Category: Sound Design

A spectrogram of a full day of the Pacific Ocean measured by Monterey Bay Aquarium in California made on the November 1st 2016.

It describes a frequency content of acoustical signals. The frequency range highlighted with a green colour is approx a range of human hearing (20Hz – 20kHz). The recording was extended to outside the range of human hearing, because some of the species in the ocean produce sounds up to 6 times the upper limit of human hearing.  At this same time different geological processes produce sounds below our limit of hearing. 
In spectrogram we can see different sound source:
– the species (dolphins and 3 different types of whales)
– anthropogenic noises (such as: boat transits, the earthquakes and wind)

A very bright colour on the spectrogram (higher level of Sound Energy) is referred to as singing, which is structured rhythmic sequences of sounds made by males of three species of baleen whales (blue, fin and humpback whales).

Spectogram shows a simultaneous song during a period of 35 minutes, frequency response from below 10 to 8 kHz. The composition: humpback whales above 100 Hz, blue whales below 100 Hz and fin whales tucked in between 2 harmonics.

Below an example of the sound of baleen whales:
https://www.youtube.com/watch?v=wht0wPM1nF0&ab_channel=NewportWhales

Larry Foster – a whale artist, developed awareness in colour themes and classic composition in a whale history. He played a key role in differentiating whales from whaling, and educated millions of humans over the years to appreciate the incredible and unique sleek, streamlined, beautiful animals that whales are.

Sources:

• Signal Processing 101 & Soundscapes
  October 12, 2022 at 12pm EDT
  Dr. Kathleen Wage, George Mason University
  Dr. John Ryan, Monterey Bay Aquarium Research Institute
• https://www.montereybayaquarium.org/animals/animal-stories
• Robert J. Urick – Principles of Underwater Sound

In order to build a microphone I used a website as a reference point:
https://felixblume.com/hydrophone/

Recordings of tap water:

Recordings of rain

Conclusions:
The hum occurred during recording, which is the result of bad connection of the piezo wires to the mono cable. I also experienced instability when recording a signal. Therefore, the DIY piezzo underwater microphone will not be used for further exploration.

In der Vergangenheit wurde am Konzept gearbeitet, versucht das Theremin doch noch zum funktionieren zu bringen (was bisher noch nicht gelang) und einige weitere Versuch mit den klanglichen Möglichkeiten durchgeführt.

Dafür sind zwei Becken mit einem Kontaktlautsprecher ausgestattet worden und in einigen Metern voneinander aufgestellt worden. Die Aufnahme erfolgte mit einem Zoom H4N und integrierten Mikrofonen. Das Signal wurde mit subtraktiver Synthese erstellt, bearbeitet und über ein Interface wiedergegeben. Für eine bessere Vergleichbarkeit wurden sowohl Aufnahmen mit perkussiven und langen Sounds gemacht als auch eine mit meinen Monitoren, um den Effekt der Becken zu beurteilen.

Legato Becken

Legato monitore

Staccato Becken

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Becken den Klang einfärben und etwas mehr Nachhall hinzufügen. In der zum Abschluss geplanten Installation wird die Auswahl der Sounds/Synthese ein entscheidender Faktor werden, das die Eigenheiten/Vorteile des Beckenlautsprechersystems betont werden sollten.

Ambient noise :
The sound levels are given in underwater dB, which is described as “dB re 1 μPa”. The sounds under the sea are measured relative (re) to a pressure of 1 microPascal (μPa). A reference to measure sounds in air is 20 μPa.

The frequency range: 10 Hz to 1MHz
Frequencies under 10 Hz can be only detected deep into the seabed
20 to 500 Hz: distant ships, that are the main cause of ambient noise.
500 Hz to 100, 000 Hz: breaking waves, that are wind – dependent and they increase with wind speed
Above 100, 000 Hz: sound generated by the motion of water molecules (called “thermal noise”)

Hydrophone vs. Sonar

Hydrophone – measure sound in water, it monitors and records sound from all directions. It features a piezoelectric receive-only transducer.

SONAR – “Sound Navigation and Ranging”. A technique that is based on sound propagation and has several purposes.
The term “sonar” also designates the material used to produce and receive the sound, on frequencies that vary from infrasonic to ultrasonic. It can be either active or passive.

A hydrophone is an unavoidable component of all passive sonar devices, allowing the latter to listen, receive the echo from any underwater object and locate it. A sonar may use a multitude of hydrophone sensors, however, not all kinds of hydrophones are used in sonar. 

Ich habe einen Thereminbausatz online bestellt und ihn zusammengelötet.

Leider hat das Theremin nur kurz funktioniert. Aktuell versuche ich eine Person zu finden, die mir mit eventuellen elektrotechnischen Problemen helfen kann.

