Neue Datenbank offenbart Einblicke in die Klänge von Musikinstrumenten

Es gibt eine neue Ressource, die Infos sammelt, wie verschiedene Musikinstrumente Klang erzeugen. Diese Ressource umfasst Aufnahmen und Details darüber, wie sich der Sound von 41 Instrumenten, sowohl modernen als auch historischen, verbreitet. Die Aufnahmen wurden mit einem speziellen Mikrofonsystem in einer ruhigen Umgebung gemacht, wo Echo und Aussengeräusche nicht stören. Diese Daten sind wertvoll für alle, die wissen wollen, wie Musik in verschiedenen Räumen klingt.

#Hintergrund

Seit den späten 1930er-Jahren forschen Wissenschaftler darüber, wie verschiedene Schallquellen, einschliesslich der menschlichen Stimme und Musikinstrumente, Klang abstrahlen. Früher wurden Studien meist mit nur einem Mikrofon gemacht, um Geräusche an verschiedenen Stellen um einen Musiker oder Redner aufzunehmen. Heutzutage nutzen effektivere Methoden, bei denen die Schallquelle in der Mitte mehrerer in einem Kreis angeordneter Mikrofone platziert wird.

Dieser fortschrittliche Ansatz ermöglicht ein besseres Verständnis davon, wie Klang im Raum funktioniert. Zum Beispiel wurden Studien an Sprechern und Sängern durchgeführt, bei denen gemessen wurde, wie sich der Klang in verschiedene Richtungen verbreitet. Das Ziel ist es, zu lernen, wie Musikinstrumente ähnlich funktionieren.

#Die Datenbank

Die neue Datenbank bringt Aufnahmen einzelner Töne, die auf verschiedenen Instrumenten gespielt werden, zusammen. Dazu gehören nicht nur moderne Instrumente, sondern auch solche aus früheren Epochen. Jede Aufnahme erfasst, wie sich der Klang in alle Richtungen verbreitet, was entscheidend ist, um genaue Simulationen davon zu erstellen, wie Musik in verschiedenen Umgebungen klingt.

Die Datenbank ist so gestaltet, dass auch andere Forscher und Musiker die Daten leicht für ihre Arbeit nutzen können. Sie bietet verschiedene Formate zum Datenaustausch und sorgt für Flexibilität für die Nutzer in der Akustik-Community.

#Klangmessung

Um diese Ressource zu erstellen, verwendeten die Forscher ein einzigartiges Mikrofonsystem, das Klang aus allen Winkeln erfassen kann. Dieses Mikrofonarray hat 32 Mikrofone, die auf eine bestimmte Weise angeordnet sind, um detaillierte Klanginformationen zu sammeln. Alle Instrumente wurden in einem speziellen Raum gespielt, der darauf ausgelegt ist, Echo und andere Geräusche, die die Aufnahmen verfälschen könnten, zu minimieren.

Die Musiker wurden sorgfältig positioniert, um sicherzustellen, dass der Klang genau erfasst wird, und schauten während des Aufnahmeprozesses in eine Richtung. Dieses Setup erlaubte es dem Team, detaillierte und präzise Klanginformationen zu sammeln.

#Datensammlung

Die Aufnahmen wurden analysiert, um spezifische Details über den Klang jedes Instruments herauszufinden. Für jede Note schauten sie sich die Klangdaten über die Zeit an, um die Hauptfrequenzen und wie sie sich im Raum verbreiten zu identifizieren. Dieser Prozess erforderte sorgfältiges Hören und visuelle Inspektion, um zu bestimmen, welche Teile des Klangs am relevantesten waren.

Sobald die wichtigsten Frequenzen identifiziert waren, sammelten die Forscher Daten über die Lautstärke der Klänge in diesen Frequenzen. Diese Informationen helfen, zu verstehen, wie Klang eines Instruments in einem Raum funktioniert, was die Simulationen nützlicher macht.

#Ein-Drittel-Oktavbänder

Um die Daten noch nützlicher zu machen, gruppierten die Forscher die Klänge in Kategorien, die Ein-Drittel-Oktavbänder genannt werden. Diese Methode zerlegt den Klang in verschiedene Frequenzbereiche, was die Analyse erleichtert. Sie ermöglicht es den Nutzern zu sehen, wie ein Instrument über eine breite Palette von Tönen abschneidet, was für akustische Simulationen wichtig ist.

Wenn Musik in verschiedenen Umgebungen gespielt wird, kann sich der Klang unterschiedlich verhalten. Daher hilft es, diese Klänge über die definierten Bänder zu mitteln, um eine einheitlichere Darstellung der Instrumente zu schaffen, die sie leichter in unterschiedlichen Umgebungen simulieren lässt.

