Die digitale Impulsformung als Werkzeug für die Analyse und Synthese von Blasinstrumentenklängen:
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Frankfurt am Main [u.a.]
Lang
2008
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|---|---|
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Abstract
..............................................................................................................13
Einleitung...........................................................................................................17
1 Das Variophon................................................................................................19
1.1 Vorgeschichte............................................................................................20
1.1.1 Spektraldynamik..................................................................................20
1.1.2 Von den
Formanti!
Item zur
Martinetta
...............................................21
1.1.3
Martinetta............................................................................................
22
1.2 Evolution des Variophons..........................................................................25
1.2.1 Variophon-Komponenten....................................................................25
1.2.1.1 Die Dynamik-und Tonhöhensteuerung........................................26
1.2.1.2 Das Musicockpit...........................................................................28
1.2.1.3 Die Instrumentenmodule...............................................................30
1.2.2 Klangfarbenentwicklung.....................................................................31
1.2.3 Das Variophon in der Praxis...............................................................32
1.3 Vergleichbareinstrumente.........................................................................36
1.3.1 Blassynthesizer zur Zeit des Variophons............................................36
1.3.1.1 Electra-Melodica...........................................................................36
1.3.1.2 Lyricon..........................................................................................38
1.3.1.3
EVI
und EWI................................................................................39
1.3.1.4 Synthophone.................................................................................41
1.3.2 Blassynthesizer nach dem Variophon.................................................42
1.3.2.1 Blassynthesizer konventioneller Bauart........................................42
1.3.2.2 Blassynthesizer und
Physical Modeling.......................................
43
1.4 Zusammenfassung.....................................................................................44
2 Die Impulsformung........................................................................................49
2.1 Klangerzeugung bei Blasinstrumenten......................................................50
2.1.1 Stehende Längswellen.........................................................................51
2.1.2 Beschaffenheit der Röhre....................................................................56
2.1.2.1 Die Röhrenform............................................................................56
2.1.2.2 Wandmaterial................................................................................62
2.1.2.3 Tonlöcher......................................................................................63
2.1.3 Strömungsinstabilitäten.......................................................................68
2.1.3.1 Flusskontrollierte Systeme............................................................68
2.1.3.2 Druckkontrollierte Systeme..........................................................70
2.1.4 Die Anregungsfunktion.......................................................................71
10
2.1.4.1 Der Einfluss des Resonators.........................................................71
2.1.4.2 Der Einfluss des Rohrblatts..........................................................73
2.1.4.3 Der Einfluss des Vokaltraktes.......................................................76
2.1.4.4 Die Anregungsfunktion als Kern einer Klangsynthese................77
2.1.5 Der Einfluss des Einschwingvorgangs................................................77
2.2 Klangfarbe bei Blasinstrumenten..............................................................78
2.2.1 Ursachen konstanter Klangfarbe.........................................................79
2.2.2 Die Schumannschen Klangfarbengesetze...........................................80
2.2.2.1 Das Formantstreckengesetz..........................................................80
2.2.2.2 Das Formantverschiebungsgesetz.................................................82
2.2.2.3 Das Formantsprunggesetz.............................................................83
2.2.2.4 Das Formanten-Intervallgesetz.....................................................84
2.2.3 Die Quelle-Filter-Theorie....................................................................84
2.2.4 Die Interferenztheorie..........................................................................86
2.2.5 Die Impulsformungstheorie.................................................................88
2.2.5.1 Theoretischer Ursprung................................................................88
2.2.5.2 Praktische Implikationen..............................................................92
2.2.5.3 Die Bedeutung der Impulsform....................................................94
2.2.5.4 Klangfarbenmodulation..............................................................100
2.2.6 Zusammenfassung.............................................................................105
2.3 Methoden der Synthese von Blasinstrumentenklängen...........................107
2.3.1 Spektrale Synthesemethoden.............................................................110
2.3.1.1 Additive Synthese.......................................................................110
2.3.1.2
Formantsynthese
.........................................................................112
2.3.2 Quellenmodellierung.........................................................................115
2.3.2.1 Einfache Quelle-Modifikator-Modelle.......................................115
2.3.2.2 Wavetable Synthese....................................................................119
2.3.2.3
Sampling
.....................................................................................121
2.3.3 Abstrakte Synthese............................................................................122
2.3.3.1 Amplitudenmodulation...............................................................122
2.3.3.2 Frequenzmodulation...................................................................124
2.3.4 Physikalische Modelle.......................................................................126
2.3.4.1 Feder-Masse-Modelle.................................................................128
