Transiente Vorgänge bei Einfachrohrblattinstrumenten

Musikinstrumente übten von je her eine große Faszination auf die Wissenschaft aus. Zum Einen liegt das sicher an der besonderen Beziehung des Menschen zur Kunst, zum Anderen stellt die Schwierigkeit, bestimmte für Musiker wesentliche Details der Klangentstehung und der Klangqualität genauer zu verstehen, nach wie vor eine besondere Herausforderung für den Forscher dar. Dieses über die Zeit gewachsene Verständnis der physikalischen Zusammenhänge erlaubt es heute beinahe realistische Klänge am Computer zu synthetisieren. In den letzten Jahren wendet sich die Forschung vermehrt den Einschwingvorgängen zu, die sich nach wie vor dem tieferen Verständnis entziehen und folglich kaum vorhergesagt werden können. Die komplexen Zustandsänderungen während des Tonbeginns und bei Tonübergängen vor allem bei Blasinstrumenten sind der experimentellen Messung nicht leicht zugänglich und theoretische Modelle sind noch unvollkommen.Doch gerade solche transiente Vorgänge charakterisieren einen ausdrucksstarken Klang. Meisterinstrumentalisten auf Einfachrohrblattinstrumenten setzen im expressiven Spiel eineVielzahl verschiedener Artikulationstechnikenein.Der Forschungsschwerpunkt dieses Projektes ist es solche zu untersuchen und in Computermodellen nachzubilden. Es sollen neuartige Messmethoden zur Analyse von transienten Schwingungen gefunden werden. Zusätzlich wird ein physikalisches Modell entwickelt, welches das Einschwingen des Instrumentes detailliert beschreibt. Das soll die realistische Simulation musikalischer Phrasen ermöglichen. Durch Vergleich der experimentell gewonnen Daten und der Ergebnisse von Computersimulationen sollen die Parameter der physikalischen Modelle iterativ verbessert werden (inverse model). Auf diese Weise lassen sich aus existierenden Klangaufnahmen Informationen über das Instrument und die Spieltechnik rekonstruieren. Dadurch können auch die Zeitverläufe von Parametern und Zuständen beschrieben werden, deren Messung während des Spielens unmöglich wäre. Die Relevanz der gewonnen Daten wird überprüft und ihr Einfluss auf den Gesamtklang gemessen. Ziel ist die realistische Synthese dynamischer Klänge aus einer Beschreibung ihrer Entstehungsprozesse. Ein solches neuartiges physikalisches Modell, welches transiente Vorgänge abbilden kann, ist unverzichtbar für zukunftsweisende Klangerzeuger und Klanganalysen.

Musikinstrumente üben seit je her eine große Faszination auf die Wissenschaft aus. Zum Einen liegt das sicher an der besonderen Beziehung des Menschen zur Kunst, zum Anderen stellt die Schwierigkeit, bestimmte für MusikerInnen wesentliche Details der Klangentstehung und der Klangqualität genauer zu verstehen, nach wie vor eine besondere Herausforderung für die ForscherInnen dar. Dieses über die Zeit gewachsene Verständnis der physikalischen Zusammenhänge erlaubt es heute beinahe realistische Klänge am Computer zu synthetisieren. In den letzten Jahren wendet sich die Forschung vermehrt den Einschwingvorgängen zu, die sich nach wie vor dem tieferen Verständnis entziehen und folglich kaum vorhergesagt werden können. Die komplexen Zustandsänderungen während des Tonbeginns und bei Tonübergängen vor allem bei Blasinstrumenten sind der experimentellen Messung nicht leicht zugänglich und theoretische Modelle sind noch unvollkommen. Doch gerade solche transiente Vorgänge charakterisieren einen ausdrucksstarken Klang. MeisterinstrumentalistInnen auf Einfachrohrblattinstrumenten setzen im expressiven Spiel eine Vielzahl verschiedener Artikulationstechniken ein. Der Forschungsschwerpunkt dieses Projektes war es, solche zu untersuchen und in Computermodellen nachzubilden. Im Laufe des Projekts wurde eine künstliche Bläsermaschine für Einfachrohrblattinstrumenten konstruiert, die in der Lage ist, die Klangerzeugung durch menschliche MusikerInnen zu imitieren. Es wurde auch ein nicht-störender Versuchsaufbau entwickelt, um Messungen mit realen SpielerInnen durchzuführen, um deren Performance zu analysieren und Referenzsignale zu erhalten. Diese Signale wurden verwendet, um sowohl den künstlichen Spieler als auch das formulierte physikalische Modell zu validieren. Mit Hilfe von inverse-Modelling ist es möglich, den Wert bestimmter physikalisch bedeutsamer Parameter zu berechnen, die unter realen Spielbedingungen nicht nachvollziehbar sind. Darüber hinaus können die Modellparameter bestimmten Klangeigenschaften und Performance-Aktionen zugeordnet werden. Auf diese Weise lässt sich bestimmen, welche der zugrunde liegenden physikalischen Effekte, die während der transienten Vorgänge auftreten, für den erzeugten Klang von Bedeutung sind. Durch die Verbindung der mit diesen Ansätzen gesammelten Informationen war es möglich, die Genauigkeit und Effizienz synthetischer Klänge zu verbessern und ein Blick auf verborgene Aktionen von SpielerInnen während der Performance zu werfen (vor allem in Bezug auf den Gebrauch der Zunge sowie die Art und Weise, wie sie ihren Vokaltrakt anpassen, um die Klangerzeugung zu kontrollieren). Diese Erkenntnisse haben direkte Auswirkungen auf die Klangerzeugung in virtuellen Umgebungen und können auch von MusikerInnen und MusiklehrerInnen während des Übens genutzt werden, indem Musizierende ein visuelles Feedback zu ihren Aktionen erhalten.