MainArticle, Musik-Technik
Kommentare 1

Unterschiedliche Arten der Granularsynthese

_DSC1247-Bearbeitet

Die Granularsynthese eignet sich hervorragend zur Bearbeitung von Klangmaterial undbewirkt beeindruckende Ergebnisse. Sie ist als rein synthetische Methode zur Klangformung und -erzeugung zu verstehen. Im Gegensatz zur Fouriersynthese geht man bei der Granularsynthese nicht in den Frequenzraum. Dies ist das Besondere an diesem Verfahren und somit liegt darin die Begründung für die Echtzeitfähigkeit.

Bereits 1947 formulierte der britische Physiker Dennis Gabor seine Entdeckungen zur akustischen Quantisierung des menschlichen Hörens. Die Granularsynthese basiert damit auf der sog. Gabortransformation.[1]

granularsynthese_pauls-extreme-stretch

[adsense_id=”4″]

Als ersterKomponist bediente sich Iannis Xenakes dieser Technologie. Er betrachtetejegliche Klänge als eine Aneinanderreihung von akustischen Elementarteilchen, aus denen jeder Klang zusammengesetzt ist. Diesen Sachverhalt hielt auch Xenakes in einer theoretischen Abhandlung fest.[2]Diese Annahmen wurden in den 80er Jahren mathematisch belegt. 1000 bis 1500 auditive Elementarteilchen pro Minute lassen demnach einen kontinuierlich stufenlosen Klangeindruck wahrnehmbar werden.[3]Sämtliches akustisches Material kann als Aneinanderreihung minimaler Klangimpulse (zw. 1 & 10 ms Dauer) betrachtet werden, deren Zusammensetzung im zeitlichen Verlauf variiert.

Die Bestandteile eines Klangs durch eine Folge von akustischen Elementarien mit Übergangswahrscheinlichkeiten lässt sich gut an einem Streichinstrument veranschaulichen. Beim Streichen einer Saite mit dem Bogen wird diese ergriffen und solange gespannt, bis die Rückstellkräfte ausreichend groß geworden sind. Die Saite schnellt zurück und beginnt energetisch abnehmend hin und her zu schwingen, bis sie erneut von den Bogenhaaren erfasst und wieder gespannt wird. Dieser Prozess wiederholt sich während des Streichens stetig, wobei kontinuierlich unvorhersagbare Variationen auftreten. Gerade diese Abweichungen lassen einen Klang besonders lebendig erscheinen.[4]

Am Kölner-Studio für Elektronische Musik, an dem u.a. Karlheinz Stockhausen tätig war, wurden granulare Experimente auf Tonband durchgeführt. Hier ordnete man viele unterschiedliche Klangfragmente hintereinander auf Tape an.

Sobald beim Abspielen eine gewisse Geschwindigkeit erreicht wurde, waren diese Klänge mitdeutlich gesteigerter Brillianz wahrnehmbar. Zudem verkürzten sich die Ein- und Ausschwingzeiten. Bei weiterer Erhöhung der Bandgeschwindigkeit ergaben sich aus den einzelnen Fragmenten gänzlich neue Klänge, die nicht mehr auf das ursprüngliche Material zurückgeführt werden konnten. Sie sind regelrecht zu einem neuen und einheitlich kontinuierlichem Sound verschmolzen.[5]

Ab Mitte der 70er Jahre forschte Curtis Roads an der Granularsynthese weiter. Bei ersten Untersuchungen mit dem Computer erwies sich die umfangreich anfallende Datenmenge als recht problematisch. Diese Datenmenge kam zustande, da neben der Erfassung der einzelnen Grains ebenso deren Hüllkurve und Amplitude gespeichert werden musste.Roads beobachtete die Auswirkungen von parametrischen Veränderungen der Wellenformen, Lautstärken und Frequenzen bei konstanter Dauer und Hüllkurven der Klangfragmente. Es stellte sich eine optimale Grainlänge von ca. 20ms heraus. Jedoch lieferten auch Zeiten von 10- 60 ms im Allgemeinen akzeptable Ergebnisse.

Im kompositorischen Bereich lassen sich mit der Granularsynthese neben unabhängigen Veränderungen der Dauer, Periode und Dichte weitere interessante Übergänge zwischen zwei Klängen gestalten. Sogar Zwischenstufen sind durch Interpolieren realisierbar.

Durch die Klangzerlegung können bei der Reproduktion die Anordnungen und Abspielgeschwindigkeiten so variiert werden, dass neue und einzigartige bzw. noch nie erreichte Klänge gehört werden können. In diesem Zusammenhang spricht man bei der Granularsynthese auch vom„Resyntheseverfahren“ (Resynthese durch Granularsynthese). Diese sind die häufigsten Granularanwendungen, die u.a. bei den Programmen Malstrom in Reason, Max/MSP von Cycling ’74, Ableton Live und weiteren dieser Art zum Einsatz kommen.[6]

Das Grain

Ein Grain besteht aus einer Wellenform und einer einhüllenden Lautstärkekurve. Die Länge eines Grains beträgt zwischen 1 und 150 ms (Mikrozeitebene). Ein einzelnes Grain ist folglich vom Gehör kaum oder nur als ein Klick rezipierbar. Die Hörwahrnehmungsgrenze von Audioevents beginnt bei einer Dauer von etwa 3 ms.

