men fortfarande till stor del automatiska avvikelser relaterade till musikerns kunskap om musikstilen och lyssnarens förväntningar etc. Slutligen kan musiker förutom denna till stor del okontrollerade variabilitet lägga till avsiktliga och frivilliga avvikelser. Dessa avvikelser kan vara till för att uttrycka något, t.ex. något emotionellt, strukturell, artistiskt, eller bara vara ett försök att lägga till något unikt eller att överraska lyssnaren. Mikro-timing existerar i nästan alla musikutföranden, och kan vara ganska stort i vissa musikstilar, bland annat i romantisk musik. Det är också väl belagt att en del musik låter tråkig och livlös utan mikro-timing.

Dessa observationer ger en allmän bild av att musikaliskt meningsfull och expressiv mikro-timing existerar i all musik. När vi också vet att vissa musiker kan spela med mer groove än andra är det lätt att dra slutsatsen att skillnaden ligger i mikro-timing. I själva verket klarar sig en hel del musik utmärkt utan mikro-timing, speciellt sådan som har en mer komplex rytmisk struktur och högre fler ljudhändelser per tidsenhet. Två exempel är Bach-fugor och hårdrock, men det finns många andra exempel.

Ytterligare en anledning till förvirringen är att musiker till största delen är omedvetna om vad exakt de fysiskt gör. Även om musiker avsiktligt kan variera graden av groove, som vi observerade i en av våra studier, vet de nödvändigtvis inte om de uppnår detta genom att förlänga vissa toner, spela lite före slaget i takten, eller något annat.

Youtube har flera filmer där musiker pratar om groove, vad det är, och hur de förverkligar det, och de pratar nästan uteslutande om mikro-timing. Det är anmärkningsvärt att dessa musiker inte talar om att de synkoperar, vilket borde vara uppenbart för var och en med någon form av formell musikskolning. Anledningen är kanske att man blandar ihop synkopering med mikro-timing, baserat på att den noterade rytmiska strukturen vanligtvis är enklare och "rakare" än vad de faktiskt spelar. Eftersom avvikelser från noteringen vanligtvis hänförs till mikro-timing, kanske de även generaliserar detta till synkopering, där ett nominellt tidsvärde ersätts av ett annat, vilket inte innebär någon mikro-timing alls. Vad gäller musikutförande har detta projekt därför endast bidragit med att formulera vad som redan var uppenbart för en skolad musiklyssnare.

Projektets tunga empiriska bidrag handlar i stället om lyssnarnas upplevelser. Vi började med att identifiera några generella fysikaliska egenskaper i musiksignalen som associerades med groove (Madison, Gouyon, Ullén & Hörnström, 2011) med hjälp av många korta musikexempel. Denna studie använde riktig musik, vilket innebär hög ekologisk validitet. Lyssnare skattade sin upplevelse av groove på en skala från 0 till 10 för varje musikexempel, och vi fann att snabba metriska nivåer, antalet ljudhändelser per tidsenhet, och hur framträdande takten var i musiken var relaterat till groove. Dessa fysikaliska egenskaper var i stor utsträckning redundanta, enligt en detaljerad analys av unik och gemensam varians. Det vill säga att om en stycke musik till exempel har både snabba metriska nivåer och starkt betonat takt skulle det förmodligen upplevas ha lika mycket eller nästan lika mycket groove om en av dessa egenskaper togs bort. Denna typ av korrelationsdesign kan inte fastställa orsakssamband och kan inte utesluta andra bakomliggande variabler som inte är inkluderade i designen. Snabba metriska nivåer, stark tempotydlighet och groove kanske var korrelerade bara för att musikexemplen med mer groove alla exempelvis var avsedda att dansas till. Å andra sidan är denna design utmärkt för att utforska vad de fysikaliska egenskaperna kan vara, eftersom de härleds från musik som folk faktiskt lyssnar på.

