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Specht, Sebastian: Granularsynthese - Ein
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1. Hannes Raffaseder Audiodesign 2010 Carl Hanser Verlag M nchen Benutzerhandbuch der Synthesizer Absynth und FM8 2006 Native Instruments Granularsynthese Anhang Benutzerhandbuch des Synthesizers Padshop 2012 Steinberg Benutzerhandbuch des Sequenzers Ableton Live 2013 Ableton Michael Dickreiter Handbuch der Tonstudiotechnik 1990 Saur Verlag Martin Neukomm Signale Systeme und Klangsynthese Grundlagen Computermusik 2005 Peter Lang Verlag der 71 CD H rbeispiel 1 1 H rbeispiel 1 2 H rbeispiel 2 H rbeispiel 3 H rbeispiel 4 H rbeispiel 5 H rbeispiel 6 H rbeispiel 7 H rbeispiel 8 H rbeispiel 9 H rbeispiel 10 Grainstream 50 Grains Sekunde Grainstream 100 Grains Sekunde Grainstream mit ansteigender Dichte Quasi synchroner Grainstream Entstehende Stereobreite Subtraktive Klangsynthese Additive Klangsynthese Physical Modelling Granularsynthese Modulierte Formantenbetonung Absynth Aetherizer H rbeispiel 11 H rbeispiel 12 1 H rbeispiel 12 2 Granularsynthese Anhang Formantenerhaltung Song Nur Synthesizerspuren Song Alle Spuren 72 Danksagung Ich danke meiner Familie meiner Freundin und meinen Freunden daf r dass sie mich bei der Erstellung dieser Arbeit unterst tzt haben Besonderer Dank gilt meinem Bruder Severin Specht der den in dieser Arbeit verwendeten Beispielsong komponiert und eingespielt hat Gr
2. Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software RandomPitch streut Zufallswerte in den Parameter Pitch Feedback steht f r den bekannten Feedback Parameter aus Delay Effektger ten und steuert eine R ckf hrungsschleife innerhalb des Ger ts die das bearbeitete Ausgangssignal erneut an den Eingang f hrt W hlt man nun aus den Listen links und unterhalb der X Y Matrix zwei dieser Parameter aus so werden diese gleichzeitig durch Bewegung des gelben Punktes ver ndert Da die Parameter f r die Granularsynthese eine sehr starke Ver nderung im Signal durchf hren ist diese Modulationsm glichkeit eine g nzlich unvorhersehbare und sehr interessante Klang und Inspirationsquelle E Anwendungsbeispiel Wie in den letzten Kapiteln klar wurde hat die Granularsynthese verschiedene Anwendungsfelder Sie kann zur Klangerzeugung als klangver nderndes Effektger t oder als n tzliches Werkzeug in der Postproduktion verwendet werden Vor allem die Transponierungsm glichkeiten die sich durch Granularsynthese ergeben werden in den professionellen Musikproduktionen angewandt Ihr Einfluss auf die Arbeitsweise von Musikproduzenten ist in dieser Hinsicht enorm Doch auch die von Granular Synthesizern erzeugten Kl nge erschaffen in Bezug auf elektronische Musikproduktion neue M glichkeiten Vielen Musikrichtungen war es bisher verwehrt elektronische Instrumente zu verwenden So ist es zum Beispiel schwer denkbar einen Folk Son
3. Sekunde erzeugt werden und dass f r jedes einzelne Grain einige Informationen berechnet werden m ssen Zudem ist es oft nicht 41 m glich die Berechnungen in mathematische Algorithmen zusammen zu fassen da in vielen F llen keinerlei Periodizit t in Bezug auf die Beschaffenheit der aufeinanderfolgenden Grains besteht Seit die g ngigen Homecomputer diese Rechenleistung jedoch bew ltigen k nnen hat sich herausgestellt dass Granularsynthese neben der reinen Klangerzeugung noch weitere sehr interessante F higkeiten f r Musikproduktionssoftware bereith lt C ll 1 Klangerzeugung durch Granularsynthese In Hard und Softwaresynthesizern steht nun auch die Klangerzeugung durch Granularsynthese zur Verf gung Das bedeutet dass die entstehenden Kl nge teilweise oder komplett durch das Aneinanderreihen von Grains also dem Produzieren von Grainstreams entstehen Im Gegensatz zu den von Curtis Roads erstellten Grain Generatoren aus den achtziger Jahren stehen in den modernen Programmen jedoch weitaus mehr Parameter zur Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese Verf gung ber die die klangliche Beschaffenheit der Grainstreams eingestellt werden kann Wie genau dies vor sich geht was der Benutzer f r M glichkeiten hat und vor allem wie und wo die so entstehenden Kl nge eingesetzt werden k nnen wird im n chsten Kapitel bei der Vorstellung eines solchen Programms genau erl utert C 1
4. Theoretischer und historischer Hintergrund bedeutet dass keine L cken mehr zwischen den Grains vorhanden sind Ab diesem Zeitpunkt f hrt eine weitere Steigerung der Graindichte folglich dazu dass die Wellenform innerhalb des Grains nicht mehr komplett abgespielt wird und bald nicht einmal mehr eine komplette Periode der im Grain enthaltenen Wellen wiedergegeben wird da zuvor schon das n chste Grain beginnt und das Vorherige somit abschneidet Diese Untergrenze kann in einer simplen Faustregel festgehalten werden Eine Sinuswelle mit 50 Hz hat eine Periodendauer von 20 Millisekunden Ein Grain mit solch einer Welle muss also mindesten 20 Millisekunden lang sein Wenn dieser Wert unterschritten wird wird die Grainwolke immer Noise lastiger und ein klarer Grundton ist immer schwerer zu erkennen Es entsteht eine sehr komplexe Wellenform Abb 7 mit vielen Seitenb ndern Die weitere Steigerung der Graindichte f hrt 18 Die Granularsynthese Kapitel 2 ab hier nur noch zu drastischen Ver nderungen der Formantenstruktur Es kann somit festgehalten werden dass die Graindichte und die Grainl nge welche im Experiment durch die berlappung auch moduliert wurde zwei Parameter sind die entscheidend f r die Kontrolle ber die Seitenb nder sind und das schon bei der relativ simplen synchronen Granularsynthese In Bezug auf die entstehende berlappung bei zu hoher Graindichte f hrte Roads einen sogenannten Fill Faktor ein
5. eines Versuchs warten An einen Echtzeiteinsatz wie er heute in etlichen Software Plug ins m glich ist war nicht zu denken Somit verstrichen weitere 30 Jahre bis in der Geschichte der Granularsynthese wieder etwas Nennenswertes geschah Seit der Jahrtausendwende sind handels bliche Home Computer in der Lage die anfallenden Berechnungen f r H llkurve Wellenform und weitere Parameter jedes einzelnen Grains in Echtzeit zu bew ltigen Seit diesem Zeitpunkt sind die Softwareentwickler nicht mehr zu bremsen Bei Native Instruments aus Berlin ist die Granularsynthese in dem Synthesizer Absynth seit der dritten Version fester Bestandteil 6 und ausschlaggebendes Element f r den spezifischen Klang dieses Programms In dem ebenfalls aus Berlin stammenden auf die Produktion elektronischer Musik zugeschnittenen Sequencer Ableton Live liegt die Granularsynthese in mehreren Effektger ten zur Resynthese vor Andere gro e Softwareanbieter folgten Steinberg ver ffentlichte 2012 den neuen Softwaresynthesiszer Padshop der als Klangquelle ausschlie lich sogenannte Grain Streams besitzt Der durch Granularsynthese produzierte vorher nicht da gewesene organische Klang faszinierte viele Komponisten der elektronischen Musik Denn im Gegensatz zu den bisher blichen elektronischen Klangerzeugungsverfahren der additiven und der subtraktiven Synthese hat man nun die M glichkeit den erw nschten Klang aus winzigsten Partikeln zusammenzusetzen Gle
6. en die einfache Bedienbarkeit machen auf Granularsynthese basierende Synthesizer zu elektronischen Klangerzeugern die auch ber die Grenzen der elektronischen Musik einsetzbar sind 54 D I 2 Absynth Absynth bietet die Granularsynthese zwar als Klangerzeugungsverfahren an ist aber bei weitem nicht so auf sie fixiert wie der im vorherigen Abschnitt vorgestellte Padshop Hier geht es vielmehr um die Kombination verschiedener Syntheseverfahren denn Absynth bietet alle g ngigen Klangerzeugungsverfahren an und l sst die Verwendung von drei Klangerzeugern gleichzeitig zu Abb 23 g f Edit v Main Edf 7 Main Mod Uni Trans 0 0000 00 an 0 0000 666 12 0000 7 Start 0 0000 00 FA Phase 0 000 f Ph 0 000 Abb 23 Oszillatormodule von Absynth Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Ein Klang aus diesem Synthesizer kann also gleichzeitig additive subtraktive und Granularsynthese verwenden und somit die jeweiligen Vorteile kombinieren Dadurch sind die Einstellungsm glichkeiten der hier durchgef hrten Granularsynthese auch nicht so tiefgreifend und detailiert wie bei Padshop W hlt man innerhalb eines Oszillatormoduls die Granularsynthese zur Klangerzeugung aus so kann man zun chst einmal die Wellenform f r die Grains im entstehenden Grainstream ausw hlen Hierf r bietet der Synthesizer eine ppige Auswahl an g ngigen Wellenformen wie der Sinuskurve oder der S
7. legt die Graindichte nun fest ob ein l ckenhaftes oder fl chendeckendes Signal entsteht Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Abstand zwischen den Grains ber eine Zufallsmodulierung der Abst nde zwischen den Grains die urspr nglich noch zu einer Zerst rung des Grundtons und einer Verrauschung des Signals f hrte kann nun festgelegt werden ob die Grains eher rhythmisch oder eher chaotisch auftreten Hier ber kann dem Klang sehr viel Lebendigkeit und Dynamik verschafft werden Zufallsverteilung im Stereopanorama Curtis Roads experimentierte schon sehr fr h mit Multi Channel Granularsynthese Roads 2001 5 107 Das bedeutet dass jedes einzelne Grain an verschiede Ausgangskan le geschickt werden kann Es kann auch jeweils mit unterschiedlicher Lautst rke an mehrere Kan le gleichzeitig geschickt werden Dadurch ist f r das Grain jede Position im Stereopanorama einnehmbar Wird nun zum Beispiel in einem Grainstream mit einer Dichte von 30 Grains pro Sekunde und einer Grainl nge von 30 Millisekunden f r jedes Grain eine andere 53 Stereoposition berechnet so erh lt das resultierende Signal eine sehr weite und stabile Stereobreite Dies liegt daran dass einzelne Grains wegen ihrer extremen K rze vom Geh r nicht lokalisiert werden k nnen Es entsteht im Folgenden der Eindruck der Grainstream w rde von berall her kommen Verwendet man jedoch sehr lange Grains eine g
8. llkurven der Grains in der stochastischen Berechnung der Abst nde zwischen den Grains und in der Auswahl der Wellenform innerhalb des Grains liegen Gleicherma en kann dem Ausgangssignal aber ein Grainstream B beigemischt werden der Grains mit L ngen von bis zu einer Sekunde beinhaltet und seine Wellenform aus einer echten musikalischen Audioaufnahme entnimmt Der fl chige und weiche Klang eines solchen Streams hat mit dem urspr nglichen Ansatz der Granularsynthese nicht mehr viel gemein er ffnet dem Sounddesigner aber neue Klanggestaltungsm glichkeiten Dieselben Parameter die auch in Grainstream A verwendet werden erhalten hier g nzlich neue Bedeutungen 52 Auswahl der H llkurve Urspr nglich hat die H llkurvenform ma geblich das Frequenzspektrum des Grainstreams beeinflusst die durch ihr ann hernd periodisches Auftreten die Frequenz der Wellenform innerhalb des Grains modulierte Da nun aber einzelne Grains durch ihre gro e L nge als solche auch wahrgenommen werden k nnen bestimmt die H llkurve nun dessen An und Abschwellcharakteristik Dies ist vergleichbar mit den g ngigen Fade In und Fade Out Kurven die blicherweise f r sanftes Ein und Ausklingen von Audiomaterial eingesetzt werden Graindichte ber die Graindichte konnte urspr nglich die Tonh he des Grainstreams beeinflusst werden Da bei langen Grains aber die Tonh he der Wellenform innerhalb des Grains h rbar und somit ausschlaggebend ist
9. Forscher zugleich und somit an den technischen sowie den sthetischen M glichkeiten der Granularsynthese interessiert Vor allem die Experimente von Roads brachten bald bahnbrechende Erkenntnisse ber die klanggestalterischen M glichkeiten die sich hier auftaten B II Die fr hen Experimente von Curtis Roads Roads erstellte zuerst einfache statische Grainstreams in denen jedes Grain eine feste L nge eine feste H llkurve eine feste Wellenform und eine feste zeitliche Position hat Nat rlich entstand auf dieses Weise zuerst ein uninteressanter statischer Ton an dem er aber gut die Auswirkung von Parameter nderungen ablesen Theoretischer und historischer Hintergrund konnte Die Erstellung der Grainstreams geschah in seinen Versuchen nach dem in Abb 3 dargestellten Schema Grain amplitude rian Grain duration Grain envelope Grain frequeney Grain spatial position Ch 1 CEN Abb 3 Schema des ersten Grainstream Generators 12 Die Granularsynthese Kapitel 2 An erster Stelle dieses Generators Abb 3 steht ein H llkurvengenerator der ber die Amplitude und vor allem auch ber die Grain L nge entscheidet Die w hlbaren H llkurven waren noch m glichst simple mathematisch einfach beschreibbare Kurvenverl ufe wie in Abb 4 zu sehen ist Grund daf r war die noch sehr beschr nkte Rechenleistung der Computer mit denen Roads seine Experimente durchf hrte Nachdem eine H llkurve gene