Darunter ist ein einzelnes Grainereignis aufgrund der Trägheit des Gehörs quasi nicht hörbar. Mit zunehmender zeitlicher Länge wird dieses immer signifikanter durch das Ohr erkennbar. Unter einer Dauer von 50 ms können keine Aussage über die Periodizität getroffen werden. Demnach kann eine Tonhöhe nicht bestimmt werden.

[adsense_id=”4″]

 

Abb. 6Wellenform eines Grains mit seiner Hüllkurve

Je höher das auditive Material in Grains aufgelöst wird (mehr Grains = geringere Dauer eines einzelnen Grains), umso rapider steigt der damit verbundene Rechenaufwand an. Es wird zunehmend schwerer, die daraus resultierend größer werdende Anzahl einzelner Grains, unter Berücksichtigung des erwünschten Klangergebnisses zu kontrollieren. Daher bedient man sich gerne der Clouds (deutsch: Wolken).

 

 

Abb. 7 zeigt die möglichen Hüllkurven der Grains : a) Gauss b) Quasi-Gauss c) Segment d) Dreieck e) Sincf) Expodec g) Rexpodec

Diese ermöglichen hierbei eine musikalischere Herangehensweise. Mehrere Parameter können somit bei einem Regelungsvorgang zusammengefasst undberücksichtigt werden. Da jedes Grain, wie bereits erwähnt, eine eigene Wellenform mit definierter Frequenz und Amplitude besitzt, kann es bei der Anordnung der Grains zu Störgeräuschen kommen.

Zu beachten ist weiterhin, dass die Phasenlage von einem zum darauf folgenden Grain mehr oder weniger stark ausgeprägte Differenzen aufweisen kann. Aus diesem Grund werdenÜberlappungen an den Randbereichen derHüllkurven einzelner Grains durchgeführt.

 

Abb.8 Abfolge von Momentaufnahmen eines Klanges bei der Granularsynthese

Die Parameter eines Grains sind:

  • Die Länge der Hüllkurve
  • Die Form der Wellenform
  • Die Form der Hüllkurve
  • Die Abspielgeschwindigkeit der Wellenform
  • Die Frequenz der Wellenform

Weiterhin lässt sich die Anzahl der Abspielwiederholungen und die Wiedergabeanordnung derGrains (dauer) variieren.

Um bei der Resynthese durch Granularsynthese Artefakte zu vermeiden, und um die Phasengenauigkeit der Grains beizubehalten, muss die Grundschwingung möglichst exakt erfasst werden. Diese Analyse wird umso schwieriger, je polymorpher und rauschanteiliger, also je komplexer, ein Signal ist. Zur Durchführung der Granularsynthese gibt es unterschiedliche Verfahren. Die wesentlichen Differenzen bestehen in der Bildung der einzelnen Grains und der Neuanordnung bei der Reproduktion bzw. Resynthese. Diewichtigsten Methoden werden im Folgenden dargestellt.

Synchrone Granularsynthese

Bei der Synchronen Granularsynthese wird mittels mehrerer Oszillatoren und Hüllkurven ein Grainstrom erzeugt. Die Graindichte beschreibt die Ausgabe der Oszillatoren in „Grains pro Sekunde“ (gps). Unterhalb einer Dichte von 20 Grains pro Sekunde ist nur ein metrischer Rhythmus wahrnehmbar.[8] Wird die Graindichte auf über 20 Grains in der Sekunde erhöht, können wir einen kontinuierlichen Klang hören, der sich durch einen Grundton und erkennbare Obertönen zusammensetzt. Sogar Formantregionen werden dadurch erkennbar.[9]

 

 

Abb. 9 Einfluss der Graindichte auf die Tonhöhe

Die Abbildung 9 stellt den Einfluss der Graindichte auf die Tonhöhe dar. Die resultierende Tonhöhe eines Grainstromes ist von der Interaktion zwischen drei Hauptperioden abhängig.

Zum Einen von der Frequenz der Wellenform innerhalb des Grains. Ebenso ist die zur Grainhüllkurve zuordbare Frequenz (Grainlänge) hierfür bedeutsam. Zum Anderen durch die Periode, die der Graindichte bzw. Grainrate eines Grain-Stromes entspricht.

Allgemein kann gesagt werden, dass die Grundtonhöhe durch die längste Periode dieser drei Hauptperioden bestimmt wird.Durch eine Veränderung der Verhältnisse dieser aufgeführten Parameter zueinander kann die resultierende Tonhöhe des Klanges nach oben oder nach unten verschoben werden. Eine Verdopplung der Grainrate entspricht hierbei einer Erhöhung um eine Oktave.

