How do humans hear underwater?

Human ears are mostly useless regarding underwater listening. It’s comparable to the regular microphone that doesn’t function well underwater, the reason is a poor impedance match between the construction materials of the auditory device and the propagation medium.

“In the water, the audience picks up the sound only by the effect of bone conduction. Basic principles: In immersion, the ear drum (tympani) is too close to the density of the water to stop any sound wave (the ear drum is made of 90% water). Only the bones are hard enough to stop the fast sound waves (1450 m/s, four times the speed of sound in the air). So, the bones from the neck and skull resonate and carry the vibrations simultaneously to both of the inner ears, the nerves’ endings located in the skull”
[Michel Redolfi, an interview after a Festival “ARS ELECTRONICA”]. 

Instead of two medias (human ears), there is only one medium underwater which is skull.

“A listener in the water doesn’t hear in stereo so he loses his sense of direction, [and] Cartesian space (Left-Right/Up-Down) dissolves. Space is not ‘mono,’ but omniphonic (sounds seem to be coming from all around). Psycho-acoustically, this loss of Cartesian space translates in one’s mind as an inner vibration that would come from inside the body… Interpretation of this feeling varies depending on people’s beliefs, fantasies, and poetic feelings…” [Redolfi].

“[Sound underwater] doesn’t really travel through your eardrums. It automatically vibrates the skull, and from that, your ears.”
[Joel Cahen,  the UK-based sound and visual designer who founded the traveling “deep listening” event Wet Sounds. ]

And since underwater sound is picked up by direct vibrations of inner ear nerves, it inevitably sounds – and feels – more immediate.

Thus, stereo perception is not possible and sounds will lack direction cues. Since the human observer is the vibrating apparatus, however, the reception is not that of a mono signal but of a signal coming from all directions at once: 

“A listener in the water doesn’t hear in stereo so he loses his sense of direction, [and] Cartesian space (Left-Right/Up-Down) dissolves. Space is not ‘mono,’ but omniphonic (sounds seem to be coming from all around). Psycho-acoustically, this loss of Cartesian space translates in one’s mind as an inner vibration that would come from inside the body… Interpretation of this feeling varies depending on people’s beliefs, fantasies, and poetic feelings…” [Redolfi].

In addition, a bone conduction occurs to behave like a low – end filtering of the underwater sound spectrum:

“Thanks to bone conduction, a radical filtering operates on the sounds that we listen to in the water. The bone equalization brings an emphasis on medium to high frequencies, while basses are completely ignored. The underwater sound world appears very crisp, crystal-like” [Redolfi].

“For some reason, I thought that sound underwater would be like in the movies… kind of muffled,” he says. “But actually it’s super sharp and really clear – really, really, super clear.” – Joel Cahen

This leads to another point – underwater we are not in touch with noises from the air and since underwater noises are not strong enough to generate the skull, what we hear is very pure. 

“While we have our head in contact with sonic waters, our bone conduction apparatus doesn’t pick up air noises, nor water background noises as they are not strong enough to resonate in the body. In a pool those unheard noises are actually generated by pumps; at sea by boat propellers, wave foam, etc… The only thing you hear in the water is a pure signal as if you were listening with headphones. This very close encounter with the soundscape was called ‘HI-FI’ by Murray Shafer, the Canadian musicologist and composer who conceived the theory of Soundscapes back in the seventies. He was referring to Hi-Fi natural soundscapes such as the ones of remote mountains or deserts. Lo-Fi in comparison applies to street soundscapes…” [Redolfi]

Summary:

  • Underwater sound is picked up by the effect of bone conduction. That means the bones from the neck and skull resonate and carry the vibrations to both on inner ears at this same time.
  • Human perceive space underwater “omniphonic” ( sounds are coming from each direction). We can’t talk about “mono” or “stereo” perception. 
  • The underwater sound appears very crisp. It’s because of low-end filtering characteristics of bone conduction. The bone equalisation brings and emphasis on medium to high frequencies.
  • The only thing you hear in the water is a pure signal as if you were listening with headphones. 

3D printer Process

The future potential of 3D printing is vast and promises to redefine manufacturing processes across industries. This technology has the capability to revolutionize production by enabling on-demand and decentralized manufacturing systems. Unlike conventional mass production methods, 3D printing allows for the creation of complex and customized parts with unprecedented speed and efficiency.In the medical field, 3D printing has already shown remarkable promise in areas such as prosthetics, implants, and even organ printing. As technology advances, it could lead to personalized medical treatments tailored to individual patients’ needs. This could include the creation of patient-specific implants and organs, ultimately improving healthcare outcomes and quality of life.