10. Pitch und Complex Diese verschiedenen Modi stellen unterschiedliche Varianten einer granularen Resynthese dar denn bevor in Ableton Audiomaterial transponiert oder in seiner L nge ge ndert wird unterteilt es das 60 Preserve Abb 30 Untermen der Transponierungsoption Beats Wird in dem Ausklappment Preserve die Option Transients gewahlt so bearbeitet der Algorithmus ausschlie lich die Regionen vor und nach den Transienten Die in Abb 30 zu sehenden Pfeile geben an wie mit dem Material zwischen den Transienten umgegangen wird Wird zum Beispiel ein Drumloop um f nf Halbt ne nach oben Transponiert so w rden sich die Abschnitte zwischen den Transienten verk rzen und somit L cken entstehen In diesem Fall m ssen deshalb die diesem Abschnitt entnommenen Grains bis zum n chsten Transienten wiederholt werden Die in Abb 30 zu sehenden Pfeile geben an ob diese Wiederholung immer vorw rts abwechselnd vorw rts und r ckw rts oder nur r ckw rts geschieht Auf diese Weise kann das Ausgangssignal klanglich gegl ttet und Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Artefakte vermieden werden Als letzte Option bietet das Programm noch die M glichkeit die H llkurve der Grains grob einzustellen Die in Abb 30 zu sehende Zahl unten rechts gibt an wie weich diese H llkurve arbeitet Beim Wert 100 wird keinerlei Fade angewandt ein Wert von null kommt einer Gau schen H llkurve nah 2 Tones e
11. Termination Bereich geht es um die Interaktion von Bund Finger und Saite Der Parameter Finger Mass bestimmt die Masse des Fingers der das Ende des schwingenden Teils der Saite festlegt Die Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese St rke mit der der Finger die Saite auf den Bund dr ckt wird ber den Parameter Finger Stiff eingestellt die materielle Beschaffenheit des Bundes legt man ber Fret Stiff fest Dies sind alles Einstellungsm glichkeiten die auf den ersten Blick nichtig erscheinen k nnen Doch gerade wenn versucht wird Instrumente so realistisch wie m glich zu simulieren kommt es auf solche Nuancen an Als letztes f r das Physical Modeling wichtiges Modul gibt es noch den Body Bereich Abb 14 7 Der Body stellt hier den Resonanzk rper des Instruments dar und ist somit f r den Klang auschlaggebend O Bopy Decay aX oO Mm 36 33 69 L 14 Abb 14 7 Body Segment simuliert den Resonanzk rper des Instruments 40 Low Cut High Cut Str Body Die Haupteinstellung erfolgt hierbei ber ein Ausklappmen in dem man zwischen Piano Violine und Gitarre w hlen kann Die Ausklingzeit des Klangk rpers kann ber den Parameter Decay festgelegt werden was in gewisser Weise seine Resonanzf higkeit bestimmt Nach einer kurzen Filtersektion Low Cut und High Cut kann letztendlich noch das Verh ltnis zwischen direktem Saitenklang und vom Resonanzk rper produzierten Kla
12. broaden the tonal sound spectrum of modern music Besides the production Granularsynthese Kapitel 1 Kurzfassung of sound Granular Synthesis can also be employed to other useful purposes It provides the technology for the revolutionary algorithms which today are embedded in every well known audio adaption programme In short Granular Synthesis makes it possible to adjust the pitch of an audio signal without changing its length It is a method that nowadays surely no music producer would want to be without Die Granularsynthese Kapitel 2 B I Die Theorie der Klangquanten Als Dennis Gabor 1944 in seiner Ver ffentlichung Theory of Communication das erste Mal die Idee eines Klangquantums heutzutage meist Grain genannt formulierte wurde der Grundstein f r eine der einflussreichsten Technologien der elektronischen Musikproduktion gelegt Auch wenn Gabor in diesem Moment noch keine musikalischen oder klanggestalterischen Hintergedanken hatte Denn im Grunde war er auf der Suche nach effizienteren M glichkeiten Audiosignale zu bertragen Er forschte also an Bandbreitenminimierung und Steigerung von bertragungsgeschwindigkeit als er auf die Theorie der Klangquanten stie Jeglicher Klang und jegliches Ger usch kann durch eine komplexe durchdachte und kontrollierte Aneinanderkettung k rzester Klangfragmente reproduziert werden Roads 2001 S 57 Diese Annahme hnelt einer Tatsache die man aus der
13. calculations for envelope waveform and further parameters of each grain in real time Since then the development of music production software was unstoppable At Native Instruments in Berlin in the third version of the synthesizer Absynth Granular Synthesis has been a fixed component and a decisive element for the specific sound of 8 that programme In the Sequencer Ableton Live also originating from Berlin which was tailored for the production of electronic music Granular Synthesis is available for re synthesis in several effect instruments Other big software manufacturers followed the lead in 2012 Steinberg published the new software synthesizer Padshop which uses solely so called Grain Streams for sources of sound Many composers of electronic music are fascinated by the organic never heard before sound that is the product of Granular Synthesis Unlike the conventional sound production methods namely the additive and the subtractive Synthesis we now have the possibility to assemble the wished for sound from the most minute particles At the same time one nonetheless retains control over each single particle of sound Due to the fact that the thus created sounds often possess a lively unrest and show slight disharmonies they do not sound as cold and synthetic as conventional synthesizers do This fact might be used to build a bridge between computer produced sounds and the predominantly acoustic music genres Thus it could
14. das Signal fehlerfrei wiederzugeben Hannes Raffaseder Audiodesign 2010 S 133 Roads legte also fest dass die Frequenz der Welle innerhalb des Grains nicht h her als 12KHz sein sollte Durch diese Einschr nkung sollten Aliasingartefakte weitgehend vermieden werden da die entstehenden Seitenb nder in der Regel nicht h her als die doppelte Grundfrequenz sind Roads 2001 5 104 B II 2 Die quasi synchrone Granularsynthese Roads definierte die quasi synchrone Granularsynthese dadurch dass die Abst nde zwischen den Grains nicht mehr immer dieselben sind Roads 2001 5 93 Dieser Zeitabschnitt kann entweder durch Theoretischer und historischer Hintergrund einen Zufallsparameter generiert oder kontinuierlich ber die Zeit moduliert werden Dies hat weitreichende Folgen auf das Spektrum des resultierenden Klangs da die vorhandenen Obertonstrukturen immer mehr aufgeweicht und durch weitere Seitenb nder angereichert werden Hierzu habe ich ein H rbeispiel erstellt H rbeispiel 3 das mit einem synchronen Grainstream beginnt Die anfangs gleich gro en Abst nde zwischen den Grains werden im Laufe des H rbeispiels immer st rker durch einen Zufallsgenerator ver ndert Man kann deutlich erkennen wie die zu Beginn noch klare Formantenstruktur Abb 8 1 und 8 2 immer mehr zerst rt wird Abb 8 1 Spektrum des noch synchronen Grainstreams 20 Die Granularsynthese Kapitel 2 Abb 8 2 Spektrum des quasi synchronen Gr
15. der die Dichte einer Grainwolke in Abh ngigkeit der Grainl nge beschreibt Dieser Faktor berechnet sich aus dem Produkt der Anzahl der pro Sekunde entstehenden Grains und deren L nge in Sekunden Beispiel Stream mit 20 Grains Sek Grainlange 100ms 20 x 0 1 2 Der Fill Faktor f r diesen Grainstream betr gt also 2 Generell kann gesagt werden dass Werte ber 1 zu einer gedeckten vollen Klangwolke f hren Wert unterhalb dieser Grenze lassen eher N An A AN N Armin AA An AN A A AMN NANA AN Theoretischer und historischer Hintergrund rhythmische Wolken entstehen da zwischen den Grains L cken entstehen In sp teren Anwendungsbeispielen mit aktueller Granularsynthesesoftware werde ich auf die Wichtigkeit dieser Tatsache vor allem f r Sounndesigner noch genauer zu sprechen kommen MAANA N A f NAVAN Atel VA Abb 7 Entwicklung eines Grainstreams von einem metrischen Rhythmus zu einer komplexen Wellenform Es besteht jedoch die Gefahr dass innerhalb des entstehenden komplexen Signals Aliasingartefakte auftreten Denn die durch die 19 AMM avin AWM Win myn Die Granularsynthese Kapitel 2 Amplitudenmodulation entstehenden Seitenb nder k nnen zu hohe Frequenzen besitzen Frequenzen die die durch das Nyquisttheorem festgelegte Obergrenze berschreiten Die h chste Frequenzkomponente eines abzutastenden Signals muss kleiner als die halbe Abtastfrequenz sein da es nur so m glich ist
16. g ngigen elektronischen Klangerzeugungsverfahren geben wobei ich auch deren Handhabung und Einsetzbarkeit in Musikrichtungen au erhalb der elektronischen Musik betrachten werde C I berblick Synthetische Klangerzeugungsverfahren Die synthetische oder auch elektronische Klangerzeugung hat das Ziel komplexe Klangereignisse mit elektronischen Mitteln zu erzeugen Raffeseder 2010 5 212 Hierbei geht es sowohl um die Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese Nachahmung akustischer Instrumente als auch die Erschaffung g nzlich neuer unbekannter Kl nge Dies kann sowohl ber Hardware als auch ber Softwareimplementierungen erfolgen Da diese Implementierungen technisch sehr komplex sind aber dennoch musikalisch einfach zu bedienen sein m ssen ist es ausschlaggebend dem Benutzer die richtige Auswahl an klangbestimmenden Parametern zur Verf gung zu stellen Raffeseder 2010 S 212 Aus technischer Sicht gab es bisher drei verschiedene Ans tze um Kl nge auf synthetischer Basis zu erstellen Diese m chte ich zusammen mit der hinzugekommenen Granularsynthese im Folgenden vorstellen C 1 1 Subtraktive Klangsynthese Die subtraktive Klangsynthese wird als subtraktiv bezeichnet da man am Beginn der Signalkette ein klanglich sehr reichhaltiges Signal erzeugt und dieses dann durch Filterung und anderen Klangmanipulationen auf das gew nschte Ergebnis reduziert wird 30 Das Ausgangssig
17. nach ihm Gute Software Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese bietet f r diese Vorgehensweise oft sehr genaue Einstellungsm glichkeiten mit denen man auf die Beschaffenheit des Klangmaterials eingehen kann 2 11 3 Klanggestalterischer Einsatz der Granular Resynthese Wie schon im vorherigen Abschnitt erkl rt zertrennt die Granular Resynthese Audiomaterial in Grains bearbeitet diese und f gt sie danach wieder zusammen Da dieser Vorgang in Echtzeit m glich ist hat sich die die Granular Resynthese auch als Insert Effekt etabliert Solche Programme k nnen in die Effektkette eines Kanals innerhalb eines Audiosequencers oder in die Signalkette eines Synthesizers eingef gt werden und f gen so dem urspr nglichen Signal eine granulierte Version seiner selbst zur ck Die klanglichen Einstellungsm glichkeiten variieren hier stark von Programm zu Programm doch bekannte Parameter der Granularsynthese wie Grain Size Grain Pitch oder Random Stereo Spread werden wiederholt verwendet Eine Wellenform kann f r die Grains nat rlich 45 nicht ausgesucht werden da das eingehende Audiosignal ja die Wellenform f r die Grains liefert Oftmals kann das granulierte Signal dem Ursprungssignal zeitversetzt zur ckgef hrt werden wobei der zeitliche Versatz wie in einem g ngigen Delay Effekt in Teilnoten oder Millisekunden angegeben werden kann In solchen F llen wird besonders die Feedback Funktion i
18. sthetischer Ebene mit diesem neuen Ph nomen Diese Verzahnung f hrte dazu dass Sie die Welt der Partikel gleichzeitig erforschten und mit ihr komponierten was sich klanglich durchaus bemerkbar machte Die fr hen Werke beider Komponisten polarisierten die Musikwelt und brachten ihnen auch jede Menge Verspottung ein da viele Kritiker die St cke schlichtweg als unn tzen L rm oder technische Spielereien abtaten Doch Roads und Xenakis sahen mehr in der Granularsynthese sie glaubten an ihre Kraft organische Kl nge zu entwickeln und waren fasziniert von der tiefgreifenden Klangkontrolle die man ber die wichtigen Parameter hat Theoretischer und historischer Hintergrund B IV Zwischenfazit Die Pionierarbeit von Curtis Roads war ohne jeden Zweifel elementar f r den Einzug der Granularsynthese in die digitale Musikproduktion Der Eifer mit dem er die Theorie der Klangquanten von Dennis Gabor erforschte und in die Praxis umzusetzen versuchte machte ihn zum absoluten Vorreiter auf diesem Gebiet auch wenn ihm anf nglich die mangelnde Rechenleistung der damaligen Computer die Arbeit extrem erschwerte Angespornt von den Forschungsergebnissen Roads begannen auch andere Musiker an einer Echtzeitimplementierung der Granularsynthese zu arbeiten Es war in den sp ten achziger Jahren als wissenschaftliche Computer leistungsstark genug wurden um die anfallende Rechenanforderung der Granularsynthese ansatzweise zu bew ltigen Einer der e
19. treffenden tausenden Entscheidungen w hrend des Erschaffungsprozesses dar Man k nnte also sagen dass sich der emotionale Inhalt meiner Werke in einem st ndigen Fluss befindet und auf diese Weise das Abbild von Teilen meiner Gef hlswelt zu Tage bringt Roads 2013 Interview per Email Es entstand also ein neuer Ansatz Musik zu komponieren Dieser wurde vor allem von Komponisten aus dem Bereich der zeitgen ssischen Musik umgesetzt einer der bekanntesten unter ihnen ist der griechische Komponist lanis Xenakis Ihm ging es vor 25 Die Granularsynthese Kapitel 2 Theoretischer und historischer Hintergrund allem um die sthetik der Kl nge die durch die Granularsynthese entstanden Auch Xenakis war Forscher und Komponist zugleich Er suchte die Verbindungen zwischen Mathematik und Musik und schrieb St cke in denen er die Erkenntnisse seiner Forschung verarbeitete In dem 1955 uraufgef hrten Orchesterst ck Metastasis brach er alle g ngigen Konventionen der klassischen Musik An den dort vorkommenden Geigen l sst sich das sehr gut erkennen diese spielen g nzlich unharmonische Klangfragmente die in ihrer Unregelm igkeit und Dichte am ehesten als atonale Klangwolke bezeichnet werden k nnen die teilweise chaotisch teilweise aber auch ruhig und sortiert spielen Er spielt in diesem St ck mit der Wirkung von Ordnung und Unordnung und will damit eine ganz eigene musikalische Intensit t erzeugen Xenakis gri