2.3.4.2 Wellenleiter-Synthese.................................................................129
2.3.5 Die digitale Impulsformung..............................................................135
2.4 Zusammenfassung...................................................................................j38
3 Die Digitalisierung des Variophons...........................................................141
3.1 Ausgangsmaterial....................................................................................j4j
3.1.1 Steuereinheit............:................................................. ............j45
3.1.2 Blaswandler....................................................... ...........................140
3.1.3 Instrumentenmodule..........................................................................149
3.2 Simulation der analogen Schaltungen.....................................................151
3.3 Analyse der Instrumentenmodule............................................................153
3.3.1 Analyseverfahren...............................................................................153
3.3.1.1 Dynamikanalyse..........................................................................155
3.3.1.2 Tonhöhenanalyse........................................................................156
3.3.1.3 Automatisierte Verarbeitung.......................................................158
3.3.2 Ergebnisse für das Fagottmodul........................................................160
3.3.3 Ergebnisse für das Oboenmodul.......................................................163
3.4 Entwicklung des Synthesesystems..........................................................166
3.4.1 Struktur des Synthesemodells...........................................................167
3.4.2 Schnittstellen.....................................................................................167
3.4.3 Synthesekern......................................................................................168
3.4.3.1 Konstante Impulsbreiten.............................................................169
3.4.3.2 Das Impulsformungsmodul.........................................................170
3.4.3.3 Das Transmittermodul................................................................172
3.4.4 Sekundäre Synthesemodule...............................................................173
3.4.4.1 Die Modulationseinheit...............................................................173
3.4.4.2 Der Einschwingvorgang..............................................................174
3.4.4.3 Das Anblasrauschen....................................................................174
3.4.4.4 Die Klappengeräusche................................................................175
3.4.4.5 Die
Abstrahlŕunktion
..................................................................176
3.4.5 Bedienoberfläche...............................................................................176
3.5 Prototyp einer Analyseplattform..............................................................178
3.5.1 Dynamische Registergrenzen............................................................179
3.5.2 Klangfarbenmorphing.......................................................................184
3.5.3 Modulationen.....................................................................................185
3.6 Zusammenfassung...................................................................................187
4 Modulationsexperimente.............................................................................191
4.1 Hintergrund..............................................................................................191
4.1.1 Begriffsdefinition..............................................................................191
4.1.2 Forschungsansätze.............................................................................193
4.1.3 Ziele...................................................................................................195
4.2 Methoden.................................................................................................196
4.2.1 Versuchspersonen..............................................................................197
4.2.2 Versuchsapparaturen.........................................................................197
4.2.3 Stimuli...............................................................................................197
4.2.3.1 Aufnahme der Oboenklänge.......................................................198
12
4.2.3.2 Parameterextraktion....................................................................199
4.2.3.3 Modulationsarten........................................................................201
4.2.3.4 Faltung der Stimuli.....................................................................203
4.2.4 Synthese der Modulationen...............................................................204
4.2.4.1 Impulsbreitenmodulation............................................................204
4.2.4.2 Periodendauernmodulation.........................................................205
4.2.4.3 Impulsbreiten- und Periodendauernmodulation.........................206
4.2.4.4 Amplitudenmodulation...............................................................206
4.2.4.5 Frequenzmodulation...................................................................207
4.2.4.6 Amplituden- und Frequenzmodulation.......................................208
4.2.5 Versuchsdurchführung......................................................................209
4.3 Ergebnisse................................................................................................210
4.3.1 Einfluss des Faltungsparameters.......................................................211
4.3.2 Einfluss des Lageparameters.............................................................212
4.3.3 Interaktion von Lage- und Faltungsparameter..................................214
4.3.4 Einfluss der Modulationsarten..........................................................215
4.3.4.1 Deskriptive Bewertung...............................................................216
4.3.4.2 Einfaktorielle Varianzanalyse.....................................................218
4.3.4.3 Post-Hoc-Mehrfachvergleich......................................................219
4.3.4.4 Dreifaktorielle Varianzanalyse...................................................221
4.4 Schlussfolgerungen..................................................................................222
5 Zusammenfassung und Ausblick................................................................225
6 Literaturverzeichnis.....................................................................................229
|
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Inhalt
Abstract
.13
Einleitung.17
1 Das Variophon.19
1.1 Vorgeschichte.20
1.1.1 Spektraldynamik.20
1.1.2 Von den
Formanti!
