Category: Sound Design

During the studies at the IEM, we realized this project under the supervision of the Professor Winfrid Ritch. The aim of this installation is to play different sine waves through a long metal wire, that resonates within the surrounding space.

Biography:

Alvin Lucier founded the Sonic Arts Union in 1966 together with composers Robert Ashley, David Behrman and Gordon Mumma. Lucier is one of the pioneers of contemporary musical composition and performance. In recent years he has emerged with a series of sound installations as well as compositions for solo instruments, chamber ensembles and orchestra. In these works, sound waves are set into spatial movement through precise voicing. Alvin Lucier works in North America, Europe and Asia. In 1989 he installed his “Music on a Long Thin Wire” in Kyoto. In 1990 he was a guest of the DAAD in Berlin for six months and in 1992 guest composer at the festival “Time of Music” in Viitasaari, Finland.

In his own words (1992): “Music on a Long Thin Wire is constructed as follows: the wire is extended across a large room, clamped to tables at both ends. The ends of the wire are connected to the loudspeaker terminals of a power amplifier placed under one of the tables. A sine wave oscillator is connected to the amplifier. A magnet straddles the wire at one end. Wooden bridges are inserted under the wire at both ends to which contact microphones are embedded, routed to a stereo sound system. The microphones pick up the vibrations that the wire imparts to the bridges and are sent through the playback system. By varying the frequency and loudness of the oscillator, a rich variety of slides, frequency shifts, audible beats and other sonic phenomena may be produced.”[1]

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[1] http://www.lovely.com/albumnotes/notes1011.html

A solenoid is an electromagnetic device that converts electrical energy into linear mechanical motion. It consists of a cylindrical coil of wire, often wrapped around a metallic core, that when energized creates a magnetic field. This magnetic field can then be used to move a metallic rod or plunger that is placed within the coil.

The solenoid works on the principle of electromagnetic induction, where a current flowing through a wire generates a magnetic field. When a current is applied to the coil of a solenoid, it creates a magnetic field around the coil. The strength of the magnetic field is determined by the amount of current flowing through the coil, and the direction of the magnetic field is determined by the direction of the current flow.

The plunger or rod inside the coil is made of a ferromagnetic material, which is attracted to the magnetic field created by the coil. When the current is flowing through the coil, the plunger is pulled into the coil, creating linear motion. When the current is turned off, the plunger is released from the coil, and returns to its original position by a spring or by gravity.

Solenoids can be found in a wide range of applications, such as automotive systems, industrial automation, robotics, and medical equipment. They are used for various purposes such as opening and closing valves, actuating switches, and controlling linear motion. They are also used in combination with other mechanical or electrical components, such as levers, gears, and sensors, to create complex systems.

Additionally, solenoids can be classified into two types, namely, the single-acting solenoid and the double-acting solenoid. The single-acting solenoid has a spring which pulls the plunger back to its original position when the current is turned off. The double-acting solenoid, on the other hand, has a spring at both ends and can pull and push the plunger.

Solenoids can be implemented with PWM in order to control the linear motion of the plunger. By applying a PWM signal to the coil of the solenoid, the average current flowing through the coil is controlled, and thus the strength of the magnetic field is also controlled. This in turn controls the amount of force exerted on the plunger and thus the distance it moves.

By varying the duty cycle of the PWM signal, the average current flowing through the coil is adjusted, which in turn adjusts the position of the plunger. This allows for precise control of the solenoid’s motion, and can be used in applications such as valve control, robotics, and automation. It is also important to note that, the solenoid should be properly sized for the application and the PWM frequency should be chosen accordingly to avoid overheating and damage to the solenoid.

It is important to note that, when a solenoid is controlled using PWM, it will also generate an audible noise, which may be an issue in some applications. Additionally, a suitable low-pass filter may be needed to remove the high frequency noise from the PWM signal to prevent damage to the solenoid or other electronic components.