Es wurden weitere Experimente zur Anregung/Manipulation des Beckens gemacht. Das Abdämpfen des Beckens mit Stoff oder Ähnlichem führt zu keiner deutlichen Klangveränderung im Frequenzverlauf, dämpft aber die Länge des Nachhalls spürbar. Das Hinzufügen eines Kontaktmikrons in den Signalfluss hat die Möglichkeiten deutlich erweitert. Man kann nun zum Beispiel über die Fläche auf die es geklebt ist das Becken spielen. Außerdem kann man es für Rückkopplungssysteme nutzen.

Eine Überlegung wäre es, Sprache und Bewegungen/Schrittgeräusche der Besucher über das Becken wiederzugeben. Das würde meiner Meinung nach auch gut zum Konzept der berührungslosen Spielbarkeit passen.

In den letzten Jahren lassen sich vermehrt Kunstperformances, die Geruch und Klang verbinden, entdecken (vgl. Di Stefano et al., 2022: 166). Im Jahr 2016 wurde das experimentelle Stück “Scent of Memory” des Australian Art Quartets präsentiert: eine Kombination aus Düften und klassischer Musik (ebda.). Der Parfumeur Carlos Huber entwarf eigens dafür Düfte, die an gewisse historische Ereignisse oder Stimmungen erinnern sollten: Arvo Pärts “Fratres” nahm das Quartett mit auf eine Reise, nicht in die 1970er Jahre (d. h. das Jahrzehnt, in dem das Stück komponiert wurde), sondern zurück zu einem japanischen Galion aus dem 17. Jahrhundert auf dem Pazifik, beladen mit einer wertvollen Fracht: Gewürzen, schwarzem Pfeffer, spanischem Leder und Weihrauch. Es folgten weitere Düfte, darunter der frische Duft von Salbei, Zimt, Orangenblütenwasser und marokkanischem Rosmarin, abgestimmt auf “Danzón No 2” des mexikanischen Komponisten Arturo Márquez. Coco repräsentierte den Reichtum der Neuen Welt in dem Duft “Anima Dulcis”, kombiniert mit George Gurdjieffs “Chant from a Holy Book”. Der letzte Duft, mit einer leichten Champagnernote und blumigen Akzenten, wurde mit Tschaikowskis Scherzo & Finale aus Quartett Nr. 1 assoziiert. Er sollte eine frühere Ära der Opern heraufbeschwören, einst besucht von Männern mit weißen Gardenien und eleganten Damen (vgl. Di Stefano et al., 2022: 166).

Der Ingenieur Chang Hee Lee, hat ein weiteres faszinierendes Projekt realisiert: “Essence in Space”. Es basiert auf einer modifizierten Klaviatur, die in der Lage ist, Klang und Duft in ein Parfüm zu verwandeln. Jede Taste war mechanisch mit einem Duft verbunden, der darunter platziert war. Sobald eine Taste betätigt wurde, wurde ein Tropfen Parfüm freigesetzt und in einer Flasche gesammelt. Dieser Vorgang wiederholte sich mit jedem Anschlag. Am Ende der “Vorstellung” wurde somit eine einzigartige Duftmischung erlangt (vgl. Di Stefano et al., 2022: 166).

Die oben genannten Beispiele zeigen, dass das Erleben von Musik durchaus bereichert werden kann, indem bewusst Gerüche akustischen Reizen beigefügt werden.

Quellen:
Crossmodal Correspondences in Art and Science: Odours, Poetry, and Music
Nicola Di Stefano, Maddalena Murari, and Charles Spence (2022).

– According to Wade and Deutsch term was used to describe that two ears are involved in human hearing
– Until the 1970’s binaural wasn’t used to describe signals that have been modified by the human body and would therefore correspond to the signals at the eardrum of a listener. Till 70s terms binaural and stereophonic were used mostly as synonyms.

• Fletcher, in 1920’s have been the first one to use the term binaural for a recording technique and Hamme & Snow distinguished as first between binaural and stereophonic pick-up. They considered binaural when the signals (acquired with a dummy head) were fully reproduced by the headphones
• The terms “dummy head” were used in 1920’s
• Nowadays binaural technology is used to describe two signals reproduced in such a way that the signals that would be found at the eardrum of a listener, after being modified by a human body.
  
