Verfahren zur gezielten Klangsynthese, basierend auf der IRCAM Max/MSP Sound Box (Chromax, Chant, Pags)

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Chromax
2.1 Spektralgenerator
2.1.1 Basisgeneratoren
2.1.2 Atomformen
2.1.3 Rhythmische Patterns
2.1.4 Dynamische Steuerung
2.2 Implementierung in Max

3. Chant
3.1 Allgemeine Beschreibung von Chant
3.2 Wissensmodelle
3.2.1 Entwicklung des Gesangsmodells
3.2.2 Modellierung durch Regeln
3.2.2.1 Belkanto-Stimme
3.2.2.2 Tibetischer Gesang
3.2.3 Modelle und Derivation

4. Pags

5. Zusammenfassung

Literatur

1. Einleitung

Max/MSP ist eine graphisch basierte Entwicklungsumgebung fur Musik und Multimedia der Firma Cycling ’74, mit dessen Hilfe Prozesse in Echtzeit konstruiert werden konnen. Komponisten, Musiker, Softwareentwickler und Kunstschaffende benutzen sie zur Erstellung von interaktiven Softwareprodukten. Einen besonders weit verbreiteten Einsatz findet Max/MSP im Live-Betrieb, in der elektronischen Musik und im Bereich des Live-Video.^[1]

Max/MSP ist eine objektbasierte Programmiersprache, die aus Modulen besteht. Die Objekte in Max/MSP sind entweder als in C entwickelten ..externals" vorhanden oder als .abstractions", die aus einem Zusammenschluss mehrerer .externals" aufgebaut sind. Die visuelle Programmierung ermoglicht eine Zusammenschaltung dieser Module in diversen Formen. Dabei werden praktisch die durch Kabel verbundenen Funktionsgruppen eines echten Synthesizers simuliert. Hierdurch bildet Max/MSP eine Art von Software-Synthesizer ab, kann jedoch auch fur andere Zwecke wie Messtechnik und Automatisierung verwendet werden. Max/MSP bietet eine Vielzahl von Sensoren und MIDI^[2] -Controllern, durch die die Software-Patches gesteuert werden konnen. Zwei prinzipielle Erweiterungen der Sprache Max als Objektsammlungen sind derzeit verfugbar - Max Signal Processing (MSP) und Jitter. MSP dient zur Synthese und Audioverarbeitung in Echtzeit. Jitter ermoglicht die Verarbeitung von Video und 3D-Grafik in Echtzeit.^[3]

Im Internet ist eine gro&e Anzahl von .externals" fur Max/MSP erhaltlich, die meisten davon sind sogar kostenfrei. Ein Beispiel dafur ist die Max Sound Box, die vom Forschungsinstitut fur Akustik/Musik (IRCAM) in Frankreich entwickelt worden ist. Die Max Sound Box stellt eine Menge von Max/MSP .externals" fur Klanganalyse, - synthese und -transformation in Echtzeit zur Verfugung.^[4]

Im Rahmen dieser Arbeit werden Verfahren zur gezielten Klangsynthese detailliert betrachtet und erlautert, die auf den von der Max Sound Box des IRCAM angebotenen Modulen basieren. Folgende drei Verfahren werden in den nachsten Kapiteln beschrieben: Chromax, Chant und Pags.

2. Chromax

Chromax stellt eine spektrale Vorlage bereit, die mit Hilfe von harmonischen und formanten Vorlagen generiert ist und zur dynamischen Steuerung der Spektralverarbeitung eingesetzt wird. Er bietet eine dynamische Parametrisierung der spektralen Verzogerungen, was feine und komplexe kompositorische Manipulationen erlaubt. Chromax realisiert eine bin-synchrone Spektralverarbeitung mittels der neuen Gen~ Technologie, die in Max 6 vorhanden ist und unterstutzt Algorithmen fur dynamische Spezifikation von Filter, Verzogerung und Feedback-Level von jedem Bin des verarbeitenden Klangs.

2.1 Spektralgenerator

Chromax ist ein Spektralgenerator, der separate Vorlagen fur die Verzogerung und das Feedback bereitstellt. Dabei kann auch eine gro&e Anzahl von Parametern spezifiziert werden. High-level Generierung von low-level spektralen Vorlagen wird mit Hilfe von zwei Basisgeneratoren, Spektralpatters und dynamischen temporalen Steuerungen realisiert.