Quasi-Synchrone-Granularsynthese

Die Quasi Synchrone Granularsynthese ähnelt prinzipiell der Synchronen. Der wesentliche Unterschied liegt hier in der Art der Anordnung einzelner Grains. Sie werden nicht mehr starr wiedergegeben. Der Abstand der „Körner“ wird mittels eines Zufallsgenerators bestimmt. Wird der Faktor für unregelmäßige Anordnung jedoch zu groß gewählt, so können sich einzelne Grains überschneiden. Das Klangereignis ist in diesem Fall der Asynchronen Synthese ähnlich, die im Folgenden beschrieben wird.[11]

Asynchrone-Granularsynthese

Bei der Asynchronen Granularsynthese ist die Anordnung der einzelnen Grains nicht mehr linear. Mehrere Körner werden gleichzeitig oder stückweise überlagert wiedergegeben. Sie werden innerhalb einer sog. Wolke (Cloud) zusammengefasst. Die zeitliche Anordnung wirddurch Zufallsalgorithmen bestimmt. Das Ausgangsmaterial wird hier total zerlegt. Für die Synthese an sich kann Ausgangsmaterial verwendet werden, jedoch klingt dieses sehr verfremdet. Alternativ können Frequenzen beliebiger Art für die Grains gewählt werden, die nicht vorher aufgenommen werden müssen. Hier ist dann die reine Granularsynthese gemeint.

 

 

Abb. 10 Zusammenfassung der Grains in Wolken

Die Art der Hüllkurve führt zu Amplitudenmodulationen. Diese bewirkt das Auftreten von Seitenbändern, welche im Intervall der Hüllkurvenperiode vorkommen. Die mittlere Frequenz der Amplitudenmodulation lässt sich errechnen, indem der Faktor Eins durch die Länge der Grains in Sekunden dividiert wird.

Die so entstehenden Seitenbänder werden bei längeren Grainzeiten zunehmend schmaler.[12]Die Anzahl der Grains sowie deren strukturelle Anordnung und Beschaffenheit innerhalb einer Wolke haben einen maßgeblichen Einfluss auf den resultierenden Klang. Der Füllfaktor definiert, wieviel Grains mit einer bestimmten zeitlichen Dauer innerhalb dieser „Clouds“ strukturiert sind. Dieser lässt sich aus dem Produkt von Grains pro Sekunde mit definierter Dauer in Sekunden errechnen. 20 Grains in einem Wolkenereignis von einer Sekunde bei einer Grainlänge von 0,1 Sekunden ergeben einen entsprechenden Füllfaktor von 1. Bei einem Faktor größer als Eins ist diese Wolke bereits als ein kontinuierlich und tonal klingender Ton hörbar.

Die Signalbearbeitung erfolgt je nach Ausgangsmaterial in zwei möglichen Spektren. Handelt es sich um ein monophonen Klang, so wird dieser im sog. Kumulusspektrum bearbeitet. Dies ist ein Frequenzband, welches über die Dauer einer Wolke verändert bzw. moduliert werden kann. Polyphone Klänge, wie z.B. Akkorde, werden im Stratusspektrum erfasst. Dieses besteht aus mehreren Frequenzbändern.[13]

 

Tip: tool zum Timestretchen:

http://www.synthtopia.com/content/2011/02/11/paul%E2%80%99s-extreme-sound-stretch-now-more-extreme-stretches-your-audio-up-to-one-quintillion-times/


 

[1]Artikel Granularsynthese. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 31. März 2008, 15:18 UTC. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.phptitle=Granularsynthese&oldid=44367267

[2]André Ruschkowski: Elektronische Klänge und musikalische Entdeckungen,Reclam Verlag, Stuttgart, 1998 S.315

[3]Curtis Roads: Microsound The MIT Press, Cambridge; London, S. 112

[4]Carsten Gertzen, Udo Haupt: Timestretching und PitchshiftingScript der Technischen Universität Ilmenau, S.5

[5]André Ruschkowski: Elektronische Klänge und musikalische Entdeckungen,Reclam Verlag, Stuttgart, 1998, S. 314 ff

[6]Wgr08

[7]Hag05

[8]Curtis Roads: Microsound The MIT Press, Cambridge; London, S.93

[9]Curtis Roads: Microsound The MIT Press, Cambridge; London, S.94

[10] Hag05

[11]Curtis Roads: Microsound The MIT Press, Cambridge; London, S.93

[12]Curtis Roads: Microsound The MIT Press, Cambridge; London, S.102

[13]Curtis Roads: Microsound The MIT Press, Cambridge; London, S.108

1 Kommentare

Hinterlasse eine Antwort

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert *

Du kannst folgende HTML-Tags benutzen: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>