20. Bachelorarbeit im Studiengang Audiovisuelle Medien Fakult t Electronic Media Hochschule der Medien Stuttgart Granularsynthese Ein Meilenstein in der Entwicklung von Musiksoftware Vorgelegt von Sebastian Specht Matrikelnummer 20858 Am 24 Juli 2013 Erstpr fer Prof Oliver Curdt Zweitpr fer Prof Jens Helge Hergesell Die Granularsynthese Meilenstein in der Entwicklung von Musiksoftware Hiermit versichere ich Sebastian Specht an Eides Statt dass ich die vorliegende Bachelorarbeit mit dem Titel Granularsynthese Ein Meilenstein in der Entwicklung von Musiksoftware selbstst ndig und ohne fremde Hilfe verfasst und keine anderen als die angegebenen Hilfsmittel benutzt habe Die Stellen der Arbeit die dem Wortlaut oder dem Sinn nach anderen Werken entnommen wurden sind in jedem Fall unter Angabe der Quelle kenntlich gemacht Die Arbeit ist noch nicht ver ffentlicht oder in anderer Form als Pr fungsleistung vorgelegt worden Ich habe die Bedeutung der eidesstattlichen Versicherung und die pr fungsrechtlichen Folgen 826 Abs 2 Bachelor SPO 6 Semester 23 Abs 2 Bachelor SPO 7 Semester bzw 19 Abs 2 Master SPO der HdM sowie die strafrechtlichen Folgen gem 156 StGB einer unrichtigen oder unvollst ndigen eidesstattlichen Versicherung zur Kenntnis genommen Stuttgart den 23 Juli 2013 Inhaltsverzeichnis A Kurzfassung B Theoretischer und historischer Hintergrund B I Die Theorie der Klan
21. Einheiten haben In der dritten Spalte von links kann der Anteil der Zufallssteuerung f r den jeweiligen Parameter festgelegt werden 57 2 Der Tone Bereich Tone Random Transpose 6 000 66 19 00 Filter Hz 14983 08 0 00 Oi EP 1000 00 100 00 Abb 27 Parameter des Tonebereichs In diesem Bereich kann die tonale und spektrale Beschaffenheit der Grains eingestellt werden Hierf r sind die beiden in Abb 27 zu sehenden Parameter Transponse und Filter verf gbar Transponse legt fest um wie viele Halbt ne die Tonh he jedes Grains verschoben wird Ist der Wert des zugeh rigen Random Parameters null so wird jedes Grain um den eingestellten Wert transponiert Erh ht man jedoch den Random Wert so k nnen die Grains alle Werte zwischen der Originaltonh he und dem eingestellten Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Transponse Wert einnehmen Ist der Parameter Filter aktiviert so durchlaufen die Grains einen Bandpassfilter Resonanz und Frequenz dieses Filters k nnen in der zweiten Spalte von links eingestellt werden Wenn man nun diese Werte per Zufall generieren l sst springt der Bandpassfilter bei der Erstellung jedes neuen Grains an eine andere Stelle des Frequenzspektrums Auf diese Art und Weise kann dem Synthesizer eine organische Atonalit t zugef gt werden wie in H rbeispiel 11 zu erkennen ist Der dort zu h renden recht statischen Synthesizer Fl che
22. Filmtechnik kennt Theoretischer und historischer Hintergrund Ab einer bestimmten Abspielgeschwindigkeit einzelner aufeinanderfolgender und inhaltlich kontinuierlicher Einzelbilder suggeriert uns das Gehirn eine fl ssige Bewegung Hierbei liegt die Schwelle bei ca 25 Einzelbildern pro Sekunde Eine hnliche Theorie gibt es nun auch f r das menschliche Geh r Als Basiswissen muss erw hnt werden dass es auch hier eine H r Schwelle in Bezug auf die Dauer eines Schallereignisses gibt Wir haben also kein unendlich genau aufl sendes Geh r sondern k nnen ab einer gewissen K rze ein Ger usch nicht mehr wahrnehmen Diese Dauer ist frequenzabh ngig Ein Klangfragment das eine Sinuswelle beinhaltet welche mit 100 Hz schwingt muss mindestens 45 Millisekunden lang sein um wahrgenommen werden zu k nnen Schwingt die Sinuswelle mit 500 Hertz so reichen schon 26 Millisekunden aus um es wahrzunehmen und bei 5000 Hertz sind es nur noch 18 Millisekunden vgl Roads 2001 S 24 Die durchschnittliche L nge der kleinstm glichen Klangpartikel liegt also bei 50 Millisekunden 10 Die Granularsynthese Kapitel 2 Dennis Gabor nahm an dass sich komplexe Kl nge durch eine Verkettung solcher Grains nachahmen lassen solange die Abspielgeschwindigkeit der Kette nur hoch genug ist Bei einer durchschnittlichen Grainl nge von 50 Millisekunden muss diese Geschwindigkeit also bei mindestens 20 Grains pro Sekunde liegen um einen kontinu
23. ainstreams Ich konnte also in den letzten beiden Experimenten feststellen dass eine immer h her werdende Graindichte zu einer formantenreichen Klangstruktur f hrt und eben diese Struktur durch stochastisch gew hlte Abst nde zwischen den Grains gezielt ver ndert und zerst rt werden kann Theoretischer und historischer Hintergrund B II 3 Die asynchrone Granularsynthese Die asynchrone Granularsynthese definiert sich ber die Tatsache dass jeglicher verf gbarer Parameter des Grainstreams durch einen Zufallsgenerator beeinflusst werden kann Dies kann zu gewaltigen schwer vorhersehbaren Kl ngen f hren die vor allem im experimentellen Bereich der elektronischen Musik Gefallen finden Die blichen Parameter die stochastisch beeinflusst werden sind Lange des Grains Graindichte Anzahl der Grains pro Sekunde Art der Wellenform innerhalb des Grains Art der H llkurve die den Amplitudenverlauf des Grains beeinflusst Zeitlicher Abstand zwischen den Grains Stereoposition des Grains Tonh he des Grains 21 Die Granularsynthese Kapitel 2 Abspielrichtung des Grains Manche Software bietet noch weitere ausgefallenere Parameter mit der M glichkeit einer stochastischen Beeinflussung doch diese Liste bildet den Grundstock der in allen g ngigen Granularsynthese f higen Programmen enthaltenen Einstellungsm glichkeiten Die Auswirkungen der Zufallsmodulation von den Parametern Graindichte und s
24. ainwolken hat Um diese Annahme genauer zu untersuchen f hrte ich einen Versuch in Bezug auf die Graindichte eines Grainstreams durch Wie schon beschrieben entsteht durch das periodische Auftreten der H llkurven eine Amplitudenmodulation der eigentlichen Wellenform innerhalb des Grains die vor allem bei zunehmender Grain Dichte Grains pro Sekunde sehr interessante Effekte in Bezug auf die Bildung von Seitenb ndern in bestimmten F llen auch Formanten hat In dem eigens durchgef hrten Experiment habe ich einen Grainstream mit folgenden Parametern angelegt 17 Die Granularsynthese Kapitel 2 Wellenform innerhalb des Grains Sinuswelle mit 200 Hz Grainlange 10 Millisekunden Gaufsche H llkurve zur Amplitudenmodulation des Grains In meinem Experiment H rbeispiel 2 wurde der Parameter Graindichte Uber die Zeit moduliert Begonnen wurde mit einer Graindichte von ca einem Grain pro Sekunde dieser Wert wird gesteigert bis zu einer Dichte von 350 Grains pro Sekunde Ich habe zuerst auf den Ubergang von erkennbarem metrischem Rhythmus zu einem kontinuierlichen Klang sp ter auf die Bildung der Seitenb nder im Frequenzspektrum des resultierenden Signals geachtet Nach ca 30 Sekunden sind die einzelnen Grains nicht mehr als solche zu erkennen Sie verschmelzen zu einem kontinuierlichen Klang An dieser Stelle erreichte die Graindichte einen Wert von 100 Grains pro Sekunde was bei einer Grainl nge von 10 Millisekunden
25. ant k nnen folgenderma en erkl rt werden Wie schon im ersten Kapitel angesprochen ist die Tonh he eines Grainstreams der aus sehr kurzen Grains besteht nicht von der 49 Frequenz der Welle innerhalb des Grains sondern von der L nge der Grains abh ngig Ver ndert man jedoch Frequenz und somit Tonh he der inneren Wellenform so entsteht im Grainstream ein Effekt der einer Formantenverschiebung sehr nahe kommt Padshop Handbuch S 37 In H rbeispiel 9 h rt man einen mit Padshop erstellten simplen Grainstream dessen Grains 40 Millisekunden lang sind und eine Sinuswelle in sich tragen Im Verlauf des H rbeispiels wurde nun der Parameter Formant langsam erh ht Es l sst sich klar vernehmen wie die Obert ne des Grainstreams immer mehr betont leiser wird In den werden und die Grundfrequenz immer Abbildungen 211 212 und 213 l sst sich diese Formantenverschiebung gut ablesen Die drei Schaubilder wurden durch einen Spektrumanalysator erstellt und dem H rbeispiel 9 am Anfang in der Mitte und am Ende entnommen Sie zeigen deutlich dass zu Beginn das Frequenzband um den Grundton noch die h chste Amplitude hat Im Verlauf der Parameterver nderung haben dann aber immer h her gelegene Formanten die h chsten Amplituden Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Abb 21 1 21 3 Formantenverschiebung 50 Legt man nun eine Modulationsquelle wie einen LFO oder eine H llkurve auf ebe
26. anularsynthese Anhang 73
27. anularsynthese beteiligt Er war schlichtweg fasziniert von den Theoretischer und historischer Hintergrund unnat rlich klingenden und doch so organisch wirkenden Kl ngen Ihm ging es hier auch darum die Bottom Up Komponierung zu testen und ihre Daseinsberechtigung in einer gewissen Weise zu best tigen Roads 2001 5 64 In einem Interview best tigte Xenakis dies ye Start with a sound made up of many particles then see how you can make it change imperceptibly growing and developing until an entirely new sound results seek extremely rich sounds many high overtones that have a long duration yet with much internal change and variety Also explore the realm of extremely faint sounds highly amplified Xenakis program notes Nonesuch recording H 71246 Zwar ist das St ck Concret PH mehr der experimentellen als der ernsthaften Musik zuzuordnen Klar zu erkennen ist aber wie sich f r Xenakis ein klanglich neues Reich auftat Wie in seinem Zitat erw hnt begab er sich auch au erhalb der Forschung an der 27 Die Granularsynthese Kapitel 2 Granularsynthese auf die Suche nach neuen Kl ngen Ein pl tzliches Interesse an eigentlich viel zu leisen durch extreme Verst rkung aber h rbar gemachten Ger uschen entstand Roads und Xenakis die allgemein als die Pioniere der Erforschung und Umsetzung der Granularsynthese angesehen werden befassten sich also in dieser Phase auf technischer musikalischer und
28. bendigkeit gewinnen da kleinste Abweichungen zur angestrebten Tonh he ma geblich f r nat rliche organische Kl nge sind Gleicherma en wird der Klang durch die entstehende Atonalit t mystischer und d sterer Im folgenden H rbeispiel H rbeispiel 5 habe ich hnlich wie im Vorherigen langsam den Einfluss des Zufallsgenerators auf die Tonh he jedes Grains gesteigert Man kann deutlich den bergang zwischen Tonalit t und Atonalit t h ren Vor allem f r Sounddesigner ist so eine M glichkeit sehr n tzlich da man auf simpelste Weise eine sehr intensive klangliche Ver nderung herbeif hren kann 23 Die Granularsynthese Kapitel 2 B 11 4 Granular Resynthese W hrend f r die bisher beschriebenen Granularsynthese Arten stets mathematisch berechnete Wellenformen zum F llen der Grains verwendet wurden geht die Granular Resynthese g nzlich anders vor Hierbei wird die Wellenform von vorhandenem Audiomaterial in kleinste St cke zerteilt die dann anschlie end in sogenannten Wavetables abgespeichert werden Ein Grainstream kann nun mit den in so einem Wavetable gespeicherten Wellenformen gespeist werden Vor allem wenn die urspr ngliche Reihenfolge der Wellenformst ckchen nicht eingehalten wird kommt es zu klanglich g nzlich unvorhersehbaren Ergebnissen da keinerlei Regelm igkeit mehr in der resultierenden Wellenform des Grainstreams herrscht Dennoch birgt diese Art der Granularsynthese enorme M glichkeiten f r
29. chen Eigenschaften des Signals Die Granularsynthese wird aber vor allem dann interessant wenn einer oder mehrere der Parameter durch einen Zufallsgenerator gesteuert werden Angetrieben vom aufkommenden Interesse anderer Musiker und Forscher f hrte Roads seine Experimente fort Ab 1980 forschte er im experimentellen Tonstudio des Massachusetts Institute of Technology Roads 2001 5 110 Die Computer die er dort verwenden konnte erm glichten es ihm endlich die vermuteten Klanggestaltungsm glichkeiten der Granularsynthese zu untersuchen Er verwendete erneut das Prinzip seines Grainstream Generators siehe Abb 3 Da nun auch Zufallsgeneratoren f r einzelne Parameterwerte ins Spiel kamen f hrte er vier Theoretischer und historischer Hintergrund grundlegende Bezeichnungen f r Arten der Granularsynthese ein 1 Die synchrone Granularsynthese 2 Die quasi synchrone Granularsynthese 3 Die asynchrone Granularsynthese 4 Granular Resynthese von vorhandenem Audiomaterial B II 1 Die synchrone Granularsynthese Die synchrone Granularsynthese definiert sich dadurch dass die Abst nde zwischen den einzelnen Grains immer gleichgro sind Auch die anderen Parameter wie Wellenform und Graindichte bleiben ber die Zeit konstant Dennoch konnte Roads anhand dieser Variante interessante Erkenntnisse ber die Granularsynthese erlangen In einem Experiment erstellte er einen synchronen Grainstream mit einer Graindichte von f nfzi