2.1.1 Basisgeneratoren

Die von Chromax generierten spektralen Vorlagen bestehen aus aggregierten Atomen, die uber den Frequenzbereich verteilt sind. Chromax unterstutzt zwei Arten von Basisatomen: partielle Atome und formante Atome. Die partiellen Atome werden zur harmonischen Generierung des Spektrums eingesetzt. Die formanten Atome werden durch Mittelfrequenz, Amplitude und Bandbreite definiert.

Bei der partiellen Vorlagengenerierung wird folgende Gleichung benutzt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Dabei ist n die partielle Zahl, f0 ist die Grundfrequenz, shift ist der Anteil von f0, durch den jeder Teilton verzogert wird. Dieselbe Methode wird bei der Berechnung der Frequenz-Bin-Positionen fur additive Synthese verwendet.^[5]

Gleichung (1) erlaubt die Generierung einer groBen Vielfalt von partiellen Beziehungen auBerhalb der harmonischen Strukturen.

Jeder Teilton verarbeitet auch die Bandbreite, die Varianz in Chromax genannt wird. Sie definiert seine Spektraldichte, die in Hz oder Cents ausgedruckt wird (Figur 1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Figur 1: Harmonische Vorlage mit 19 Teiltonen mit einem f0 von 1000 Hz und
Bandbreite 50 Cent (oben) oder 50 Hz (unten).

Fur einen Komponisten ist das ein wesentlicher Unterschied. Der Wert in Cent erzeugt Spektren, deren Bandbreiten sich als Funktion der Frequenz erhohen und somit ist der Klang breiter im oberen Bereich. Die Werte in Hz sind wirksamer bei niedrigeren Frequenzen. Bei einem Burst-Larm besteht die Antwort der spektralen Verzogerung, dessen Fenster ein einfaches zusammenhangendes Frequenzband (Figur 2) ist, in einem frequenzbegrenzten verzogerten Burst.^[6]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Figur 2: Chromax-Vorlage, erstellt durch Message-Box.

Mit einem Feedback von 100% und in einem sample-synchronen Modus sollte sich der Burst unendlich ohne Dampfung wiederholen (wie in Figur 3). Das ist aber praktisch sehr schwierig erreichbar wegen Probleme mit der Zeitablaufsteuerung der Hostplattform, was der Fall bei pfft~ in Max ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Figur 3: Sonogramm eines Burst-Larms, verarbeitet mit einer spektralen Verzogerung mit der Vorlage von Figur 2.

2.1.2 Atomformen

Da eine prazisere Steuerung der Formen und Eigenschaften jedes Atoms notwendig ist, sind zwei Formen konstruiert - Rechteckform und GauBsche Form. Mit der Rechteckform wird der Spektralbereich gleichzeitig verzogert und kann somit als ein einziger Zeitpunkt betrachtet werden. Mit der GauBschen Form gehen die externen Bins der Mittelfrequenz problemlos voran, wahrend der Bin in der Mitte der Kurve die maximale Verzogerung hat (Figur 4).^[7]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Figur 4: Chromax-Vorlage mit GauBscher Form

Das erzeugt ein doppeltes Glissando, ein- und absteigend in Richtung auf den Wert des mittleren Bins. Das Glissando wird durch die GroBe des Spektrums jedes Bins und die zeitliche Auflosung granuliert.

Eine weitere zeitliche Verfeinerung besteht darin, dass die Steigung der spektralen Hullkurve verandert wird, damit absteigende Spektren erzeugt werden. Bei einem Burst-Larm wird eine Sequenz von Bursts mit absteigender schmaler Frequenz generiert. Abhangig von der Steigung kann die Sequenz beschleunigt oder verzogert werden. Bei einem GauBschen Band wird ein zusatzliches, schnelles, doppeltes Glissando um den zentralen Bin jedes Bursts verteilt.