In „Auditory Virtual Environments“¹ erläutert Pedro Novo, dass Auditory Virtual Environments darauf abzielen eine Umgebung zu schaffen, in welcher die wahrgenommenen Sinneseindrücke nicht mit der physischen sondern der virtuellen Umgebung übereinstimmen. Er nennt weiterhin drei verschiedene Typen von Auditory Virtual Environments:² Der authentic approach, bei dem die real existierende (Klang-)Umgebung wiedergegeben werden soll, welche möglichst Deckkungsgleich mit dieser sein soll. Der plausible approach, bei dem angenommen werden kann, dass die virtuelle Umgebung potentiell zu existieren könnte und der creational approach, bei dem eine Klangwelt erschaffen wird, die nicht plausibel zur tatsächlichen Umgebung passt bzw. passen kann. Zu diesem dritten Ansatz würde auch das „Play the City“ Projekt zählen.

Ein möglicher Ansatz zum Signalfluss wird auf S. 279 dargestellt:

1 Novo, Pedro. “Auditory virtual environments.” Communication acoustics (2005): 277-297.

2Novo, Pedro. “Auditory virtual environments.” Communication acoustics (2005): 277-297. S. 278.

Das Projekt umfasst mehrere Umbauten an der Gitarre. Es werden ausnehmungen in die Gitarre gefräst in welchen Konsolen eingebracht werden, welche die Bauteile tragen. Das gesamte Projekt wird in 3D mittels einer CAD Software (free CAD reicht vollkommen aus) erstellt. Die Gitarre ist bereits als 3D Modell vorhanden.

Für das Projekt habe ich mich für einen Gitarrenbausatz entschieden. Diese haben ein angemessenes Preis/Leistungs-Verhältnis und eignen sich ideal für die Umsetzung des Projekts.

Der Bausatz

Die Bauform (Stratocaster)

Es wurde diese Bauform gewählt, da die Solenoiden an der Back-Bridge viel Platz benötigen. Diese Bauform lässt die Modifikation zu und bietet aufgrund der Ebenen Oberflächen wenig Platz für Fehler.

Das 3D Modell

Fertigung der Konsolen für die Erweiterungen des Projekts

Die Entscheidung wie vile Konsolen benötig werden wird im 2. Semester gefällt. Folgende Elemente müssen in Konsolen platziert werden.

Konsolen zugänglich von der Rückseite

• Bela MINI
• Powerbank
• Diverse Kabel und Kondensatoren
• Solenoiden

Zugänglich von der Vorderseite

• 3-Wegeschalter
• 5-Wegeschalter
• Alles in allem 4-5 Potentiometer
• Touchfläche
• Kontrollerhebel

Der Grund für die Fertigung der Konsolen ist, dass das komplettes System Wartungsfreundlich bleibt. Sollte beispielsweise ein Solenoid schadhaft werden und nicht mehr funktionieren, ist es nicht notwendig die Saiten der Gitarre zu entfernen um an den fehlerhaften Solenoiden zu gelangen. Es kann auf einfachem Wege die betreffende Konsole an der Rückseite der Gitarre demontiert werden und der betreffende Solenoid ersetzt werden. Eine Dokumentation/Betreibsanleitung, welche dem Projekt beigelet wird, ermöglicht es auch Benutzerinnen und Benutzern die keinen Bezug zum Projekt haben die benötigten Schritte zu tätigen.

Um die Konsolen zu fertigen werden die folgenden 3D Drucker verwendet.

• Formlap Form2
• Formlap Form3

3D-Druck ist ein additiver Prozess, bei dem Teile Schicht für Schicht aufgebaut werden. Ungenauigkeiten können in jeder Schicht vorhanden sein, und die Art und Weise, wie die Schichten aufgebaut sind, beeinflusst die Genauigkeit oder Reproduzierbarkeit der Genauigkeit für jede Schicht. Werfen wir einen genaueren Blick auf gängige 3D-Druckertoleranzen für die gängigsten Kunststoff-3D-Druckverfahren.

Die Toleranzen (Genauigkeiten) eignen sich herforragend für die Fertigung.