Därefter testade vi experimentellt de två hypoteser som den explorativa studien stödde: (1) Att synkopering ökar groove, och att (2) mikro-timing minskar groove, som beskrivs mer utförligt i avsnittet om de viktigaste publiceringarna nedan.
Ytterligare ett experiment bekräftade att snabba metriska nivåer ökar synkroniseringsprecision (Madison, 2014), enligt den funktionella hypotesen att mer temporal information faktiskt leder till bättre synkronisering eller koordinering.

3. Nya forskningsfrågor som projektet genererat
Vi fann att en viss mängd av synkopering ökar groove, men att den maximala nivån av synkopering minskar den igen. En ny fråga är därför var den optimala nivån av synkopering ligger, och hur detta relaterar till typen av synkopering och andra egenskaper i musiken.

4. Projektets internationella förankring
Vi sökte och fick ytterligare ett forskningsbidrag under projekttiden från EU via Portugals forskningsmyndighet (Fundação para a Ci?ncia e a Technologia), som var starkt relaterat till detta projekt. Fabien Gouyon, en av forskarna i projektet, var huvudsökande, och kunde engagera inte mindre än fem PhD och PostDoc-forskare under kortare och längre tid på hans institution Institute for Systems and Computer Engineering of Porto (INESC) - http://www2.inescporto.pt/ip-en/about-us. Dessa medarbetare, vars namn syns på en del av publikationerna, har sina ursprung i Frankrike, Grekland, Portugal, Serbien och Storbritannien. Jag har sedan länge ett stort internationellt kontaktnät som hålls informerat om vad som pågår och nya publikationer, bland annat via ResearchGate och Frontiers.

5. Forskningsinformation utanför vetenskapssamhället
Resultaten har publicerats i peer-reviewed internationella tidskrifter och konferenser för forskarsamhällen inom psykologi, musikteknologi, musikologi och kognitionsvetenskap. Vi har också ökad medvetenheten om projektet, dess frågor och dess multidisciplinära natur bland studenter och kollegor på seminarier, genom förslag till uppsatsprojekt och på vår institutions websidor. Den mesta spridningen utanför vetenskapssamhället återstår, och kommer troligen att ta fart när de återstående artiklarna blivit publicerade.

6. Projektets två viktigaste publikationer
Davies et al. (2013) krossade myten om att mikro-timing leder till groove genom att visa att den i stället minskar groove. Madison et al. (in review) visar en mycket stark effekt av synkopering, även i rudimentära syntetiska musikrytmer. Det finns mer att säga om detta, men dessa två studier summerar hela det tidigare arbetet och de tidigare argumenten. En annan studie i vardande tillhandahåller ytterligare generaliserbarhet genom att replikera synkoperingseffekten för mer kompletta musikexempel med trummor, bas och andra instrument. Vi ämnar också skriva en översiktlig artikel som summerar hela litteraturen och placerar den i det övergripande evolutionära och funktionella perspektiv nämnt ovan.

7. Publikationsstrategi
Musikperception och kognition är ett relativt smalt forskningsområde, och vi har därför fokuserat på den största tidskriften inom området - Music Perception. Närhelst vi har lyckats formulera ett resultat på en nivå som passar för en något mindre specialiserad publik har vi valt psykologitidskrifter med hög impact (Acta Psychologica och Journal of Experimental Psychology: HPP). Eftersom dessa tidskrifter tillåter fri spridning av pre-print har vi gjort dem tillgängliga på våra websidor. För två kommande artiklar blir det en ren online open access-tidskrift, Frontiers in Psychology, eftersom den just nu har två olika temanummer som passar för projektets frågor.