2.1.3 Rhythmische Patterns

Eine moglichst prazise Zeitsteuerung ist bei der Klangsynthese und insbesondere wenn ein langes Feedback benutzt wird, sehr wichtig. Das Ziel ist, eine moglichst strenge zeitliche Prazision trotz der zeitlichen Einschrankungen der Kurzzeit-Fourier- Transformation zu erreichen. Um solchen zeitlichen Patterns zu folgen, muss der Generator die gewunschten Verzogerungen rhythmisch quantifizieren, indem er:

- sie als ganzzahlige Vielfachen der Zeitschritte der Kurzzeit-Fourier- Transformation, die vom Benutzer festgelegt sind, halt.
- die rhythmischen Ergebnisse koharent und moglichst nah dem Pattern halt.

Die Einschrankung wird in Chromax durch dynamische Quantisierung der gewunschten Rhythmen realisiert, indem ihr groBter gemeinsamer Teiler und der zugrundeliegende Zeitschritt der Analyse oder Synthese eingesetzt werden. Die beiden Parameter „harmlist" und „harmweights" ermoglichen die Spezifikation von Einzelteilnummern und Gewichten (d.h. Zeitformer). Auf diese Weise kann man fur rechteckige Bander als Wert des Parameters „harmweights" einen Wert zuweisen, der spezifischen Patterns ermoglicht. In diesem Fall erzeugt jedes Frequenzband alle 1/n Zeiteinheiten eine Note.

Fur ein Spektrum von 4 Frequenzbandern mit einem Gewicht von jeweils 1, 0.5, 0.25, 0.125 und einer maximalen Verzogerung von 2 Sekunden wird das erste Band um 2 Sekunden verzogert, das zweite - um 1 Sekunde (2 * 0.5) usw. Bei einem Burst-Larm generiert die Vorlage ein bandbasiertes Arpeggio.^[8]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Figur 5: Chromax-Vorlage, das symbolische Rhythmik generiert.

2.1.4 Dynamische Steuerung

Neben der statischen Vorlagengenerierung ist eine dynamische und zeitvariierende Steuerung aller Parameter und anderer Eigenschaften moglich. In diesem Fall wird die Chromax-Vorlage wahrend der Erzeugung von komplexen rhythmischen Strukturen entwickelt. Die dynamische Steuerung fuhrt eine Uberblendung zwischen einer gegebenen Anzahl von Vorlagen uber eine bestimmte Zeitdauer durch (spektrale Interpolation zwischen zwei Vorlagen) oder regeneriert dynamisch Vorlagen zwischen zwei Patterns vom gleichen Basistyp, um Glissandi zu simulieren. Der Zeitschritt, der fur diese Art dynamischer Generierung benutzt wird, wird automatisch mit den Analyse- /Resyntheseparametern im Signalprozessor synchronisiert, damit Audio-Storungen vermieden werden.

2.2 Implementierung in Max

Wie bereits erwahnt wurde, ist Chromax ein externes Max-Objekt, das von Arshia Cont entwickelt wurde. Es generiert dynamisch Vorlagen in Puffer mit schnellen Fourier- Transformationen, die spater bei einer spektralen Verarbeitung verwendet werden konnen. Das Objekt kann seine dynamische Erzeugung mit der spektralen Verarbeitung in der Max-Welt synchronisieren. Es bietet zeitlich gesteuerte Puffer fur Verzogerungen und Feedback-Werte und nutzt die Analyseparameter der spektralen Verzogerung fur rhythmische Quantisierung und synchrone dynamische Generierung.^[9]

[...]

^[1] vgl. o. A.: Max/MSP (o. J.), URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Max/MSP (Stand: 15.04.2014).

^[2] Musical Instrument Digital Interface

^[3] vgl. o. A.: Max/MSP (o. J.), URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Max/MSP#Allgemeines_zur_Sprache (Stand: 15.04.2014).

^[4] vgl. o. A.: Max Sound Box (o. J.), URL: http://forumnet.ircam.fr/product/max-sound-box (Stand: 15.04.2014)

^[5] vgl. Rodet, Xavier, Yves Potard, and Jean-Baptiste Barriere. "The CHANT project: from the synthesis of the singing voice to synthesis in general." Computer Music Journal (1984): 15-31.

^[6] vgl.ders.

^[7] vgl. ders.

^[8] vgl. ders.

^[9] vgl. ders.