30. d quantum in his Theory of Communication innovative artists of sound like lannis Xenakis and Curtis Roads for example undertook first experiments with minute fragments of sound in the 1970s Their experiments consisted of linking isolated fragments of sound with a length of 10 to 30 milliseconds each and afterwards replaying them as a sequence Heard by itself such a short fragment can be perceived as a crackling at the most but when a replay rate of several hundreds of these samples per second is used the result is a continuous sound Although the pioneers of this kind of sound production technology were already aware of its Granularsynthese Kapitel 1 Kurzfassung immense potential they quite soon came up against technical limits In order to maintain control over some fundamental parameters of each of those sound grains such as wave form volume pitch and time postponement an enormous amount of data needs to be calculated The computers of the 1970s could barely master such an amount of data processing which is why Roads during his first Experiments was sometimes forced to wait several days for the acoustic outcome of a sound chain A playback in real time as a number of Software Plug ins make it possible today was then unthinkable Thus another 30 years passed before anything noteworthy happened in the history of Granular Synthesis By the turn of the millennium commercial computers were able to master the necessary
31. der er ber sie gezogen wird Velocity und die relative Stelle an der er die Saite in Schwingung versetzt Position F r andere Erregertypen ergeben sich teilweise auch noch andere Parameter so kann zum Beispiel f r einen Hammer noch dessen Masse Materialbeschaffenheit und R ckfederverhalten eingestellt werden vei 000 0 12 4 217 Key 028 4 000 000 0234 Eee STRING Decay Key Ratio inham Damping Abb 14 3 String Segment welches die Eigenschaften der schwingenden Saite beinhaltet 38 ber das in Abbildung 14 3 zu sehende String Modul wird das Verhalten der schwingenden Saite eingestellt Im Idealfall erzeugt die Saite eines Musikinstruments harmonische Obert ne also exakte Vielfache des Grundtons Das wird in der Realit t aber nie zu hundert Prozent erreicht pr gt aber den individuellen Charakter eines Instruments Im String Modul k nnen solche Abweichungen in Form von Verstimmung der h heren Teilt ne ber den Inharm Parameter beigesteuert werden Au erdem kann in diesem Modul noch der allgemeine Anteil der Obert ne Damping Parameter und die Abklingzeit Decay Parameter der Schwingenden Saite festgelegt werden ney U UU Luv j Luv Luv 9 Ki ros Delay Attack Rate Erroi Amount lt ftod npa nv esse fr ihai ra Lanm 2 de i jal cee Maasai Abb 14 4 Vibrato Segment Der in Abbildung 14 4 dargestellte Vibrato Bereich erm glicht es dem Klang ein konventionelles Vibrato als
32. die St rke ihres Einflusses auf das Ausgangssignal ver ndert Hannes Raffeseder Audiodesign S 220 Die Bewegung die durch derartige Modulationen im Klang entsteht hat einen sehr nat rlichen und weichen Charakter da sie sich ausschlie lich in der Obertonstruktur abspielt Klanglich sind FM Synthesizer vor allem f r weiche sph rische und glockenartige Kl nge bekannt und beliebt und k nnen ihren Einsatz deshalb auch in Musikgenres au erhalb der elektronischen Musik finden Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese A 1 4993 0 58 I Sie gt os a B 3 0000 0 00 I sine vo a a C 1 5000 0 00 I sine a j D 1 5007 0 58 3 M Sine X B ao E 0 9997 0 26 Sie lt B a 00 000000 oN 0 m FM Matrix 100 fs 80 ma SO Da SO 5 SO Abb 13 Modulatorpanel des Synthesizers FM 8 von Native Instruments 35 Ihr gro er Nachteil liegt jedoch in der Handhabung Synthesizer mit additiver Klangsynthese sind leider sehr unzug nglich Da es eine hohe Anzahl an Einzelschwingungen ben tigt um einen komplexen Klang zu erzeugen steigt auch die Anzahl an einzustellenden Parametern proportional an Die Bedienoberfl che ist deshalb meist sehr un bersichtlich Abb 13 und erschwert die Arbeit der Sounddesigner und Komponisten sehr Zus tzlich besteht oft kein anschaulicher musikalisch leicht erfassbarer Zusammenhang zwischen Paramete
33. die zu der Zeit als Roads erstmals mit ihr experimentierte jedoch noch nicht gen gend Rechenleistung verf gbar war Deshalb werde ich hierauf in sp teren Kapiteln noch n her eingehen Theoretischer und historischer Hintergrund B III Komponisten interpretieren die Granularsynthese Wie schon erw hnt war Curtis Roads Forscher und Komponist Folglich faszinierten ihn die neu entdeckten klanggestalterischen M glichkeiten durch die Granularsynthese enorm Die neu erlangte F higkeit Kl nge von ihren kleinsten Bausteinen herauf aufzubauen erweckte in ihm die Vision einer neuen Herangehensweise in Bezug auf die Komposition von Musik Die bisherig kleinste Komponente innerhalb eines Musikst cks war die Note einer Stimme oder eines tonalen Instruments oder der Schlag eines perkussiven Instruments F r den Gro teil der Komponisten war eine feinere Aufl sung der Kl nge nicht n tig da man mit diesen Elementen g nzlich auskam um Musikst cke zu komponieren Roads sah in der Entdeckung der Granularsynthese die M glichkeit die musikbezogene Zeitskalierung zu erweitern Roads 2001 S 3 Wenn man ein Musikst ck als gr tm gliche Einheit ansieht so kann man es zun chst in kleinere Makroeinheiten unterteilen Solche Makroeinheit w ren dann g ngige Kompositionselemente wie Vers Refrain oder auch 24 Die Granularsynthese Kapitel 2 Ouvert re oder Arie Diese Makroeinheiten bestehen wiederum aus einzelnen Klangobjekten den
34. e schon Curtis Roads in den siebziger Jahren verwendete Graindauer in Millisekunden Graindichte in Grains pro Sekunde Auswahl zwischen sechs verschiedenen H llkurven zur Amplitudenmodulation Auswahl der Wellenform des Grains Stochastische Verteilung der Grains im Stereopanorama 48 Dennoch klingen die in diesem Synthesizer erzeugten Kl nge g nzlich anders als in den von Roads erstellten Grainstreams Dies liegt zum einen an den etlichen M glichkeiten einzelne Parameter durch Zufallsgeneratoren zu beeinflussen Der Parameter Pitch Abb 19 legt die generelle Tonh he aller Grains fest Zus tzlich sind aber noch die Parameter Random und Spread verf gbar Random legt fest jedes wievielte Grain per Zufall in seiner Tonh he ver ndert wird Spread bestimmt im Folgenden wie weit diese zuf llige Tonh he vom Ausgangswert entfernt ist Pure Sine w Abb 19 Parameter des Grainstreams Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Eine an dieser Stelle noch erw hnenswerte Besonderheit ist die M glichkeit in Padshop die Formanten unabh ngig von der Tonh he des Grainstreams zu beeinflussen Dies erfolgt in der Pitch Sektion in der man die generelle Tonh he des Grainstreams einstellt Neben g ngigen Tonh henparametern findet sich dort auch der Parameter Formant Abb 20 Abb 20 Tonh hen und Formanteneinstellungen Funktion und Funktionsweise des Parameters Form
35. en Sie beruht auf der Annahme dass jegliches Klangereignis durch die Aneinaderkettung etlicher nur wenige Millisekunden langer Klangschnipsel reproduziert werden kann Doch der theoretische Ansatz hinter ihr ist jedoch wahrlich nichts Neues Inspiriert von Dennis Gabor der schon 1944 in seiner Theory of Communication die Idee eines solchen Klangquantums formulierte machten experimentierfreudige Klangk nstler wie lannis Xenakis und Curtis Roads in den 70er Jahren erste Versuche mit winzigen Klangfragmenten Ihre Experimente bestanden daraus Klangfragmente mit einer L nge zwischen 10 und 30 Millisekunden aneinander zu reihen und diese Kette dann abzuspielen Alleinstehend kann so ein Fragment h chsten als Knackser wahrgenommen werden doch mit einer Abspielrate von mehreren hunderten solcher Samples pro Sekunde entstand ein kontinuierlicher Klang Die Pioniere dieser Klangerzeugungstechnik Granularsynthese Kapitel 1 Kurzfassung waren sich derer M glichkeiten zwar bewusst stie en jedoch recht schnell an technische Grenzen Denn wenn man die Kontrolle ber die grundlegenden Parameter dieser Klangk rner wie Wellenform Lautst rke Tonh he und zeitlichen Versatz jedes einzelnen Grains behalten m chte f llt eine enorme Menge an zu berechnenden Daten an Diese Datenmenge war mit den Computern der 70er Jahre nicht zu bew ltigen und so musste Roads bei seinen ersten Experimenten manchmal mehrere Tage auf das akustische Ergebnis
36. en als alleinigen Klangerzeuger D I 1 Padshop main ah steinberg PADSHOP o Abb 17 Mainpanel des Granularsynthesizers Padshop von Steinberg 47 Padshop arbeitet mit bis zu acht Grainstreams gleichzeitig Um die einzelnen Grains mit einer Wellenform zu best cken wird hier das Prinzip des Wavetables angewandt Dieses Wavetable wird aus der Wellenform eines vom Benutzer ausgew hlten Samples entnommen Bei der Erzeugung eines einzelnen Grains wird eine bestimmte Position in der Wellenform des geladenen Samples festgelegt Ab dieser Position wird dann ein Segment mit derselben L nge wie der eingestellten Graindauer aus der Wellenform herausgeschnitten und in das Grain eingef gt Zur Visualisierung dieses Abschnitts bietet das Programm eine visuelle Darstellung Abb 18 Fise Wide Abb 18 Wellenformanzeige Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software In dieser Visualisierung wird die Wellenform des vom Benutzer geladenen Samples angezeigt Zus tzlich sind als wei e vertikale Linien die jeweiligen Auslesepositionen der einzelnen Grains dargestellt Selbst der Auslesevorgang kann bei etwas l ngerer eingestellter Graindauer beobachtet werden Die wei en Linien bewegen sich n mlich f r eben diese Dauer in Abspielrichtung ber die im Hintergrund dargestellte Wellenform Die f r die Einstellung der Grainstreams verf gbaren Parameter sind zu einem Teil dieselben di
37. er Sekunde zu erschaffen Verkn pft mit der M glichkeit Audiomaterial in der L nge von mehreren Sekunden als Wellenformquelle zu verwenden 51 entsteht dadurch eine g nzlich neue Gesetzm igkeit unter anderem auch in Bezug auf die Tonh he des Ausgangssignals Wenn sich die Grainl nge im Bereich ber einer viertel Sekunde befindet h rt man zunehmend die Tonh he der Wellenformquelle und nicht mehr die des Grainstreams selbst Verwendet man also zum Beispiel eine einsek ndige Aufnahme einer Geige als Wellenformquelle so wird ab einer Grainl nge von ca 250 Millisekunden die Tonh he dieses Samples konkret h rbar Genau hier liegt das gro e Potenzial der Granularsynthese in Bezug auf die Erzeugung musikalischer Kl nge Komplexe Synthesizer wie Padshop lassen es zu Kl nge aus k rzesten und aus sehr langen Grains gleichzeitig zu erzeugen da sie mehrere Grainstreams mit separaten Einstellungen erzeugen k nnen Ein Granularsynthesizer wie Padshop beinhaltet folglich zwei sehr unterschiedliche Konzepte zur Klanggestaltung Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Zum einen kann ein Grainstream A im klassischen Sinne erstellt werden mit Klangschnipseln in einer L nge zwischen zehn und zweihundert Millisekunden Hierbei k nnen die tiefgreifenden M glichkeiten zur Beeinflussung des Obertongehalts der resultierenden Klangwolke ausgenutzt werden die in der Auswahl der Amplitudenh
38. eringe Graindichte aber dieselbe stochastische Stereoverteilung ist die resultierende Stereobreite weitaus weniger konstant Es kann vielmehr jedes Grain auch konkret im Stereopanorama lokalisiert werden ber den Parameter der nun diese Zufallsverteilung steuert kann der Sounddesigner sehr weiche Bewegungen und somit viel Lebendigkeit in den Klang bringen Die gro e St rke von Synthesizern wie Padshop liegt in der Kombination dieser beiden Herangehensweisen Durch diese Zusammenf hrung entsteht eine Lebendigkeit die in dieser Form mit Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software anderen Klangerzeugungstechnologien nur schwer zu erreichen ist Denn trotz der enormen Komplexit t der Kl nge sind Programme wie Padshop relativ einfach zu bedienen sie besitzen neben den f r die Granularsynthese zust ndigen Parameter in der Regel dieselben Funktionen wie g ngige Synthesizer So hat auch Padshop eine ADSR Sektion in der der allgemeine Amplitudenverlauf durch eine H llkurve gesteuert werden kann Des Weiteren ist eine FX Sektion vorhanden in der dem Signal k nstlicher Hall und ein Delay beigemischt werden k nnen Auch eine Filtersektion ist vorhanden die die blichen Filter wie Hochpass Tiefpass oder Bandpassfilter enth lt Zuletzt steht noch eine Modulationssektion zur Verf gung in der man jegliche Parameter des Synthesizers mit LFOs modulieren kann All diese M glichkeiten und gleicherma