• Stereolithografie (SLA) und Digital Light Processing (DLP): ±0,2 % (Untergrenze: ±0,1 mm)
• Selektives Lasersintern (SLS) und Multi Jet Fusion (MJF): ±0,3 % (Untergrenze: ±0,3 mm)
• Schmelzschichtung (FDM): ±0,5 % (Untergrenze: ±0,5 mm)

Weiters ist es möglich “Elastomere” zu printen. Dies ist äußerst vorteilhaft für Elemente, die “beweglich” sein müssen. Die wird für das touchpad verwendet werden, da das selbstgebaute Pad aus Kupferband an den Seitenkanten der Gitarre platziert werden wird und mit der Elastomere eune passende Umrandung geprintet werden kann, damit das Pad geschützt ist und nicht nach einigen Einsätzen verletzt wird. Des weitern sind die Löstellen am Pad damit geschützt.

Die Benötigten 3d / CAD Formate, welche notwendig sind um den Drucker mit Infromastionen zu füttern können mithilfe der Gratissoftware (freCAD) erstellt werden (stl).

https://formlabs.com/de/3d-printers/form-3/

https://formlabs.com/de/blog/genauigkeit-praezision-toleranz/

Der Wah-Effekt ist ohne Skrupel einer der markantesten Effekte für die Gitarre und gleichfalls Nicht-Gitarristen allerdings reputabel. So eindrucksvoll der Wah-Effekt ebenfalls ist, technisch ist er verhältnismäßig simpel zu bewerkstelligen. Dreh- und Angelpunkt eines Wah-Pedals ist ein Bandpass-Filter, der von einem mit der Wippe zugehörigen Potentiometer angesteuert wird und je nach Stellung der Wippe stufenlos einen speziellen Frequenzbereich anhebt. Ist das Pedal zurückgenommen – man kommuniziert im Zuge alldem ebenfalls von der Fersen-Position (engl. Heel Position) – werden die tiefen Mitten angehoben und es entsteht ein genauer muffiger Sound.

https://www.thomann.de/at/onlineexpert_topic_wahwah_pedale.html

https://www.thomann.de/at/wahwah.html

https://guitar.de/newbie-ecke/wah-wah-effektpedal

Pitch-Shifter realisieren vorerst eine statische Tonhöhenänderung des Audiosignals. Spielt man ein A, kann man mit einem Pitch-Shifter z.B. ein C hieraus machen. Als Modulationseffekt lässt sich allerdings gleichwohl ein Pitch-Shifter hervorragend anwenden. So kann man mit einem Pitch-Shifter einen Ensemble-Effekt erreichen, der nicht mit einem Chorus analog ist. Derweil werden eine Reihe von Stufen andersartig verstimmt und umstandslos unregelmäßig mit einer Zufallform aus einem LFO moduliert. Wenn der Effekt von guter Anspruch ist, lassen sich in dieser Art des Öfteren überzeugendere Lösungen als mit einem Chorus erreichen, da Letztere oftmals einen Hang zum eiern, bedingt vonseiten die zyklische LFO-Modulation haben.
Besonders attraktiv wird ein Pitch-Shifter nichtsdestotrotz binnen abgedrehten Effekten. Setzt man ihn in der Feedback-Schleife eines Delays ein, in dieser Art wird jede Verzögerung weiter verstimmt.

Alles über Modulationseffekte wie Chorus, Flanger, Phaser

https://www.thomann.de/at/onlineexpert_page_modulationseffekte_harmonizer_pitch_shifter.html

Flanger

Flanger besteht aus Chorus mit zusätzlicher Rückkopplungsschleife. Dabei wird das Ausgangssignal der Verzögerungsstufe auf deren Eingang rückgekoppelt. Bei welcher Lautstärke dies geschieht, bestimmt der Parameter „Feedback“. Die meisten Flanger können das Feedback-Signal auch um 180° in der Phase drehen, was zu einer anderen Klangsignatur führt. Auch Flanger gibt es in vielen Anschlussmöglichkeiten und mehrstufigen Varianten. Die Flanger-Latenz liegt typischerweise zwischen 1 ms und 5 ms.