Publikationer

Publicerat och in press
Hellmer, K. & Madison, G. (in press). Quantifying microtiming patterning and variability in drum kit recordings: A method and some data. Music Perception.
Madison, G. (2014). Sensori-motor synchronisation variability decreases with the number of metrical levels in the stimulus signal. Acta Psychologica, 147, 10-16, http://dx.doi.org/10.1016/j.actpsy.2013.10.002.
Davies, M., Madison, G., Silva, P., & Gouyon, F. (2013). The effect of microtiming deviations on the perception of groove in short rhythms. Music Perception, 30(5), 498-511.
Madison, G., Gouyon, F., Ullén, F., & Hörnström, K. (2011). Modeling the tendency for music to induce movement in humans: First correlations with low-level audio descriptors across music genres. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 37(5), 1578-1594. URL: http://psycnet.apa.org/psycinfo/2011-13457-001/
Madison, G. (2011). Cause and affect: A functional perspective on music and emotion. In F. Bacci & D. Melcher (Eds.), Art and the senses, 329-350. Oxford, UK: Oxford University Press.
Madison, G., & Paulin, J. (2010). Ratings of speed in real music as a function of both original and manipulated tempo. Journal of the Acoustical Society of America, 128 (5), 3032-3040. doi: 10.1121/1.3493462
Madison, G. (2009). An auditory illusion of infinite tempo change based on multiple temporal levels. PLoS ONE, 4(12), e8151. http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0008151
Merker, B., Madison, G., & Eckerdal, P. (2009). On the role and origin of isochrony in human rhythmic entrainment. Cortex, 45(1), 4-17. doi:10.1016/j.cortex.2008.06.011 
Madison, G. (2008). What about the music? Music-specific functions must be considered in order to explain reactions to music. Commentary on Juslin & Västfjäll. Behavioral and Brain Sciences, 31(5), 587. doi:10.1017/S0140525X08005414
Publicerade artiklar indirekt kopplade till projektet
Madison, G., Aasa, U., & Paulin, J. (2011). Musikens positiva kraft. Svensk Idrottsforskning, 20 (1/2011), 46-49.
Madison, G., Paulin, J., & Aasa, U. (2013). Physical and psychological effects from supervised music exercise. American Journal of Health Behavior, 37(6), 780-793. DOI: http://dx.doi.org/10.5993/AJHB.37.6.7.
Vasionyte, I. & Madison, G. (2013). Musical intervention for patients with dementia: A meta-analysis. Journal of Clinical Nursing. 22, 1203-1216.
Inskickat och under bedömning
Madison, G. & Sioros, G. (2013). What musicians do when they play monophonic melodies with more or less groove. Music Perception.
Madison, G., Davies,M., Miron,M., Sioros, G., & Gouyon, F. (2013). Syncopation leads to stronger groove. Journal of Nonverbal Communication.
Under utarbetande
Madison, G. Preferred tempo revisited by means of a multi-level rhythmical sound pattern. Journal of the Acoustical Society of America.
Madison, G., Gouyon, F., Arnoldsson, G., Hedenkvist, H., & Lind, K. (2010). Relations between higher-order rhythmical properties of real music and the experience of groove as a function of preferences for musical style. Music Perception.
Konferensbidrag
Paulin, J., Hellmer, K., & Madison, G. Properties of professional drum accompaniment performances and their relation to listeners’ groove. Poster presented at Perspectives on Rhythm and Timing (PoRT). Glasgow, July 19-21, 2012.
Iemi, L., Ullén, F., & Madison, G. The relation between rhythmic accuracy and intelligence is not due to differences in top-down control - further evidence using manipulations of motivation during tapping. Poster presented at The Neurosciences and music IV - Learning and Memory. Edinburgh, Scotland, UK, June 9-12, 2011.
Madison, G. An auditory illusion of infinite tempo change and some of its applications. Paper presented at the 12th Rhythm Perception and Production Workshop. Leipzig, Germany, July 13-15, 2011.
Madison, G. & Paulin, J. The role of multiple rhythmical levels in the perception of music: Judgments of speed increase with event density. Poster presented at the 12th Rhythm Perception and Production Workshop. Leipzig, Germany, July 13-15, 2011.
Madison, G., & Gouyon, F., & Ullén, F. Musical groove is correlated with properties of the audio signal as revealed by computational modelling, depending on musical style. Proceedings of the SMC 2009 - 6th Sound and Music Computing Conference, 239-240. 23-25 July 2009, Porto - Portugal. Available: http://smcnetwork.org/files/proceedings/2009/275.pdf
Madison, G., & Ullén, F. Variability and Serial Dependency in Sequential Timing: Results Related to duration, intelligence, and neuropharmacological factors. Paper presented at the Rhythm perception and production workshop, Lille, France, July 15-17, 2009.