39. ff beim Komponieren von Metastasis mathematische Elemente wie die Fibonacci Reihe auf und experimentiert mit der Wirkung solcher Vorgehensweisen Die Besonderheit dieser Komposition l sst sich gut an den schematischen Darstellungen seiner eigenen Kompositionen erkennen Abb 9 Mak Ordre Complexite Desordre Ord META STASEIS Abb 9 Das St ck Metastasis von lannis Xenakis 26 Die Granularsynthese Kapitel 2 Wie in Abb 9 zu sehen ist folgt die Strukturierung des St cks einem ganz eigenen Prinzip Anstatt klassischer Noten verwendet er Begriffe wie Ordre Desordre dt Ordnung Unordnung um den Musikern Anweisungen zu geben Begriffe die sich sp ter zur Beschreibung der durch die Granularsynthese entstehenden Kl nge wiederfinden werden Als auch Xenakis sich schlie lich genauer mit der Theorie und der Implementierung der Granularsynthese befasste hielt auch deren klangliche sthetik Einzug in seine Kompositionen Das erste St ck das sich klanglich konkret auf die Granularsynthese bezieht tr gt den Titel Concret PH F r das zweieinhalbmin tige St ck verwendete Xenakis ausschlie lich Tonaufnahmen von knackenden brechenden und brennenden sten Er verwendete also nicht direkt die Granularsynthese sondern imitierte nur die Art und Weise wie diese klingt Das hat nichts mit fehlender technischer Versiertheit zu tun Xenakis war ja selbst ma geblich an der Entwicklung der Gr
40. g Grains pro Sekunde 15 Die Granularsynthese Kapitel 2 Roads 2001 5 98 Die Grains beinhalteten zwei Perioden einer 200 Hz Sinuswelle und eine gau sche H llkurve Beim Abspielen dieser Kette entsteht ein kontinuierlicher Klang mit einer Grundfrequenz von ca 90 Hz H rbeispiel 1 1 Als Roads nun die Graindichte auf 100 Grains pro Sekunde verdoppelte entstand ein Grundton von 180 Hertz H rbeispiel 1 2 mit einer noch komplexeren Seitenbandstruktur siehe Abb 6 1 und Abb 6 2 Theoretischer und historischer Hintergrund Abb 6 1 Spektrum und Wellenform des Grainstreams mit 50 Grains pro Sekunde 16 Die Granularsynthese Kapitel 2 7 M j ii Abb 6 2 Spektrum und Wellenform des Grainstreams mit 100 Grains m i TEELEN TETE TTET Reh pro Sekunde Theoretischer und historischer Hintergrund Es kann also festgehalten werden dass mehrere Faktoren f r den Grundton des Ausgangssignals verantwortlich sind Anders als bei herk mmlichen Oszillatoren wie sie in klassischen Synthesizern verbaut sind und bei denen ausschlie lich die Frequenz der produzierten Wellenform den Grundton festlegt beeinflusst bei der Granularsynthese auch noch die Graindichte den Grundton Au erdem l sst das soeben angesprochene Experiment auch darauf schlie en dass der Parameter Graindichte einen enormen Einfluss auf die Seitenb nder der komplexen Gr
41. g mit einem Synthesizer auszukleiden Dies liegt an der Art und Weise wie g ngige Synthesizer bisher klangen Der typische Klang vieler Synthesizer war Musikern solcher Musikrichtungen oftmals zu Granularsynthese Kapitel 5 Anwendungsbeispiel k hl synthetisch und starr Dies kann sich durch Granularsynthese ndern denn die durch sie entstehenden Kl nge haben eben jene Lebendigkeit und organische Unsch rfe die bei klassischen Synthesizern oft vermisst wird Um diese Anwendungsm glichkeit zu untersuchen habe ich ein kurzes H rbeispiel H rbeispiel 12 2 produziert Dieses H rbeispiel besteht aus einer Strophe und einem Refrain eines rein akustisch produzierten Folksongs dem durch Granularsynthese erstellte Kl nge zugef gt wurden Diese entspringen zwei verschiedenen Synthesizern die in H rbeispiel 12 1 getrennt vom akustischen Teil des H rbeispiels zu h ren sind Einer der beiden Synthesizer produziert einen gl ckchenartigen hohen Klang Hierf r habe ich eine Grainl nge von 400 Millisekunden eingestellt wobei diese durch einen Zufallsgenerator beeinflusst wird und die resultierende Grainl nge zwischen 250 und 600 Millisekunden liegt Die Wellenform innerhalb der Grains wurde einer zweisek ndigen Audioaufnahme eines Glockenspiels entnommen wobei jedes Grain die Wellenform an einer anderen Stelle des Samples entnimmt Die Amplitudenh llkurve f r jedes 66 Grain ist eine scharf an und absteigende Kurve soda
42. gezahnwelle aber auch ausgefallene Formen wie Noise oder Puls an Zus tzlich hat der Benutzer noch die M glichkeit in einem Wellenformeditor Abb 24 eigene Wellenformen zu kreieren und somit sehr tief in die Granularsynthese einzutauchen 55 Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Die in Abb 25 zu sehenden Parameter haben folgende Funktion Balance regelt das Verh ltnis zwischen Granularsynthese und normalem Oszillator Steht Balance auf null wird die ausgew hlte Wellenform lediglich durch einen Oszillator wiedergegeben Auf eins wird jedoch ausschlie lich ein Grainstream produziert in dessen Grains dieselbe Wellenform eingesetzt wird Man hat also die M glichkeit d A ignal d klanglich Charak Abb 24 Wellenformeditor von Absynth re er AASR SEN Granularsynthese dosiert beizusteuern F r die Einstellung des Grainstreams stehen daf r relativ wenige Parameter zur Verf gung Dens steuert grob die Dichte des Grainstreams Niedrige 4 EFT Main Mod Werte f hren dazu dass der Grainstream l ckenhaft und Balance 0 6300 leicht perkussiv wird h here Werte f hren zu 7 ry Dens 4 Scat 19 00 Uberschneidungen der Grains und glatten dadurch den Klang Trans 12 0000 7 Scat stellt einen Zufallsgenerator dar Erh ht man diesen Abb 25 Parameter des Grainstreams Wert so werden die Grainl nge Graindichte Tonh he und 56 Verteilung im Stereopanorama zuneh
43. gion moduliert Die Amplitude des Signals wird in der Regel durch eine H llkurve kontrolliert die ber die Parameter Attack Decay Sustain und Release das Simulieren Von Anschwell und Abklingverhalten realer Instrumente zul sst Abb 11 Der Attackparameter gibt an wie lange der Klang braucht um den 31 Maximalwert seiner Amplitude zu erreichen F r perkussive Kl nge liegt dieser Wert zwischen einer und zehn Millisekunden bei Streichern k nnen es je nach Artikulation bis zu 500 Millisekunden sein ber den Decay Wert regelt man den Abfall der Amplitude nach dem Einschwingvorgang je nach Instrument f llt diese g nzlich oder nur bis auf ein bestimmtes Niveau ab Dieses Niveau wird als Sustain Level bezeichnet der dritte Wert der H llkurve Der letzte Wert die Release Zeit dient zur Simulierung des Nachklangs wie er bei fast allen Instrumenten vorhanden ist Er gibt an wie lange das Instrument nach dem Loslassen der Taste noch nachklingt Abb 11 ADSR H llkurve Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese Mit solchen H llkurven k nnen neben der Amplitude verschiedenste Parameter des Synthesizers ber die Zeit moduliert werden wie zum Beispiel die Cutoff Frequenz eines Hochpassfilters Zur weiteren Modulatuion stehen in der Regel Low Frequency Oszillators auch LFOs genannt zur Verf gung Diese oszillieren mit Frequenzen weit unter dem h rbaren Bereich Die von ihnen produzierten We
44. gquanten B II Die fr hen Experimente von Curtis Roads B II 1 Synchrone Granularsynthese B II 2 Quasi synchrone Granularsynthese B II 3 Asynchrone Granularsynthese B II 4 Granular Resynthese B III Komponisten interpretieren die Granularsynthese B IV Zwischenfazit Granularsynthese Inhaltsverzeichnis S 3 S 6 5 10 5 10 5 12 5 15 5 20 5 21 5 24 5 24 5 28 C I C I D I Granularsynthese Inhaltsverzeichnis Anwendung der Granularsynthese heutzutage berblick Synthetische Klangsyntheseverfahren C 1 1 Subtraktive Klangsynthese C 1 2 Additive Klangsynthese C 1 3 Physical Modeling Anwendungsfelder der Granularsynthese C ll 1 Zur Klangerzeugung C ll 2 Granular Resynthese Pitch Shifting und Time Stretching C 1l 3 Granular Resynthese Klanggestalterischer Einsatz Granularsynthese in aktuellen Softwareanwendungen Synthesizer D l 1 Steinberg s Padshop D l 2 Native Instrument s Absynth D II Pitch Shifting und Timestretching in Ableton Live 5 30 5 30 5 30 5 33 5 36 5 41 5 42 5 42 5 45 5 47 5 47 5 47 5 99 5 59 Granularsynthese Inhaltsverzeichnis D III Kreatives Sounddesign durch Granular Resynthese S 63 E Anwendungsbeispiel S 66 F Fazit 5 68 Anhang S 69 Abbildungsverzeichnis S 69 Literaturverzeichnis S 71 CD Inhalt S 72 Danksagung S 73 A Kurzfassung Erst im Lauf der letzten Dekade hat die Granularsynthese Einzug in professionelle Musikproduktionssoftware gehalt
45. ichzeitig beh lt man jedoch die Kontrolle ber jeden einzelnen Klangpartikel Da die entstehenden Kl nge oft eine lebendige Unruhe besitzen und leichte Disharmonien aufweisen klingen sie nicht so kalt und synthetisch wie g ngige Synthesizer Diese Tatsache k nnte eine Br cke zwischen computererstellten Kl ngen und eher akustischen Musikgenres wie Granularsynthese Kapitel 1 Kurzfassung Folk schlagen und das klangliche Spektrum der modernen Musik auf diese Weise erweitern Neben der Klangerzeugung kann die Granularsynthese auch noch zu sehr n tzlichen Zwecken eingesetzt werden Ihre Technologie steckt hinter den revolution ren Transponierungsalgorithmen die heutzutage in jedem namhaften Audiobearbeitungsprogramm eingebettet sind Im Genauen erm glicht Granularsynthese die Ver nderung der Tonh he eines Audiosignals ohne es in seiner L nge zu ver ndern Eine M glichkeit die heutzutage sicherlich kein Musikproduzent mehr missen m chte A Abstract It was just within the course of the last decade that Granular Synthesis has made its appearance in professional music production software The concept of Granular Synthesis is based on the assumption that any tonal event can be reproduced by linking together several isolated just milliseconds long snippets of sound The theory behind this however is by no means a new discovery Inspired by Dennis Gabor who as far back as 1944 formulated the idea of such a soun
46. ierlichen Klang zu erzeugen Wichtig ist hierbei vor allem dass die Kontrolle ber einige ausschlaggebende Parameter der Grains erhalten bleibt Diese Parameter waren in der Formel von Gabor L nge H llkurve und Wellenform In seiner urspr nglichen Formel w hlte er hierf r eine Gau sche H llkurve und eine Sinuswelle Roads 2001 5 58 Abb 1 Ein Grain mit konstanter Sinuswelle und Gau scher H llkurve Theoretischer und historischer Hintergrund Das bedeutet dass die Amplitude des Grains durch eine Gau sche Funktion sanft angehoben und wieder abgesenkt wird w hrend die Wellenform sinusf rmig bleibt In Gabors Formel konnte man den Verlauf der H llkurve ver ndern und die Frequenz sowie die Phasenlage der Sinuswelle bestimmen Gabor verfeinerte seine Formel noch und f gte die M glichkeit hinzu die Frequenz der Sinuswelle ber die Zeit zu modulieren Wie im folgenden Schaubild zu sehen ist nimmt die Frequenz der Welle zum maximalen Ausschlagpunkt der Amplitude ab und ab diesem Punkt wieder zu Abb 2 Er war der Annahme diese Parameter w rden reichen um die einzelnen Grains in der Grainwolke derart zu kontrollieren dass man jeglichen Klang produzieren k nnte Abb 2 Ein Grain mit modulierter Sinuswelle und Gau scher H llkurve 11 Die Granularsynthese Kapitel 2 Erstmals umgesetzt wurde diese Theorie in den 70er Jahren durch die Arbeit von lanis Xenakis und Curtis Roads Beide waren Komponist und
47. iese von drei Faktoren abh ngt Roads 2001 S 94 der Frequenz der Welle innerhalb des Grains der aus den H llkurven resultierenden Frequenz der Amplitudenmodulation den Abst nden zwischen den Grains Andert man also einen dieser Parameter so hat man eine direkte Auswirkung auf die Tonh he des Grainstreams Auch auf die spektrale Zusammensetzung des Streams wirken sie sich aus Ahnlich wie bei der subtraktiven Synthese die in den meisten Synthesizern verwendet wird f hren scharfkantige oder pulsartige Wellenformen zu einer Auspr gung der Seitenb nder Man erh lt also ein harmonisch angereichertes Signal Zweierlei Parametereinstellungen k nnen in einem Grainstream zu solch einer Anreicherung f hren L cken also Nullstellen in Bezug auf die Amplitude zwischen den Grains Abb 5 1 Theoretischer und historischer Hintergrund Verwendung scharfkantiger H llkurven zur Amplitudenmodulation Abb 5 2 Abb 5 1 Grains mit L cken Abb 5 2 Scharfkantige H llkurvenvarianten Vor allem durch die Ver nderung der L ckengr e zwischen den Grains die auch bis hin zu einer berlappung von zwei Grains 14 Die Granularsynthese Kapitel 2 m glich ist kann der Charakter der harmonischen Anreicherung tiefgehend kontrolliert und von scharf zu sanft ver ndert werden Man bekommt also hnlich wie bei der subtraktiven oder additiven Klangsynthese eine tiefgreifende Kontrolle ber die klangli
48. ignal harmonisch angereichert wird und ein reiches Obertonspektrum erh lt ber den sogenannten Modulationsindex kann auch noch die St rke der Beeinflussung festgelegt werden Dieser Modulationsindex kontrolliert im Endeffekt die Amplitude der Obert ne die durch den jeweiligen Modulator erstellt wurden Es entstehen also viele Obert ne und dadurch eine ver nderte Klangfarbe wobei die Art der Obert ne stark vom Frequenzverh ltnis zwischen den Oszillatoren abh ngt Ist dieses ganzzahlig so entstehen harmonische Klangfarben Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese a modulator carier Abb 12 Schema der Frequenzmodulation op2 ist der Oszillator des Modulators der selbst keinen Klang erstellt sondern lediglich die Amplitude des Oszillators op1 moduliert Bei krummen Frequenzverh ltnissen kommt es dementsprechend zu unharmonischen Klangfarben Bedienungsanleitung des FM8 Synthesizers von Native Instruments S 35 Beiderlei Varianten k nnen interessant und vom Sounddesigner gew nscht sein 34 Das Verfahren der Frequenzmodulation wird vor allem dann interessant wenn dass Carrier Signal von mehr als nur einem Modulator beeinflusst wird und die Oszillatoren anstatt mit Sinuswellen auch mit anderen Wellenformen gespeist werden Es lassen sich au erdem sehr lebendige Kl nge erstellen wenn die Amplituden der Modulatoren ber die Zeit ver ndert werden wodurch sich ja