  “Binaural broadcasting” – an article written by Doolittle in 1925, no model of a head was used for broadcasting.
• Berlin opera house in 1925: binaural transmission
• 1927, W. Barlett Jones: a patent for devices to capture, record and reproduce “binaural” signals. It was a type of “artificial head” represented be a sphere.
• 1930’s, based on Fletcher’s experience with his binaural hearing aid (the binaural telephone system) and the fact that having two ears provides higher fidelity in a relation to sound perception, the manikin “Oscar” was invented. The wax figure that had microphones mounted on the cheeks, just in front of the ears. This experiment proved that signals with higher fidelity could be achieved by reproducing the human by way of a manikin.
• Fletcher thought that the use of two mic’s could create a spatial sound effect
• The numbers of recording were taken with Philadelphia Symphony Orchestra (in cooperation with Mr. Stokowski). The binaural signals obtained with “Oscar” were compared with the live listening experience.
• At 40s’ the main challenge of stereophony was maintaining phase information between two channels. This was resolved in mid 40s when magnetic tape recorders became more available. Other problems at this time were the limited frequency response and dynamic range of recording equipment
• After World War II in the Netherlands started a transmission of a binaural radio program using a manikin of De Boer and Vermeulen. 
• Bell Labs developed “Oscar II” in 40s’ which had the microphones placed in the ears (5 mm distance outside the cave conchae).
• In 50s’, Andre Charlin, a French recording engineer, presented his “head” – tete Charlin. It was a balloon made of leather
• In 1955 Shoeps presented a microphone made of an aluminium sphere 20 cm in diameter with two omni microphones placed on the circumference (Kugelflächenmikrophon)
  
  
  
  Source:
  1. Stephen Paul – Binaural Recording Technology: A Historical Review and Possible Future Developments
  2. Jens Blauert – The technology of binaural understanding
  

Solenoide UPDATE

Nach Rücksprache mit EBY-Guitars, wurde der Tonabnehmer bestellt. Basierend auf den neuen Erkenntnissen betreffend den Tonabnehmer, konnte auch der Typ der Gitarre und den Solenoiden finalisiert und bestellt werden. Somit konnte die komplette Stückliste der Solenoide abgearbeitet werden.

Schaltplan/Code (PD) und Hardware für einen erfolgreichen Solenoidentest wurde bereits erstellt/zusammengebaut und auch getestet. Die nächste Arbeit in diesem Bereich ist ein System zu entwickeln, bei dem alles Solenoide separat angesteuert werden können. Auf Codebasis müssen mehrere Patches zu einem zusammengefügt werden. Auf Hardwarebasis wird eine Platine verwendet werden, welche schon gekauft wurde. Auf diese Platine werden die Transistoren und Anschlüsse aufgelötet, welche für das gesamte System benötigt werden. Recherche für die Benötigten Teile ist ein momentan laufender Prozess.

Das 3D Modell ist momentan auf Eis gelegt. Ich stehe in email-Kontakt mit „Autodesk“ um eine Studentenlizenz für ein anständiges 3D Programm zu erhalten. Die Versuche mit „Free3D“ würde funktionieren, ist aber zu nerven- und zeitraubend. Da ich bereits ein Programm von Autodesk bezogen habe, stoßt dies jedoch an Hindernisse. Es ist nur möglich ein Programm für maximal 3 Jahre zu leihen. Dies geschah bereits in der Vergangenheit. Nach einer Rücksprache per Mail hoffe ich darauf, dass ich erneut ein Programm ausleihen kann. Diesbezüglich warte ich noch auf eine finale Antwort.

Solenoide: Da die momentan verwendetet Solenoide nicht die Passende Baugröße aufweisen und auch keine anderen passenden recherchiert werden konnten, wird das Ursprungskonzept verworfen. Die Konsole für die Solenoiden wird nun so gefertigt, dass den Solenoiden nicht in einer Reihe positioniert werden, sondern versetzt. Von der Strat-form der Gitarre wird im selben Atemzug auf eine Tele-Form gewechselt. Diese Bauform erlaubt diese Platzsituation und es können Solenoide verwendet werden, die auch zukünftig immer erwerbbar sein werden.

Wie beschrieben soll das klingende Becken eine Interaktions-/Spielmöglichkeit haben, die nicht auf “klassische” Spielweisen limitiert ist. Bei den Überlegungen bin ich auf das Theremin gekommen. Es gilt als eines der ersten elektronischen Instrumente und wurde von Lew Termen erfunden. Das Theremin wird ohne Berührungen mit den Händen gespielt, eine Hand für Pitch und eine für Lautstärke.

Die Antennen des Theremins fungieren als kapazitive Abstandssensoren, deren Kapazität durch nähern der Hände geändert wird. Da die Änderung sehr gering ist, wird ein sehr hochfrequenter Oszillator als Referenz genommen und ein zweiter ebenfalls Hochfrequenter durch die Kapazitätsänderung beeinflusst. Die Differenz liegt im hörbaren Bereich und ist die Frequenz des hörbaren Oszillators.

Bezogen auf mein Experiment würde das bedeuten, dass das Becken als Antenne für ein Theremin funktioniert und die Kapazitätsänderung abgefangen wird. In den kommenden Schritten wird mit einem Baukasten Theremin experimentiert das nur eine Tonhöhenänderung zulässt. Der Ton wird in ein Bela Board geschickt und mit FFT analysiert. Mit diesen Daten soll ein weiterer Patch modifiziert werden und über den Exciter in das Becken wiedergegeben werden.