Abschlussarbeit

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Klangsynthese von Saiteninstrumenten mittels Digital Waveguides

AutorInnen Oswald, C.
Jahr 2016
Art der Arbeit Bachelorarbeit
Themenfeld Audiosignalverarbeitung
Abstract Im modernen Zeitalter sind wir Zeitzeugen technologischen Fortschritts mit noch nie da gewesener Geschwindigkeit. Die radikal zunehmende Rechenleistung von Prozessoren hat unseren Alltag in bereits vielerlei Hinsicht grundlegend verändert. In technischen Aufgabenstellungen ermöglicht beispielsweise die Finite-Elemente-Methode die Lösung von Problemen höchster Komplexität. Aber auch im Bereich der Klangsynthese werden die neuen Möglichkeiten genutzt, um bessere und genauere Ergebnisse zu erzielen. Die Kategorie des Physical Modelling beschäftigt sich, wie der Name bereits sagt, mit der Modellierung physikalischer Geschehnisse in klangerzeugenden Systemen. Dieser Begriff wurde bewusst gewählt, da er bekannte Musikinstrumente wie ein Klavier oder eine Trompete, aber grundsätzlich alles, was Lärm macht, umfasst. Eine Unterkategorie ist die Klangsynthese mittels sog. Digital Waveguides (zu dt. „digitale Wellenleiter“), welche deratige Systeme als Kombination unterschiedlicher Medien für Wellenausbreitung be- trachtet. Die Abtastung des Phänomens der Wellen ermöglicht eine Simulation, welche bis vor kurzem wegen des hohen Rechenaufwands nicht (zufriedenstellend) möglich war. Die Vorteile dieser Methode sind intuitive Parameter (wie z.B. die Länge einer Saite oder deren Material) für die Variation des Klanges, sowie die Möglichkeit, das Originalsystem theoretisch beliebig genau nachzubilden. Im Vergleich dazu wird es z.B. bei der FM- Synthese, welche rein auf Imitation des gehörten Klangs beruht, immer schwieriger, das Ergebnis weiter und weiter zu verbessern und dem Original anzunähern. Allerdings fordert Physical Modelling ein gewisses Verständnis von der Physik der Musikinstrumente vom Anwender, wenn dieser das Klangresultat bewusst steuern möchte. Von einem anderen Blickwinkel aus betrachtet schafft Physical Modelling aber neuen künstlerischen Freiraum, z.B. für die Kreation von „Phantasieinstrumenten“, wie z.B. einem 10 Meter langen Klavier. Für mich als Student ist dieses Thema besonders interessant, da es einen Bogen über nahezu alle Teilgebiete meines Studiums spannt. Alle Aspekte, wie z.B. Mathematik, Physik, Digitaltechnik und Informatik werden schlussendlich auf ein intuitives und simples Erlebnis zurückgeführt, nämlich einem Höreindruck. Es ermöglicht also wortwörtlich eine intuitive „Greifbarkeit“ all der gelernten Inhalte. Ziel dieser Arbeit ist die Vermittlung der Grundlagen von schwingenden Saiten sowie deren Simulation mittels Digital Waveguides. Sie ist in drei Kapitel gegliedert. In Abschnitt 2 werden physikalische Grundlagen von schwingenden Saiten und Wellenausbreitung all- gemein aufgearbeitet, welche für das Verständnis von Digital Waveguides unerlässlich sind. Abschnitt 3 erarbeitet in Berufung auf jene grundlegende Physik diese Methode der Klangsynthese, mit welcher nun bereits Klänge erzeugt werden können. Um diese Resul- tate allerdings steuern und einem Klangideal annähern zu können, werden in Abschnitt 4 Erweiterungen des Grundmodells besprochen, welche zunächst physikalisch hergelei- tet, und dann mit Mitteln der digitalen Signalverarbeitung in diese Synthese-Methode eingebaut werden. Diese Verfeinerungen verleihen Musikinstrumenten letztendlich ihre Unterscheidbarkeit und ihren typischen Klangcharakter.
URL http://phaidra.kug.ac.at/o:48374
BetreuerInnen Höldrich, R.