49. ignet sich f r harmonisches Audiomaterial mit klar erkennbarer Tonh he Solche Signale zeichnen sich durch eine hohe Periodizit t innerhalb ihrer Wellenform aus und lassen sich deshalb gut von diesem Algorithmus transponieren oder l ngenm ig ver ndern Als Anpassungsoption kann noch die grobe Grainl nge eingestellt werden Abb 31 in Size G 12 00 g Abb 31 Untermen der Transponierungsoption Tones 61 Die Grainl nge kann zwischen 12 und 100 Millisekunden betragen Es ist sinnvoll diesen Parameter an das Material anzupassen da sich je nach Frequenz des Audiomaterials eine andere optimale Grainl nge zur Wiederholung einzelner Segmente ergibt Audiosignale mit tiefen Frequenzen ben tigen zum Beispiel eine gr ere Grainl nge um die wiederholbaren Segmente der Wellenform m glichst genau zu treffen Der hier eingestellte Wert wird vom Programm jedoch nur als Richtwert benutzt die letztendlich verwendete Grainl nge errechnet der Algorithmus dann in Abh ngigkeit des Audiomaterials 3 Texture ist auf polyfones oder mehrschichtiges Material ausgelegt Dies k nnen sowohl orchestrale Musik wie auch atmosph rische Fl chenkl nge sein Texture v Grain Size Flux Abb 32 Untermen der Transponierungsoption Texture Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Wie in Abb 32 zu sehen ist hat man auch in diesem Modus die M glichkeit die Grainl nge anzupassen In diesem Fall
50. l 2 Pitch Shifting und Time Stretching durch Granular Resynthese Seit langem waren Wissenschaftler und Toningenieure der ganzen Welt auf der Suche nach einer M glichkeit die Tonh he eines Signals unabh ngig von dessen L nge zu ver ndern Denn bisher waren diese beiden Parameter untrennbar miteinander Verkn pft Man kennt diese Gesetzm igkeit von dem allgemein als Mickey Mouse Effekt bekannten Ph nomen Wird ein Tonband schneller als in seiner Originalgeschwindigkeit abgespielt so erh ht sich proportional auch die Tonh he des darauf befindlichen Audiomaterials Gleicherma en verk rzt sich aber auch die Abspielddauer Die hier auftretende Tonh henver nderung resultiert aus dieser verk rzten Abspieldauer die sich wie eine Stauchung der Frequenz des Audiomaterials 42 auswirkt Im Endeffekt m ssen ja gleichviele Schwingungen in k rzerer Zeit geschehen was zu einer Erh hung der Frequenz und somit der Tonh he f hrt Zur L sung dieses Problems wurde eine Variante der Granularsynthese angewandt die sich Granular Resynthese nennt Granular Resynthese bedeutet dass man vorhandenes Audiomaterial zun chst in Grains zerteilt diese dann aber wieder in derselben Reihenfolge zusammenf gt Zwischen diesen zwei Vorg ngen kann jedes Grain in Bezug auf die f r Granularsynthese blichen Parameter bearbeitet werden Das zu transponierende Audiomaterial muss also in Grains von wenigen Millisekunden zerlegt werden Jedes einze
51. lex Je h her die Werte dieses Parameters eingestellt werden desto mehr bleiben die urspr nglichen Formanten erhalten Dies erm glicht eine Transposition in gr erem Umfang da die oberen B nder in der Formantenstruktur sonst ab einem gewissen Punkt berbetont werden w rden Dies w rde zu einem unnat rlichen Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Klang f hren Diese Problematik kann im H rbeispiel 11 gut erkannt werden Zu H ren ist eine um vier Halbt ne nach oben Transponierte Frauenstimme ber die Dauer des H rbeispiels wird der Wert des Parameters Formant von seinem Maximum auf sein Minimum gesenkt Man vernimmt also zun chst die absichtlich erhaltenen urspr nglichen Formanten dann aber mehr und mehr die durch die Transponierung entstandene Formantenstruktur in der die Betonung zunehmend auf den oberen Formanten liegt D III Kreatives Sounddesign mit Granular Resynthese Die M glichkeit ein Audiosignal in Echtzeit einer Granularsynthese zu unterziehen es auf vielf ltigste Weise zu ver ndern und neu zusammengesetzt wieder auszugeben ist vor allem f r experimentierfreudige Sounddesigner ein interessantes Feld Die Unvorhersehbarkeit der klanglichen Ergebnisse f rdert die Kreativit t und l sst vorher nie da gewesene Kl nge entstehen Die enormen Gestaltungsm glichkeiten vieler solcher Programme basieren vor 63 allem auf der Verkn pfung einzelner Parameter Das Progra
52. lichen Anzahl periodischer Sinus oder Kosinusfunktionen mit verschiedener Phase und Amplitude und exakt Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese definierter Frequenz erstellen l sst wikipedia org wiki Fouriersynthese Da die Wellenform eines musikalischen Klanges so eine komplexe Schwingung ist ist es m glich diese durch Fourier s Methode nachzubilden oder neue musikalische Kl nge zu erstellen Grob gesagt werden bei der additiven Klangsynthese nicht wie bei der subtraktiven Klangsynthese die unerw nschten Bestandteile aus einem obertonreichen Spektrum herausgefiltert sondern der erw nschte Klang vielmehr durch das Zusammenf hren der gew nschten harmonischen Teilt ne erstellt Dies funktioniert innerhalb des Synthesizers folgenderma en Am Anfang der Signalkette steht ein Oszillator der eine einfache Sinuswelle erzeugt Dieser Oszillator wird oft auch als Operator oder Carrier bezeichnet Die Amplitude des Operators wird nun von einem zweiten Oszillator moduliert welcher ebenso eine Sinuswelle erzeugt In der Regel wird dieser als Modulator bezeichnet Abb 12 W rde der Modulator mit einer Frequenzen unterhalb des h rbaren 33 Bereichs also unterhalb von ca 20 Hz oszillieren so entst nde ein Vibrato im Ausgangssignal Bei der additiven Klangsynthese auch Frequenzmodulation genannt oszillieren diese Modulatoren jedoch mit Frequenzen im h rbaren Bereich wodurch das Ausgangss
53. lne Grain welches nun einen kleinen Teil des zu transponierenden Signals in sich tr gt wird dann um den gew nschten Wert in seiner Tonh he ver ndert Nat rlich ver ndert sich dadurch die L nge des Grains was zu zwei Problemen f hren kann Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese bei Tonh henerh hung Die Grains werden k rzer zwischen ihnen entstehen L cken bei Tonh henverringerung Die Grains werden l nger sie berschneiden sich F r jedes dieser beiden Probleme h lt die Granularsynthese jedoch eine L sung bereit bei Tonh henerh hung werden die entstehenden L cken zwischen den Grains durch Vervielfachung der Grains aufgef llt bei Tonh henverringerung werden die entstehenden berschneidungen durch berblendungen und K rzungen der Grains aufgefangen Diese beiden L sungsans tze funktionieren sehr gut weil selbst komplexe Wellenformen von Audiosignalen eine gewisse Periodizit t aufweisen Vor allem harmonische und konstante Kl nge wie von 43 einer Gesangsstimme oder von einem Streicherinstrument bergen im Bereich von f nf bis zwanzig Millisekunden beinahe repetitive Formen in ihrer Wellenform Abb 15 Diese wiederkehrenden Segmente k nnen dann wie oben beschrieben vervielfacht oder gek rzt werden ohne dass es dem H rer auff llt Abb 15 Ausschnitt der Wellenform eines gesungenen Vokals Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder de
54. lt wurde Dieses Programm dient Oftmals bietet Physical Modeling Software die M glichkeit ausschlie lich dazu Saiteninstrumente zu emulieren Saitenl nge Klangk rpervolumen oder Bogenl nge einzustellen Nun ist es theoretisch m glich eine hundert Meter lange Saite ein Bowed Square String FilleriGiobal_ ala s O Kl n k r rv men v r li C EXCITATOR Force Friction Velocity Position Damping CI DAMPER Mass Stiffness Velocity Position Damping angk rpervolume on wenigen Kubikmillimetern oder einen On ae x Te a A A u 0 0 20 50 100 47 55 65 14 56 unendlich langen Bogen zu simulieren Dies kann zu sehr vei 000 0124 000 000 Es Key 0 00 000 000 000 FixiPos vr FE EI Em GN Br interessanten und berraschenden klanglichen Ergebnissen f hren Inharm Damping lt Key elay Attac ate Amount Mot 0 00 78 R 3 F F Fing Mass Fing Stiff Fret Stiff Pickup Booy Low Cut HighCut Str Body Volume Die Art und Weise in der man mit Physical Modeling Klange A C Ge Poson Sors wjfkcr G G O 0 0 Caeo o Nams B 100 Wos 100 3648 erschafft unterscheidet sich drastisch von der Vorgehensweise bei der additiven oder subtraktiven Klangsynthese Sie ist um einiges Abb 14 1 Hauptpanel des auf Physical Modeling basierenden intuitiver und orientiert sich sehr stark an den realen Synthesizers Tension von Applied Acoustic Systems klangbestimmenden Elementen von echten Instrumenten Um diese Vo
55. mend durch einen Zufallsgenerator beeinflusst Hier kann also in veereinfachter Form Granularsynthese zur Klangerzeugung betrieben werden Doch Absynth bietet des Weiteren noch die M glichkeit das eigene Signal in der Effektsektion einer Granular Resynthese zu unterziehen und dem Ausgangssignal wieder beizumischen Dieses Effektmodul tr gt den Namen Aetherizer und bietet im Vergleich zu den f r die Parametern weitaus tiefere Klangerzeugung verf gbaren Eingriffsm glichkeiten Der Aetherizer zerst ckelt das von den Oszillatoren kommende Signal in Grains und f gt diese dem Ausgangssignal wieder zu Die Grains k nnen innerhalb des Aethrizers einer intensiven Bearbeitung unterzogen werden die sich in zwei Hauptgebiete aufteilt Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software 1 Der Grain Bereich Grain Random 0 10 Predelay ms 0 00 Rate Hz 166 855 008 0 00 Feedback 0 00 0 00 0 00 Grain Dur 0 00 I Abb 26 Parameter des Grainbereichs In diesem Bereich geht es um die globale Einstellung des Grainstreams Die linke Spalte der in Abb 26 zu sehenden Tabelle beinhaltet die Namen der verf gbaren Parameter Predelay steht hierbei f r den Abstand zwischen den einzelnen Grains Rate f r die Anzahl an Grains pro Sekunde und Grain Duration f r die L nge der Grains In der zweiten Spalte von links werden die Werte eingegeben die je nach Parameter unterschiedliche
56. mm Grain Delay von Ableton bietet zur Parameterverkn pfung eine frei zuweisbare X Y Matrix an Abb 34 O x e 3 2 0 00 ms Spray BETE Frequency 0 0 a ie z Tune Spray Frequeney _Pich _ Rand Pitch Feedback Abb 34 Oberfl che des Insert Effekts Grain Delay In der durch das schwarze Rechteck dargestellten Matrix kann durch den frei bewegbaren gelben Punkt der Wert von zwei verschiedenen Parametern gleichzeitig moduliert werden Die hier verf gbaren Parameter sind Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Spray f gt dem Wert der Delay Zeit Zufallsvariationen hinzu Grain Delay ist in erster Linie eine Delay Effekt es f gt also dem Ursprungssignal ein einstellbare Anzahl Wiederholungen seiner selbst zu In diesem Fall werden diese Wiederholungen aber noch in Grains zerlegt Die ber Spray eingestellte Abweichung stellt ein in wie weit einzelne Grains zeitlich von ihrem Soll Wert abweichen werden Diese kann von einem Bruchteil einer Millisekunde bis zu einer halben Sekunde sein Frequency ist der Parameter ber den die Graindichte gesteuert wird Er gibt in Hertz an in wieviel Grains pro Sekunde das Material zerst ckelt wird Von diesem Parameter h ngt stark ab wie gut die ber Grain Delay vornehmbare Tonh henver nderung ist Pitch stellt die Tonh he des vom Effekt bearbeiteten Signals ein 64 Granularsynthese
57. n diesen Formant Parameter so l sst sich auf sehr angenehme und sanfte Weise Lebendigkeit in den Klang bringen Eine weitere M glichkeit den Klang neuartig klingen und sich bewegen zu lassen ist ber die Parameter der Grainl nge Abb 22 m glich Abb 22 Parameter des Grainstreams Duration legt die Grainlange in Millisekunden fest Uber den Parameter Random kann dann eingestellt werden bei jedem Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software wievielten Grain die L nge zuf llig generiert wird Spread stellt ein wie stark diese errechnete L nge von der Originallange abweicht Und in diesem Fall gibt es sogar noch eine weitere M glichkeit die Grainl nge zu modulieren ber den Parameter Key F kann eine Abh ngigkeit zwischen Midiwert und Grainl nge geschaffen werden Das bedeutet dass beim Spielen der Note C1 auf dem Keyboard Grains mit einer L nge von zum Beispiel 10 Millisekunden erschaffen werden bei der Note C2 sich die Grainl nge auf 20 Millisekunden vergr ert und so weiter Diese M glichkeit ist vor allem in Bezug auf den musikalischen Einsatz von Granularsynthese sehr interessant da sich nie da gewesene Artikulationsm glichkeit entfalten Ein weiterer Grund f r den enormen Unterschied zwischen den von Padshop produzierten Kl ngen und den ersten noch wissenschaftlich analytischen Grainstreams von Curtis Roads ist die M glichkeit auch Grains mit L ngen von bis zu ein