Item zur
Martinetta
.21
1.1.3
Martinetta.
22
1.2 Evolution des Variophons.25
1.2.1 Variophon-Komponenten.25
1.2.1.1 Die Dynamik-und Tonhöhensteuerung.26
1.2.1.2 Das Musicockpit.28
1.2.1.3 Die Instrumentenmodule.30
1.2.2 Klangfarbenentwicklung.31
1.2.3 Das Variophon in der Praxis.32
1.3 Vergleichbareinstrumente.36
1.3.1 Blassynthesizer zur Zeit des Variophons.36
1.3.1.1 Electra-Melodica.36
1.3.1.2 Lyricon.38
1.3.1.3
EVI
und EWI.39
1.3.1.4 Synthophone.41
1.3.2 Blassynthesizer nach dem Variophon.42
1.3.2.1 Blassynthesizer konventioneller Bauart.42
1.3.2.2 Blassynthesizer und
Physical Modeling.
43
1.4 Zusammenfassung.44
2 Die Impulsformung.49
2.1 Klangerzeugung bei Blasinstrumenten.50
2.1.1 Stehende Längswellen.51
2.1.2 Beschaffenheit der Röhre.56
2.1.2.1 Die Röhrenform.56
2.1.2.2 Wandmaterial.62
2.1.2.3 Tonlöcher.63
2.1.3 Strömungsinstabilitäten.68
2.1.3.1 Flusskontrollierte Systeme.68
2.1.3.2 Druckkontrollierte Systeme.70
2.1.4 Die Anregungsfunktion.71
10
2.1.4.1 Der Einfluss des Resonators.71
2.1.4.2 Der Einfluss des Rohrblatts.73
2.1.4.3 Der Einfluss des Vokaltraktes.76
2.1.4.4 Die Anregungsfunktion als Kern einer Klangsynthese.77
2.1.5 Der Einfluss des Einschwingvorgangs.77
2.2 Klangfarbe bei Blasinstrumenten.78
2.2.1 Ursachen konstanter Klangfarbe.79
2.2.2 Die Schumannschen Klangfarbengesetze.80
2.2.2.1 Das Formantstreckengesetz.80
2.2.2.2 Das Formantverschiebungsgesetz.82
2.2.2.3 Das Formantsprunggesetz.83
2.2.2.4 Das Formanten-Intervallgesetz.84
2.2.3 Die Quelle-Filter-Theorie.84
2.2.4 Die Interferenztheorie.86
2.2.5 Die Impulsformungstheorie.88
2.2.5.1 Theoretischer Ursprung.88
2.2.5.2 Praktische Implikationen.92
2.2.5.3 Die Bedeutung der Impulsform.94
2.2.5.4 Klangfarbenmodulation.100
2.2.6 Zusammenfassung.105
2.3 Methoden der Synthese von Blasinstrumentenklängen.107
2.3.1 Spektrale Synthesemethoden.110
2.3.1.1 Additive Synthese.110
2.3.1.2
Formantsynthese
.112
2.3.2 Quellenmodellierung.115
2.3.2.1 Einfache Quelle-Modifikator-Modelle.115
2.3.2.2 Wavetable Synthese.119
2.3.2.3
Sampling
.121
2.3.3 Abstrakte Synthese.122
2.3.3.1 Amplitudenmodulation.122
2.3.3.2 Frequenzmodulation.124
2.3.4 Physikalische Modelle.126
2.3.4.1 Feder-Masse-Modelle.128
2.3.4.2 Wellenleiter-Synthese.129