Dadurch der Flanger-Effekt hörbar wird, muss fortlaufend eine Mischung aus unbearbeitetem und bearbeitetem Warnsignal erfolgen. Beim Einsatz im Send-Weg schaltet man allerdings das unbearbeitet Warnsignal stumm, da dieses ja über den Summen-Bus des Mischpultes mit dem „nassen“ Warnton des Effekt-Returns gemischt wird. Ein Flanger ist streng genommen ein moduliertes Kammfilter. Mit Hilfe eine 1:1-Mischung einer einfachen Verzögerung entsteht solcher Effekt. Mit Hilfe das Feedback entsteht ein schneidender Klang.

https://www.amazona.de/alles-ueber-modulationseffekte-wie-chorus-flanger-phaser/

https://www.thomann.de/at/onlineexpert_page_modulationseffekte_flanger.html

Phaser

Der Phaser ist Zuletzt entsprechend, allerdings doch unterschiedlich aufgebaut. Anstelle von der einfachen Verzögerungsstufe wird hier ein Allpass-Filter eingesetzt, gleichwohl Phasenschieber genannt. Ein Phasenschieber ändert die Phase eines Audiosignals. Im Gegensatz zu einer einfachen Verzögerungsstufe, die sämtliche Frequenzarten genauso verlangsamt, verlangsamt ein Phasenschieber die Frequenzbänder andersartig. Tiefe Frequenzbändern haben je nach Wellenlänge eine längere Verzögerungszeit als hohe Frequenzarten. Auf digitaler Grundlage ist dies um Längen schwieriger zu bewerkstelligen als ein einfaches Delay. Moduliert wird hier die Phase des Phasenschiebers.
In der Regel werden fortwährend mehrstufige Phaser offeriert. Je mehr Stufen ein Phaser hat, umso einschneidender ist das Klangergebnis. Bis zwölf Stufen machen Sinn.

Ebenso beim Phaser handelt es sich um eine Gattung Kammfilter-Effekt, der trotzdem mithilfe die krumme Gruppenlaufzeit des Phasenschiebers andersartig klingt als der Flanger. Die Gattung des Mischungsverhältnisses hängt hier vom auserwählten Klangergebnis ab. Je nach mehrfach-Stufe des Phasers sind andersartige Mischungen unabdingbar, um das ausgewählte Klangergebnis zu erhalten. Solange der Feedback-Parameter auf Null steht muss trotz alledem fortwährend ein 50:50 Verhältnis herrschen, um den Effekt hörbar zu schaffen.

LFO – Low Frequency Oscillator

LFOs stellen periodische Modulationsquellen dar, was bedeutet, dass der Einfluss des Zielparameters periodisch ist und sich wiederholt. Sie können beispielsweise einen LFO verwenden, um Vibrato zu erzeugen, indem Sie die Tonhöhe mit dem LFO modulieren. Wenn der LFO auf einer Sinuskurve oszilliert, bewegt sich die Tonhöhe um ihren Ursprung herum auf und ab.
Der LFO schwingt mit einer bestimmten „Geschwindigkeit“ (Frequenz). Da unsere Ohren Vibrationen erst ab etwa 25 Hz als Töne wahrnehmen, schwingen LFOs typischerweise um 0 bis 25 Hz. Es gibt auch LFOs, die mit Frequenzen über 25 Hz schwingen. Wenn eine solche Frequenz eingestellt ist, erscheint das Ergebnis der Modulation nicht als Bewegung des Klangs, sondern als Veränderung der Klangfarbe.

Chorus

Chorus ist der einfachste Modulationseffekt. Das Audiosignal wird an den Eingang der Verzögerungsstufe angelegt. Der LFO variiert kontinuierlich die Verzögerungszeit.

Aufgrund dieser Modulation wird der verzögerte Speicher manchmal schneller und manchmal langsamer gelesen. Am Ausgang der Verzögerungsstufe variiert die Tonhöhe des Audiosignals mit der Frequenz des LFOs. Jetzt mischst du den Ausgang der Delay-Stufe mit dem Original-Audiosignal und erhältst einen Chorus-Effekt. Die Qualität des Effekts hängt immer noch vom Interpolationsalgorithmus in der Verzögerungsstufe ab. Wird der Delay-Speicher langsamer oder schneller ausgelesen, kann es ohne Interpolation zu unschönen Klangveränderungen kommen. Ein guter Algorithmus kann alle Klicks im Signal entfernen.