58. nal wird durch einen Oszillator erstellt der Schwingungen mit unterschiedlichsten Wellenformen erzeugen kann Diese Wellenform ist in der Regel frei w hlbar G ngige Wellenformen sind Sinus S gezahn Rechteck oder Dreieck Abb 10 wobei diese sich vor allem in ihrer Obertonreichhaltigkeit stark unterscheiden f Edit Main Mod f Edit Y Main f Edit Y Main Uni Trans w 0 0000 666 Trans 0 0000 666 Trans 0 0000 Phase 0 000 Phase 0 000 Phase 0 000 Abb 10 Oszillatoren des Softwaresynthesizers Absynth mit unterschiedlichen Wellenformen Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese Eine Sinus oder sinus hnliche Welle erzeugt ein eher schmalbandiges Frequenzspektrum w hrend Wellenformen wie Dreieck oder Rechteck obertonreiche breite Frequenzspektren erzeugen Da ein Synthesizer ber eine bliche Midi Klaviertastatur gesteuert wird ist die Frequenz des Oszillators an die gesendeten Midiwerte gekoppelt So ist zum Beispiel das C1 das auf einer Frequenz von 32 7 Hz liegt mit dem Midiwert 24 verbunden Das entstehende Signal wird anschlie end mit unterschiedlichen Filtern frequenzm ig beschnitten G ngige Filtervarianten sind Bandpassfilter Hochpassfilter Tiefpassfilter und Notchfilter Speziellere Synthesizer haben zus tzlich noch etwas ausgefallenere Filtervarianten wie den Allpassfilter der die Phase des Signals in einer bestimmten Frequenzre
59. ng ber den Parameter Str Body eingestellt werden Wie man an dieser Einf hrung in die Vorgehensweise eines blichen auf Physical Modeling basierenden Synthesizers sehen kann erfolgt die elektronische Klangerzeugung hier auf sehr unkonventionelle Weise Es bedarf jedoch keiner allzu gro en Einarbeitungszeit da die Parameter sehr verst ndlich mit ihren klanglichen Auswirkungen verkn pft sind und sich die Strukturierung solcher Programme sehr nah an der Beschaffenheit realer Instrumente orientiert Vor allem f r Leute mit Kenntnissen im Bezug auf echte Instrumente und deren Funktionsweisen ist dies von gro em Vorteil Im H rbeispiel 8 ist der Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese typische Klang eines auf Physical Modeling basierenden Synthesizers hinterlegt C Il Anwendungsfelder der Granularsynthese Als vierte gro e Klangerzeugungstechnologie kann man seit einigen Jahren nun auch die Granularsynthese dazuz hlen Diese Verz gerung hat folgenden Grund Im Gegensatz zu klassischen Syntheseverfahren wie additiver und subtraktiver Klangsynthese die recht einfach und mit verh ltnism ig geringer Rechenleistung zu implementieren sind ben tigt die Granularsynthese ein weitaus h heres Ma an Speicher und Rechenleistung Dies liegt an der enorm hohen Anzahl an Informationen die pro Sekunde berechnet werden m ssen Man muss bedenken dass in extremen F llen bis zu Tausend Grains in der
60. nteressant die das bearbeitete Signal wieder an den Eingang des Effektger tes f hrt Dort durchl uft es die Granular Resynthese erneut wodurch sehr fremdartige Kl nge entstehen k nnen Doch auch ein dezenter Einsatz solcher Ger te ist m glich und n tzlich es kann zum Beispiel in geringem Ma e die Stereobreite eines Signals vergr ert werden Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese 46 D Granularsynthese in aktueller Software Das vorherige Kapitel hat dargelegt dass die Granularsynthese eine Klangmanipulationstechnik ist die in verschiedenen Bereichen der Musikproduktionssoftware zum Einsatz kommt Um die F higkeiten und Handhabung dieser Programme zu erl utern werde ich im verschiedene aus den einzelnen Folgenden Programme Einsatzgebieten der Granularsynthese vorstellen D I Synthesizer Die Granularsynthese kann in Synthesizern auf verschiedene Art und Weise vorkommen Entweder wird sie als alleiniger Klangerzeuger verwendet oder sie wird mit anderen Syntheseverfahren kombiniert Die beiden Softwaresynthesizer Absynth von der Firma Native Instruments und Padshop von der Firma Steinberg sind hierf r zwei gute Beispiele Absynth verwendet die Granularsynthese kombiniert mit anderen Verfahren und bietet innerhalb seiner Signalkette sogar Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software die M glichkeit zur Granular Resynthese Padshop beinhaltet sie hingeg
61. o eine periodische Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese auftretende Abweichung zur gewollten Tonh he hinzuzuf gen ber Rate und Amount wird die Geschwindigkeit der Tonh henvariation und deren Wirkungstiefe eingestellt In Bezug auf die realistische Artikulation eines Saiteninstruments sind vor allem die Parameter Delay der angibt mit welcher Verz gerung das Vibrato nach dem Anschlagen der Saite zu wirken beginnt und Attack der angibt wie schnell das Vibrato seine maximale Amplitude erreicht interessant Sa regres VP C DAMPER Mass 7 Stiffness Velocity Position Damping i re Che Pr Cha Gr vei Key 0 00 0 0 000 0 00 FixPos Abb 14 5 D mpfer Segment Viele Saiteninstrumente verwenden einen D mpfer der die Schwingung der Saite stoppt 39 Im Piano zum Beispiel sind das die Filzpolster die nach dem Loslassen der Taste auf die Saite gepresst werden In Tension k nnen Eigenschaften und Verhalten eines solchen D mpfers sehr detailliert eingestellt werden Abb 14 5 Die Masse und materielle Beschaffenheit k nnen ber die Parameter Mass und Stiffness beeinflusst werden ber Position legt man fest an welcher Stelle der D mpfer auf die Saite trifft Letztendlich kann noch global der Wirkungsgrad des D mpfers ber den Parameter Damping eingestellt werden C TERMINATION Fing Mass Fing Stiff Fret Stiff V K room Gr un ae Abb 14 6 Termination Segment Im
62. omit auch Grainl nge und deren Auswirkungen auf die entstehende Klangwolke wurden im letzten Kapitel schon eingehend beschrieben Eine solche Beeinflussung kann auch f r die Art der Wellenform innerhalb des Grains erfolgen Das bedeutet dass jedes einzelne Grain mit einer anderen Wellenform best ckt wird In der resultierenden Klangwolke kann in keiner Weise mehr ein eindeutiger Grundton festgestellt werden da die st ndig wechselnden Wellenformen keine periodische Schwingung mehr darstellen Man erh lt also schnell eine rauschlastige zerst rte Klangstruktur Curtis Roads f hrte zur genaueren Bezeichnung von Klangwolken mit unterschiedlichen Wellenformen drei Begriffe ein Theoretischer und historischer Hintergrund Monochrome Wolken bestehend aus Grains mit gleicher Wellenform Polychrome Wolken bestehend aus Grains mit zwei oder mehr Wellenformen Transchrome Wolken bestehend aus einer sich kontinuierlich ver ndernden Wellenform Roads 2001 S 103 Wirklich nennenswerte M glichkeiten tun sich bei der Verwendung eines Zufallsgenerators auf die Parameter Stereoposition und Tonh he auf Die Verteilung der Grains im Stereoraum f hrt zu einer enormen Breite des Signals was vor allem bei der Erstellung von fl chigen atmosph rischen Kl ngen von elementarer Bedeutung ist Die Auff cherung des Klanges funktioniert hier so gut weil jedes einzelne Grain eine andere Position im Stereopanorama zugewie
63. r Granularsynthese Durch diese Technologie sind Transponierungen von bis zu f nf Halbtonschritten m glich ohne dass das Endergebnis zu k nstlich klingt Hierf r gibt es aber keine genauen Werte da die Grenze stark von der Qualit t des Audiomaterials und dem Anspruch des Benutzers abh ngt der entscheidet ab wann eine Transponierung k nstlich klingt oder zu viele Artefakte im Signal auftreten Wirklich gro e Schwierigkeiten entstehen wenn es sich um transientenreiches Klangmaterial handelt Transienten sind impulsartige Schwingungen die zum Beispiel beim Schlag auf eine Trommel entstehen Ihre L nge bewegt sich im Bereich zwischen 20 und 50 Millisekunden sie sind in der Regel weder symmetrisch noch periodisch Abb 16 und lassen sich nicht auf die Summe einzelner Grundschwingungen zur ckf hren wikipedia org wiki Transienten 44 In IM Abb 16 Ausschnitt der Wellenform eines Drumloops Sie k nnen von Transponierungsalgorithmen schlecht oder gar nicht bearbeitet werden da die f r eine erfolgreiche Transponierung des Klangmaterials n tige Wiederholung oder Verk rzung einzelner Grains in diesem Fall h rbar wird Die Software umgeht dieses Problem indem sie das Audiomaterial im Vorhinein auf Transienten untersucht und diese dann von der Bearbeitung ausschlie t Das bedeutet dass der Transient selbst nicht transponiert wird sondern nur das Klangmaterial unmittelbar vor und
64. r namhafte Sequenzer bietet diese M glichkeiten auch an Da es sich hierbei jedoch um einen sehr komplexen Vorgang handelt der stark von der Beschaffenheit des Audiomaterials abh ngt bieten die Programme die M glichkeit auf diese Beschaffenheit einzugehen Ich m chte diese Vorgehensweise nun an dem Softwaresequenzer Ableton Live genauer erl utern ffnet man in diesem Programm eine Audiodatei so erscheint zun chst ein Kontextmen in dem man die Art des Audiomaterials ausw hlen kann 59 Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Programm in Grains mit eine L nge zwischen 30 und 500 Millisekunden Diese Grains werden nach der gew nschten Bearbeitung wieder zusammengesetzt und ergeben das fertige Ausgangsmaterial 1 Beats passt sich an transientenreiches Material an Dies sind vor allem Perkussionaufnahmen oder einzelne Drumsamples Dieser Modus ist darauf spezialisiert die Transienten von der Transponierung auszuschlie en Wie schon im vorherigen Kapitel erkl rt lassen sich Transienten mit der hier angewandten Technologie nicht transponieren Diese werden deshalb von der Bearbeitung ausgeschlossen wobei sich dieser Vorgang wiederum an das Audiomaterial anpassen l sst In Abb 30 sind die hierf r Abb 29 Transponierungsmen in Ableton Live verf gbaren Optionen zu sehen Wie in Abb 29 zu sehen ist hat man die Wahl zwischen den Kategorien Beats Tones Texture Re
65. rgehensweise genauer zu erl utern m chte ich ein solches Um die Vorgehensweise dieses Programms zu erl utern m chte ich Programm vorstellen nun nacheinander die in Abbildung 14 1 zu sehenden Sektoren In Abbildung 14 1 sieht man das Hauptfenster des auf Physical Excitator String Vibrato Damper Termination und Body Modeling basierenden Plug ins Tension das von der Firma Applied behandeln 37 C EXCITATOR Force Friction Velocity Position Damping en Or CG 0 0 20 50 100 Vel 0 00 _ 0 12 4 0 00 000 Key 0 00 _ 0 00 000 0 00 Fix Pos Abb 14 2 Excitator Segment ber welches die Schwingungserzeugung eingestellt wird Der Excitator dt Erreger bestimmt die Art und Weise in der die simulierte Saite in Tension in Schwingung versetzt wird Hierf r k nnen drei verschiedene Schwingungserzeugertypen ausgew hlt werden Bow einem Bogen f r Streicherinstrumente Plectrum ein Gitarrenplektrum Hammer und Hammer bouncing einem Pianohammer oder Kl ppel Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese Nachdem man sich f r einen Erregertyp entschieden hat kann man diesen noch auf vielf ltige Weise einstellen F r den in Abbildung 14 2 gew hlten Exciter Bow sind das die St rke mit der der Bogen auf die virtuelle Saite gedr ckt wird Force der Grad der Reibung die zwischen Bogen und Saite herrscht Friction die Geschwindigkeit mit
66. riert wurde erh lt das Grain durch einen Oszillator eine Wellenform In diesem Fall war dies ausschlie lich eine Sinuswelle mit einstellbarer Frequenz Kurz vor dem Ausgang seines Generators baute Roads noch eine weitere sehr interessante Komponente ein Er erschuf die M glichkeit jedes Grain an einen von N Ausg ngen zu schicken die wiederum zum Beispiel mit einem Surroundsystem verbunden sein k nnen Es war also m glich den Grainstream auf das komplette Stereopanorama zu verteilen Mit diesem Generator erforschte Roads die Eigenschaften der sog synchronen Granularsynthese was bedeutet dass die Grains in gleichbleibenden zeitlichen Abst nden aufeinander folgen Roads 2001 S 93 Da die H llkurve Theoretischer und historischer Hintergrund kontinuierlich gleichblieb konnte man diese Streams wie eine Sinuswelle betrachten die durch einen LFO Low Frequency Oszillator amplitudenmoduliert wird Abb 4 Abb 4 In der oberen Darstellung ist eine Aneinanderreihung einfacher Grains zu sehen die eine Sinuswelle beinhalten und noch keine H llkurve besitzen In der unteren Darstellung repr sentiert die rote Linie eine Gau sche H llkurve welche die Amplitude der dahinterliegenden Grains moduliert Wie zu erkennen ist formt die H llkurve aus der gleichf rmigen Sinuswelle ein pulsartiges Signal 13 Die Granularsynthese Kapitel 2 In Bezug auf die resultierende Tonh he des Ausgangssignals stellte Roads fest dass d
67. rn wie Modulationsfrequenz oder index und den resultierenden klanglichen Ver nderungen im Ausgangssignal Im H rbeispiel 7 ist der typische Klang eines additiven Synthesizers hinterlegt Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese C l 3 Physical Modeling Physical Modeling versucht reale Klangerzeuger in all ihren Eigenschaften nachzuahmen Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf der Simulierung der Klangentstehungsmechanismen So werden zum Beispiel schwingende Saiten Membranen oder Luftr hren und deren Verhalten wenn sie angeblasen oder angestrichen werden durch Computeralgorithmen simuliert Selbst musikalisch gesehen fehlerhaftes Verhalten wird bei der Erstellung der Algorithmen ber cksichtigt Denn eine schwingende Saite deren Schwingung oft durch eine Sinuskurve beschrieben wird schwingt eigentlich zweidimensional und produziert deshalb schon keinen exakten Sinuston Selbst die Aufh ngung der Saite und das Material des Klangk rpers k nnen noch klangliche Auswirkungen haben Um all diese Dinge zu berechnen sind jedoch sehr komplexe Programme n tig die vor allem in Punkto Rechenleistung schlecht abschneiden Physical Modeling ist dennoch ein interessantes Feld f r Sounddesigner da zum einen reale Instrumente nachgebildet zum 36 Granularsynthese Kapitel 3 Anwendungsfelder der Granularsynthese anderen aber auch physikalische Grenzen gesprengt werden k nnen Acoustic Systems entwicke
