Klangsynthese & Physical Modeling

"Digitale Synthese komplexer Wellenformen zur Simulation akustischer,
elektrischer und optischer Eigenzustände mehrdimensionaler Systeme"

Diplomarbeit (2001)
Optisches Institut, Physik, TU-Berlin

An dieser Stelle möchte ich meine Diplomarbeit zum Thema 'Klangsynthese und Physical Modeling' dem interessierten Leser zur Verfügung stellen. Hierbei sollte man sich nicht von dem etwas ausgefalleneren Originaltitel abschrecken lassen.
Im Großen und Ganzen wird nach einer kleinen Einführung in die Welt der Klangsynthese erklärt, wie man mit der Software "Reaktor" (Native Instruments) Physical-Modeling-Instrumente bauen kann.

Viel Spaß!

Henri Hagenow.

P.S: Ich freue mich, wenn Ihr mir ein paar der gebauten Instrumente zuschickt!

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Abstract:

In dieser Arbeit werden die meisten der gegenwärtig zur Anwendung kommenden Klangsynthesetechniken diskutiert, die das Klangbild akustischer Systeme zu simulieren versuchen. Diese akustischen Systeme werden mit Hilfe von softwarebasierter, virtuell-analoger Schaltungstechnik (Software: REAKTOR, NI) unter Verwendung ausgewählter Synthesetechniken modelliert. Speziell die Wellenleitersynthese wird wegen ihrer physikalischen Anschaulichkeit und ihrer Nähe zu realen Systemen genauer betrachtet und zur Anwendung gebracht.
Es werden verschiedene Techniken der digitalen Wellenformsynthese vorgestellt und diskutiert.

Die verwendeten virtuellen elektrischen Schaltkreise bilden Eigenzustände elektronischer Systeme nach, die wiederum die Moden akustischer Systeme modellieren.
Bei der Erstellung der virtuell-analogen Klangsynthesemechanismen wurde versucht, sich weitestgehend an den physikalischen Vorgängen der natürlichen, akustischen Instrumente zu orientieren. Instrumentemodelle aus der Saiteninstrumentenfamilie (Gitarre, Geige) und der Holzblasinstrumente (Flöte) wurden besprochen und digital simuliert. Der auf mehrere Einzelbereiche reduzierte Klangentstehungsprozeß (äußere Anregung des Systems, Schwingungszustände, Dämpfung, Dispersion, Kopplung an einen Resonanzkörper, Rückkopplungserscheinungen, Klangabstrahlung) wurde idealisiert dargestellt.

Es wurden die Methoden der additiven Klangsynthese, der Frequenzmodulation und der Wellenleitersynthese zur Anwendung gebracht und mit Hinblick auf einen realistischen Klangeindruck bewertet.

Akustische Musikinstrumente kann man als resonanzfähige, mehrdimensionale Systeme betrachten, deren Obertonspektren Energiebänder darstellen, die den im Resonanzzustand eingeschwungenen Eigenzuständen dieser Sytsteme entsprechen. Die Eigenmoden eines Musikinstrumentes finden sich in ihrem Klangbild wieder.
Werden geeignete Parameter gewählt, lassen sich mit der digitalen Wellenleitersimulation Signale erzeugen, deren Klangeigenschaften denen echter Musikinstrumente sehr ähnlich sind.

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Henri Hagenow
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