2.3.5 Die digitale Impulsformung.135
2.4 Zusammenfassung.j38
3 Die Digitalisierung des Variophons.141
3.1 Ausgangsmaterial.j4j
3.1.1 Steuereinheit.:. .j45
3.1.2 Blaswandler. .140
3.1.3 Instrumentenmodule.149
3.2 Simulation der analogen Schaltungen.151
3.3 Analyse der Instrumentenmodule.153
3.3.1 Analyseverfahren.153
3.3.1.1 Dynamikanalyse.155
3.3.1.2 Tonhöhenanalyse.156
3.3.1.3 Automatisierte Verarbeitung.158
3.3.2 Ergebnisse für das Fagottmodul.160
3.3.3 Ergebnisse für das Oboenmodul.163
3.4 Entwicklung des Synthesesystems.166
3.4.1 Struktur des Synthesemodells.167
3.4.2 Schnittstellen.167
3.4.3 Synthesekern.168
3.4.3.1 Konstante Impulsbreiten.169
3.4.3.2 Das Impulsformungsmodul.170
3.4.3.3 Das Transmittermodul.172
3.4.4 Sekundäre Synthesemodule.173
3.4.4.1 Die Modulationseinheit.173
3.4.4.2 Der Einschwingvorgang.174
3.4.4.3 Das Anblasrauschen.174
3.4.4.4 Die Klappengeräusche.175
3.4.4.5 Die
Abstrahlŕunktion
.176
3.4.5 Bedienoberfläche.176
3.5 Prototyp einer Analyseplattform.178
3.5.1 Dynamische Registergrenzen.179
3.5.2 Klangfarbenmorphing.184
3.5.3 Modulationen.185
3.6 Zusammenfassung.187
4 Modulationsexperimente.191
4.1 Hintergrund.191
4.1.1 Begriffsdefinition.191
4.1.2 Forschungsansätze.193
4.1.3 Ziele.195
4.2 Methoden.196
4.2.1 Versuchspersonen.197
4.2.2 Versuchsapparaturen.197
4.2.3 Stimuli.197
4.2.3.1 Aufnahme der Oboenklänge.198
12
4.2.3.2 Parameterextraktion.199
4.2.3.3 Modulationsarten.201
4.2.3.4 Faltung der Stimuli.203
4.2.4 Synthese der Modulationen.204
4.2.4.1 Impulsbreitenmodulation.204
4.2.4.2 Periodendauernmodulation.205
4.2.4.3 Impulsbreiten- und Periodendauernmodulation.206
4.2.4.4 Amplitudenmodulation.206
4.2.4.5 Frequenzmodulation.207
4.2.4.6 Amplituden- und Frequenzmodulation.208
4.2.5 Versuchsdurchführung.209
4.3 Ergebnisse.210
4.3.1 Einfluss des Faltungsparameters.211
4.3.2 Einfluss des Lageparameters.212
4.3.3 Interaktion von Lage- und Faltungsparameter.214
4.3.4 Einfluss der Modulationsarten.215
4.3.4.1 Deskriptive Bewertung.216
4.3.4.2 Einfaktorielle Varianzanalyse.218
4.3.4.3 Post-Hoc-Mehrfachvergleich.219
4.3.4.4 Dreifaktorielle Varianzanalyse.221
4.4 Schlussfolgerungen.222
5 Zusammenfassung und Ausblick.225
6 Literaturverzeichnis.229 |
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