68. rsten denen eine Implementierung gelang war der Forscher und Komponist Barry Truax Er schrieb im Jahre 1986 ein Programm das kurze Klangschnipsel in Grains zerst ckeln konnte Roads 2001 5 111 Auch Roads selbst gelang zwei Jahre sp ter eine hnliche 28 Die Granularsynthese Kapitel 2 Implementierung In der Programmiersprachee Music 4L schrieb er die Programme Synthulate und Granulate die f r die Berechnung von ein paar hundert Grains dennoch mehrere Minuten brauchten Roads 2001 S 111 Obwohl anfangs noch der Gedanke Kl nge per Granularsynthese herzustellen oder nachzuahmen das Hauptziel war wird die Granularsynthese heutzutage meist g nzlich anders eingesetzt Denn ihr gro es Potenzial in Bezug auf die Klangerzeugung und vor allem auf die Klangbearbeitung konnten die Forscher in den achtziger Jahren aufgrund der langsamen Computer noch berhaupt nicht vorhersehen Theoretischer und historischer Hintergrund 29 C Anwendungsfelder der Granularsynthese Seit der Jahrtausendwende sind g ngige Homecomputer endg ltig in der Lage Granularsynthese und Resynthese in Echtzeit zu betreiben schlie t somit zu den Das Verfahren bisherigen Klangsyntheseverfahren die aufgrund ihrer einfacheren Implementierung schon l nger als Softwareimplementierungen verf gbar sind auf Und geht sogar dar ber hinaus Bevor ich jedoch auf diese F higkeiten n her eingehe m chte ich einen berblick ber die
69. rte dienen deswegen nicht der Klangerzeugung sondern der Modulation anderer Parameter des Synthesizers Diese Parameter ndern dann ihren Wert synchron zur Amplitude des LFO was dabei hilft den Klang lebendiger zu machen Am Ende der Signalkette durchl uft das Signal meist noch eine Effektsektion in der ihm k nstlicher Nachhall Delay oder andere g ngige Effekte wie Chorus oder Flanger beigemischt werden k nnen Die subtraktive Klangsynthese birgt den Vorteil ber eine verh ltnism ig geringe Anzahl an Parametern auszukommen Zus tzlich ist der Zusammenhang zwischen diesen Parametern und deren klanglicher Auswirkung gut nachvollziehbar was f r den 32 Sounddesigner oder Komponisten sehr angenehm ist Dennoch gilt der Klang der subtraktiven Klangsynthese oft als starr leblos und steril da die Grundwelle des Oszillators immer die gleiche bleibt Hannes Raffeseder Audiodesign 5 221 Diese Eigenschaft hat zur Folge dass der Einsatz der subtraktiven Klangsynthese in gewissen Musikrichtungen schlecht m glich ist und sie ihre Bedeutung haupts chlich in der elektronischen Musik findet Im H rbeispiel 6 ist der typische Klang eines subtraktiven Synthesizers hinterlegt C 1 2 Additive Klangsynthese Grundlage der additiven Klangsynthese ist die Theorie der Fourier Analyse die der franz sische Mathematiker Jean Baptiste Fourier im Jahr 1822 entwarf Er war der Annahme dass sich eine komplexe Schwingung f aus einer end
70. sen 22 Die Granularsynthese Kapitel 2 bekommen kann Bei einer durchschnittlichen Grainl nge von 50 Millisekunden bedeutet dies dass der Klang 20 mal pro Sekunde die Position innerhalb des kompletten Stereopanoramas wechselt Da diese Bewegung schlichtweg viel zu schnell abl uft kann das Gehirn sie nicht mehr verfolgen Man erh lt folglich den Eindruck eines Stereosignals mit extremer Breite Da die St rke des Einflusses des Zufallsgenerators auf diesen Wert meist einstellbar ist kann ber diesen Parameter die Stereobreite des Signals bequem und pr zise festgelegt werden Im folgenden Klangbeispiel H rbeispiel 4 habe ich einen Grainstream mit einer Graindichte von 20 Grains pro Sekunde erstellt Per Automation habe ich langsam die Stereobreite erweitert indem ich den Einfluss des Zufallsgenerators auf die Stereoposition ab der Mitte des Klangbeispiels stetig erh ht habe Die anf nglich noch komplett in mono gehaltene Klangwolke entwickelt ab diesem Moment eine enorme Stereobreite In den meisten Plug Ins wird diese Modulationsm glichkeit mit der Bezeichnung Spread oder Wide belegt und gar nicht mehr Theoretischer und historischer Hintergrund konkret darauf hingewiesen dass sich dahinter ein Zufallsgenerator verbirgt Auch die stochastische Manipulation der Tonh he jedes einzelnen Grains ist eine sehr m chtige Klanggestaltungsm glichkeit ber diese Beeinflussung kann der Klang des Grainstreams an Le
71. ss die Grains nicht glatt ineinander bergehen sondern eher impulsartig und schnell nacheinander zu h ren sind Auch die Stereoposition jedes Grains wird durch einen Zufallsgenerator beeinflusst wodurch ein diffuser Eindruck in Bezug auf die Lokalit t des Klanges erweckt wird Letztendlich ist der resultierende Klang mit einem zittrigen Schimmern vergleichbar das sich durch seine Unstetigkeit aber gut mit dem sehr dynamischen akustischen Teil des Songs verbindet und ihn in den oberen Mitten und H hen anreichert Der zweite tiefer klingende Synthesizer ist etwas klassischer eingestellt Die Grainl nge betr gt hier 40 Millisekunden und als Wellenform dient eine Sinuswelle mit einer Frequenz von 500 Hertz Die Tonh he der Grains wird w hrenddessen dezent durch einen Zufallsgenerator beeinflusst wodurch der resultierende Klang immer leicht um die gespielte Tonh he schwingt und somit eine leichte Dissonanz in sich tr gt Der entstehende Klang kommt dem eines gro en Chores gleich und f gt sich deshalb gut in den Hintergrund des Songs Granularsynthese Kapitel 5 Anwendungsbeispiel M glicherweise h tte man solche Kl nge auch auf andere Weise mit anderen Klangsyntheseverfahren herstellen k nnen Doch da die Technik der Granularsynthese hierf r sehr geeignet ist war es sehr unkompliziert und direkt f r diesen akustischen Song eine passende Auskleidung zu Komponieren 67 Fazit W hrend andere Syntheseverfahren a
72. ufgrund ihrer technisch einfachen Implementierung schon l ngst zu einem festen Bestandteil der Musikwelt wurden lag die Granularsynthese wegen ihrer aufw ndigen Realisierung noch auf Eis Erst als die Computer leistungsstark genug wurden um ihre M glichkeiten zu erforschen hielt auch sie Einzug in die Produktionsstudios Dies geschah mit gro em Erfolg vor allem ihre Verwendung in Timestretching und Pitchshifting Algorithmen hat den Musikproduktionsalltag bereichert vereinfacht und verbessert Neben dieser Komponente kann mit ihr die Br cke zwischen elektronischer Klangerzeugung und akustischen Musikgenres geschlagen werden denn mit Granularsynthese ist es m glich Kl nge zu produzieren die nicht zu synthetisch klingen um in solchen Musikrichtungen angewendet zu werden In Zukunft k nnen diese zwei Welten also weiter verschmelzen was zu einer k nstlerischen und klanglichen Bereicherung der Musikwelt f hrt Granularsynthese Kapitel 5 Fazit 68 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Abbildung 2 Abbildung 3 Abbildung 4 Abbildung 5 Abbildung 6 Abbildung 7 Abbildung 8 Abbildung 9 Abbildung 10 Abbildung 11 Abbildung 12 Abbildung 13 Dennis Gabor Theory Of Communication S 454 Dennis Gabor Theory Of Communication S 454 Curtis Roads Microsounds 5 91 Screenshot aus Ableton Live Curtis Roads Microsounds S 89 Screenshot aus Ableton Live Screenshot aus Ableton Live Screenshot a
73. us Ableton Live www iannis xenakis org Screenshot aus Native Instruments Absynth Screenshot aus Native Instruments Absynth Native Instruments FM8 Handbuch 5 34 Screenshot Native Instruments FM8 Abbildung 14 Abbildung 15 Abbildung 16 Abbildung 17 Abbildung 18 Abbildung 19 Abbildung 20 Abbildung 21 Abbildung 22 Abbildung 23 Abbildung 24 Abbildung 25 Abbildung 26 Abbildung 27 Abbildung 28 Granularsynthese Anhang Screenshot aus Ableton Live Screenshot aus Ableton Live Screenshot aus Ableton Live Screenshot aus Steinberg s Padshop Screenshot aus Steinberg s Padshop Screenshot aus Steinberg s Padshop Screenshot aus Steinberg s Padshop Screenshot aus Ableton Live Screenshot aus Steinberg s Padshop Screenshot aus Native Instruments Absynth Screenshot aus Native Instruments Absynth Screenshot aus Native Instruments Absynth Screenshot aus Native Instruments Absynth Screenshot aus Native Instruments Absynth Screenshot aus Native Instruments Absynth 69 Abbildung 29 Screenshot aus Ableton Live Abbildung 30 Screenshot aus Ableton Live Abbildung 31 Screenshot aus Ableton Live Abbildung 32 Screenshot aus Ableton Live Abbildung 33 Screenshot aus Ableton Live Abbildung 34 Screenshot aus Ableton Live Granularsynthese Anhang 70 Literaturverzeichnis Dennis Gabor Theory of Communication 1944 M I T Press Curtis Roads Microsounds 2001 M I T Press
74. wie schon vorher beschriebenen einzelnen Noten oder perkussiven Schl gen Durch die Granularsynthese kann nun eine weitere Ebene hinzugef gt werden die Mikroebene Die Bausteine dieser Ebene sind die Grains die wiederum zu Grainwolken zusammengefasst werden und also solche dann auch in der Ebene der Klangobjekte bezeichnet werden Roads erkannte also dass es m glich war Musik von einer ganz anderen viel detaillierten Position heraus zu komponieren In ersten sehr experimentellen Kompositionen verwendete er ausschlie lich durch Granularsynthese entstandenes Klangmaterial Die entstandenen St cke sind atonale Klangstrukturen die wohl mehr der Erforschung der musikalischen M glichkeiten der Granularsynthese dienten als dem ernsthaften k nstlerischen Komponieren Dennoch sah Roads in dieser neuen auch als Bottom Up beschriebenen Herangehensweise durchaus auch M glichkeiten ernstgemeinte Kunst zu erschaffen In einem mit mir gef hrten Interview antwortete er auf die Frage aus welchen emotionalen Theoretischer und historischer Hintergrund Beweggr nden er diese Werke komponiert hat und ob er berhaupt ein Konzept hatte bevor er mit dem Komponieren dieser St cke begann Ich habe keine vorgefasste Idee mit der ich an ein Werk gehe Meine Werke entstehen oft aus von mir durchgef hrten Experimenten mit Kl ngen Dennoch sehe ich eine emotionale Verbindung zu meinen Werken Dies stellt sich durch die permanent zu
75. wird der vom Benutzer eingestellte Wert jedoch zu hundert Prozent bernommen Der Parameter Flux erstellt Zufallsabweichungen in Bezug auf eben diese Grainl nge Dies kann dem Problem entgegenwirken dass bei starker Bearbeitung die einzelnen Grains h rbar werden was durch variierende Grainl ngen kompensiert werden kann 4 Re Pitch ist ein Modus der ausschlie lich zu gestalterischen Zwecken angelegt wurde In diesem Modus sind Tonh he und Abspielgeschwindigkeit wieder miteinander verkn pft Transponiert man zum Beispiel ein Signal nach unten verl ngert sich auch seine Abspieldauer wieder Dieser Modus dient zum Beispiel zur Simulierung einer langsamer werdenden Schallplatte oder einem schnell vorspulenden Kassettenspielers 5 Complex muss angewendet werden wenn es sich um gemischtes Audiomaterial handelt oder eine sehr genaue und hochqualitative Bearbeitung gew nscht ist Dieser Modus ben tigt im Vergleich zu 62 den bisher genannten Modi die zehnfache Rechenleistung Ableton Live Benutzerhandbuch 5 143 Dass Signal darf folglich sowohl perkussive als auch harmonische Kl nge enthalten Die Granularsynthese wird hier so genau und effizient durchgef hrt dass der Benutzer einstellen kann wie stark sich die Klangmanipulation auf die Formantenstruktur des Ausgangssignals auswirkt Dies geschieht ber den in Abb 33 zu sehenden Parameter Formants Formants Envelope Abb 33 Untermen der Transponierungsoption Comp
76. wird langsam das vom Aetherizer bearbeitete Signal zugef hrt Der Aetherizer bietet des Weiteren noch eine schematische Visualisierung des Grainstreams an Dies kann sehr hilfreich sein um sich schnell einen berblick ber die Beschaffenheit des von ihm erstellten Klangs zu machen 58 Abb 28 1 28 2 Zwei verschiedene Zust nde des Grainstreams Jedes der in den Abb 28 1 2 zu sehenden Dreiecke repr sentiert ein einzelnes Grain Die vertikale Position stellt die Tonh he des Grains dar Befindet es sich genau in der Mitte auf der durchgehenden Linie so hat es auch seine urspr ngliche Tonh he Die vor allem in Abb 28 2 zu sehenden langen Linien an den Dreiecken geben die L nge des Grains an ber diese Darstellung l sst sich gut ablesen ab welcher L nge es zu einer berschneidung der Grains kommt Die Farbe der Grains gibt Auskunft ber die spektrale Beschaffenheit des Grains was vor allem bei der Verwendung und vor allem Granularsynthese Kapitel 4 Granularsynthese in aktueller Software Modulierung des Bandpassfilters sehr n tzlich ist Hierbei stehen dunkle Farbt ne f r niedrige Frequenzen und helle f r hohe D II Pitch Shifting und Timestretching in Ableton Live Wie schon angesprochen kann die Granularsynthese neben der Klanggestaltung auch zu sehr n tzlichen Zwecken eingesetzt werden Dies ist die unabh ngige Tonh henverschiebung von der zeitlichen Dehnung oder Stauchung von Audiomaterial Jede
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