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Klangsynthese, Sound Design und Klangbearbeitung - Teil 24

Anwendungsbereiche der Physical Modeling Synthese

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Heute schauen wir uns zum letzten Mal die verschiedenen Arten der Physical Modeling Synthese an und besprechen anschliessend deren Implementierung.

Waveguide Synthese

Eine “Waveguide“ ist ein mathematisches Modell welches Medium emuliert in dem die Welle sich ausbreitet - oftmals eine Saite, oder eine Pfeife aus Holz oder Metall. Eine Waveguide beinhaltet mindestes eine so genannten “Delay Line“ - in anderen Worten ein digitales Gerät das auf der einen Seite die Zeit simuliert die eine Welle braucht um von der einen auf die andere Seite zu gelangen und auf der anderen Seite das Verhalten der Wellenform wenn es das Ende der Delay Line erreicht (z.B. die Simluation eines Stegs). 

In diesem Beispiel emulieren die Delay Lines das Verhalten von zwei Wellenformen die durch einen Hammerschlag erzeugt wurde und die Waveguide beschreibt das gesamte Gerät welches eine Klaviersaite simuliert. Die Simulation einer Klaviersaite ist ein klassisches Beispiel für die Beschreibung von Waveguide und Delay Line. Die Saite wird in der Mitte mit einem Hammer getroffen. Genau in diesem Moment werden zwei Vibrationen erzeugt. Diese Vibrationen reisen in unterschiedliche Richtungen der Saite entlang bis sie ihre jeweiligen Enden erreichen. Anschliessend wird ein Teil der Energie vom Steg absorbiert während der Rest zurück auf die Saite übertragen wird. Beide Wellenformen treffen sich beim Aufschlagpunkt wieder und erzeugen Interferenzen und Phasenphänomene. 

Karplus-Strong Synthese

Diese Form der Synthese wurde in 1983 vorgestellt und wurde nach ihren Entdeckern benannt. Sie funktionert auf gewisse Weise wie eine Kombination aus den bereits erwähnten MSW und Waveguide Synthesen und basiert auf den folgenden Prinzipien: Die Energie wird in eine in sich geschlossene Delay Line geschickt. Ein Low-Pass Filter bearbeitet das Signal bei jedem Loop was zur gleichmässigne Absenkung der hohen Frequenzen führt. Dies repräsentiert das typische Verhalten einer Saitenschwingung und hat die Karplus-Strong Synthese zu einer beliebten Methode der Reproduktion von Saiteninstrumenten gemacht. Sie ist aber auch äusserst effektiv bei der Emulation von Schlagzeug und Perkussion. 

In der Praxis

Wie wir besprochen haben unterscheidet sich die Physical Modeling Synthese von anderen Synthesearten durch seine Fähigkeit, die einzelnen Elemente einer akustischen Klangerzeugung zu emulieren. Diese Art der Klangerzeugung hat gegenüber einer Sample basierten Klangerzeugung zwei grosse Vorteile.

Zuerst einmal basiert sie nicht auf Samples sondern Algorithmen. Dies ermöglicht ein präziseres Abbild dessen was der Musiker sich vorstellt. Nehmen wir zum Beispiel einen Parameter wie Velocity: Im besten Fall verwendet ein Sampler hier ein Sample pro Dynamikstufe (was immer noch ein viel zu grosser Rechenaufwand ist). Physical Modeling besitzt diese Limitierung nicht. 

La synthèse sonore

Der zweite Vorteil baut auf dem ersten auf, denn die PM Synhtese erlaubt es über die Grenzen des physich möglichen zu gehen und quasi unmögliche klassische Instrumente nachzubauen. So ist es möglich ein 25 Meter langes Klavier zu erzeugen dessen Saiten durch Luftdruck angespielt werden…die Grenzen ist hier nur die eigene Vorstellungskraft. 

Wie bei der FM Synthese ist auch hier Bell Labs einer der ersten Anwender der Modeling Synthese. In 1960 haben sie damit eine menschliche Stimme nachgebaut und einen Song damit aufgeführt. 

Heutzutage kommt Physical Modeling in verschiedenen Hardware Geräten zum Einsatz. Nachdem in 1980er Jahren die FM Synthese stark beworben wurde stürzte sich Yamaha in den 90er Jahren voll auf diese neue Technologie und stellte Modelle wie den VL-1, VP-1 und den VL-7 vor.

Andere Geräte die zumindest teilweise auf dieser Klangerzeugung basieren sind das Roland V-Piano, Clavia Nord Modular G2 oder der Korg OASYS und Prophecy.

 

La synthèse sonore

Was die Software angeht so gibt es da das bekannte Modartt Pianoteq Plug-In für alle möglichen Klavierklänge und Brass von Arturia für Blasinstrumente. Die Physical Modeling Synthese kann auch auf diversen virtuellen Instrumenten in Ableton Live gefunden werden - so zum Beispiel Tension, Electric, Collide und Corpus. Sie ist aber auch stark in modularen Umgebungen wie Reaktor und der MAX/MSP Plattform von Cycling’74 vertreten. 

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