#Bedeutung der Normalisierung

Wenn man diese Daten für Simulationen nutzt, ist es wichtig, zu beachten, wie Klänge miteinander verschmelzen. Jede Aufnahme erfasst spezifische Eigenschaften eines Instruments in einer bestimmten Richtung, was die Klangqualität insgesamt beeinflussen kann. Um unerwünschte Klangänderungen zu vermeiden, wenn die Aufnahme mit simulierten akustischen Umgebungen kombiniert wird, normalisieren die Forscher die Direktivität des Instruments.

Dieser Prozess beinhaltet, die Klangdaten so anzupassen, dass sie widerspiegeln, wie ein Instrument in einem allgemeineren Setup klingen würde. Durch die Normalisierung der Klangdaten können Simulationen einen natürlicheren Klang beibehalten, ohne seltsame Färbungen einzuführen, die auftreten könnten, wenn die richtungsabhängigen Eigenschaften des Klangs ignoriert würden.

#Interpolationstechniken

Für andere Anwendungen, wie Simulationen, die feine Details erfordern, mussten die Forscher auch die Klangdaten neu abtasten. Das beinhaltete, glatte, kontinuierliche Darstellungen des Klangs aus den ursprünglichen Messungen zu erstellen. Verschiedene Methoden können dafür angewendet werden, aber eine spezifische Technik namens Dünnplatten-Pseudo-Spline-Interpolation wurde aufgrund ihrer Genauigkeit in diesem Kontext ausgewählt.

Durch die Umwandlung der Daten in feinere Messungen können Simulationen genauer nachahmen, wie die Instrumente im echten Leben klingen, was realistische Nachbildungen musikalischer Darbietungen in verschiedenen Räumen ermöglicht.

#FIR-Filter

Neben den Direktivitätsdaten enthält die Datenbank auch FIR (Finite Impulse Response) Filter. Diese Filter helfen dabei, zu modellieren, wie Klang von einem Instrument in verschiedenen akustischen Umgebungen funktioniert. Durch die Erstellung von FIR-Filtern für die durchschnittlichen Direktivitäten der Ein-Drittel-Oktavbänder können die Daten direkt in Simulationssoftware angewendet werden.

Diese Integration erlaubt es Nutzern, zu simulieren, wie Instrumente in verschiedenen Umgebungen klingen, von kleinen Räumen bis hin zu grossen Konzertsälen. Die FIR-Filter repräsentieren die Klangmerkmale der Instrumente und sind ein wichtiges Werkzeug für Sounddesigner und Akustikingenieure.

#Zugänglichkeit und Nutzung

All diese Daten und Aufnahmen sind offen zugänglich, sodass jeder, der sich für Akustik oder Musik interessiert, darauf zugreifen und sie nutzen kann. Musiker, Toningenieure und Forscher können die Eigenschaften verschiedener Instrumente durch die Aufnahmen und die detaillierten Messinformationen erkunden.

Die Datenbank wurde benutzerfreundlich gestaltet, sodass es einfach ist, die Daten nach Bedarf zu lesen und herunterzuladen. Egal ob für akademische Zwecke, musikalische Darbietungen oder Sounddesign, diese Ressource bietet eine Fülle an Informationen über die Kunst des Klangs.

#Zukünftige Richtungen

Obwohl dieses Projekt bedeutende Fortschritte in der Klangmessung gemacht hat, gibt es noch viel zu lernen darüber, wie diese Instrumente mit ihrer Umgebung interagieren. Zukünftige Studien könnten untersuchen, wie die Bewegung von Musikern die Klangwahrnehmung beeinflusst oder die Normalisierungstechniken weiter verfeinern, die verwendet werden.

Mit dem Fortschritt der Klangtechnologie ist es wahrscheinlich, dass neue Methoden tiefere Einblicke in das Klangverhalten bieten. Die Forscher haben sich zum Ziel gesetzt, ihre Techniken weiter zu verbessern, um noch präzisere Daten zu liefern, die das Studium und Erleben von Musik bereichern können.

#Fazit

Die neue Datenbank bietet einen umfassenden Blick darauf, wie 41 Musikinstrumente Klang produzieren und abstrahlen, und liefert Aufnahmen und Daten, die in Simulationen und Forschung genutzt werden können. Durch die Standardisierung dieser Informationen und deren öffentliche Verfügbarkeit kann die Akustik-Community enorm profitieren und erhält neue Werkzeuge für das Studium von Musik und Klang. Diese Initiative trägt erheblich zu unserem Verständnis von Klang und dessen Anwendungen in verschiedenen Bereichen, von Musikproduktion bis Akustik-Engineering, bei.