Normalerweise hat der Refrain jedoch eine komplexere Struktur. Als Benutzer können Sie verschiedene Parameter anpassen, um den gewünschten Klang zu erhalten.

Parameter:

• GESCHWINDIGKEIT: Die LFO-Frequenz wird durch die „Frequenz“ oder auch „Rate“ genannt bestimmt.
• VERZÖGERUNGSZEIT: Auch bekannt als „Latenz“. Für Chorus sollte sie zwischen 5 ms und 30 ms liegen. Werte ab 20 ms wirken möglicherweise „breiter“.
• INTENSITÄT: Bestimmt, wie stark sich der LFO auf die Verzögerungszeit auswirkt, wobei höhere Werte den Chorus schriller machen.

Alles über Modulationseffekte wie Chorus, Flanger, Phaser

https://www.thomann.de/at/onlineexpert_page_modulationseffekte_chorus_ensemble_effekt.html

Der Duden beschreibt den Begriff „Modulation“ zutreffend als „Beeinflussung der Kommunikationsfrequenz“. Wenn es jedoch um Synthesizer- oder Effektprogrammierung geht, können wir den Begriff viel flexibler verwenden. Mit etwas modulieren meinen wir, dass es einen bestimmten Parameter beeinflusst (z. B. Limit, Tonhöhe oder Lautstärke). Dieser Parameter wird als „Modulationsziel“ bezeichnet. Wie dieser Effekt genau aussieht, hängt von der „Modulationsquelle“ ab. Es gibt viele Modulationsquellen. Zwei sind für modulare Effekte besonders wichtig.

Modulation

Um modulare Effekte richtig einzusetzen, müssen Sie wissen, wie sie aufgebaut sind. Typischerweise ist der Kern eines solchen Effekts eine Verzögerungsphase. An diesem Punkt wird der Signalton verzögert. Wenn Sie 10ms (Millisekunden) verzögern, steht das Eingangssignal erst 10ms später am Ausgang der Stufe zur Verfügung. Werden die Ein- und Ausgänge geschickt kombiniert, entstehen Chorusse und Flanger oder längere Delay-Echos. Die eigentliche Modulation entsteht schließlich durch kontinuierliches Variieren der Verzögerungszeit. Die Delay-Stufe hat also einen Audio-Eingang und einen Delay-Modulations-Eingang.

Schwebung

Der Ausgangspunkt für Modulationseffekte ist normalerweise eine Art Percussion.
Bezieht sich normalerweise auf den speziellen Klangeffekt, der durch das gleichzeitige Hören von zwei Schwingungen entsteht, deren Frequenzen nur wenige Hertz voneinander entfernt sind; der Klang wirkt voller und lebendiger, die beiden Stimmen sind leicht verstimmt. Hören Sie sich eine Note an, die von einer Geige gespielt wird, und vergleichen Sie den Klang mit dem Klang, der beispielsweise von Geigen erzeugt wird, die in einem Orchester spielen. Wie gesagt: derselbe Ton, aber durch kleine, unvermeidliche Stimmungsschwankungen (und auch menschliche Ungenauigkeiten) klingt so ein Streichorchester viel voller (und nicht nur lauter!).
Wille 2 Das Signal ist jetzt auch verzögert, es gibt zusätzliche Phasenverschiebungen (je nachdem wie lange es bei vielen Mobilgeräten einstellbar ist) und die Jalousien sind einfach durcheinander. Sie können den Effekt verstärken, indem Sie einen Teil des Signals nach vorne schicken; Feedback-Regler sind bei vielen Flangern und Phasen zu finden.

https://www.thomann.de/at/onlineexpert_topic_modulationseffekte.html

Alles über Modulationseffekte wie Chorus, Flanger, Phaser