Moreover, 3D printing has the potential to significantly reduce waste and environmental impact by minimizing material usage and transportation needs. With the ability to print objects on-site and on-demand, this technology could lead to more sustainable manufacturing practices, contributing to a greener future.In the aerospace and automotive industries, 3D printing is already being used to produce lightweight components with complex geometries, leading to enhanced performance and fuel efficiency. As materials and printing techniques continue to evolve, we can expect to see even more innovation in these sectors, with 3D printing playing a central role in the development of next-generation vehicles and aircraft. Overall, the future of 3D printing is bright, with the potential to revolutionize manufacturing, healthcare, and sustainability practices on a global scale. As research and development in this field continue to progress, we can anticipate even more exciting applications and advancements in the years to come.

Datenreduktion bei Kompressionsalgorythmen

Es gab erste Experimente mit dem wiederholten neu-codieren von Audiodateien um deren Fidelity zu verringern: Wie in den Audiodateien zu erkennen kann man eine deutliche Verminderung der Klangqualität hören, nachdem der Ausschnitt des Songs 10 mal in MP3 und Flac umgewandelt wurde. Das liegt daran, dass das MP3 Format ein (verlustbehaftetes) Datenreduktionsformat darstellt (im Gegensatz z.B. zur verlustfreien Datenkompression des Flac-Formates des Ausgangsfiles).

Auch wenn die Reduktion von MP3 Formaten im nicht-wahrnehmbaren Bereich stattfinden soll, wird nach den Wiederholungen sichtbar, dass dies nicht immer vollends gelingt. Die Größe des Files verringert sich übrigens nicht mehr weiter, unabhängig von der Zahl der Wiederholungen. Ab etwa der 50. Wiederholung war keine weitere Veränderung der Audioqualität mehr wahrnehmbar, der Effekt erreicht also ein Limit.

Sustain (Oszillogramm)

Attack, Decay, Sustain und Release

Unten ist ein Oszillogramm eines perkussiven Tons. Das Niveau besteht nur für eine sehr kurze Zeit und fällt dann ab. Die Kurve, die sich um die obere Hälfte des nachfolgenden Oszillogramms legt, ist die Hüllkurve, ein Abbild des Pegels als Funktion der Zeit. Die Rolle des Hüllkurvengenerators besteht darin, Ihnen zu ermöglichen, verschiedene Hüllkurven einzustellen, um die Pegelkurve einzustellen.

Hüllkurven-Steuerungen:

  • Attack: Bestimmt, wie lange es dauert, bis der Pegel des Tons von null auf voll ansteigt.
  • Decay Bestimmt, wie lange es dauert, bis eine Note von ihrem Höhepunkt auf einen Pegel abfällt, der beibehalten wird, bis die Taste losgelassen wird.
  • Sustain: Bestimmt den Pegel, der nach Ablauf der Attack- und Decay-Zeit beibehalten wird, solange die Taste gehalten wird.
  • Release: Legt fest, wie lange es dauert, bis der Pegel vollständig abklingt, nachdem die Taste losgelassen wurde.

Sustain-Effekt als Pedal

https://www.bonedo.de/artikel/t-rex-tonebug-sustainer/

Can You Improve Your Guitar’s Sustain?

Vergleich zu den Klavierpedalen:

https://www.pianoo.de/klavierpedale-sustain-soft-sostenuto-daempferpedal/

Für jene, welche interessiert sind befinden sich hier die Handbücher zum Aufnahmeprogramm LOGIC:

Benutzerhandbuch:

https://books.apple.com/book/id967198030

Instrumente:

https://books.apple.com/book/id967203645

Effekte:

https://books.apple.com/book/id967205003

Quellen:

https://support.apple.com/de-de/guide/logicpro/lgsife419620/mac

Synästhesie – wenn Farben klingen und Wörter schmecken

Die Ziffer 5 ist rot, 3 grün, 7 blau. Was zunächst als wahllose Zuordnung erscheint, kann für manche Menschen eine unumstößliche Wahrnehmung sein. Synästhet:innen weisen eine besondere Gehirnstruktur auf: verschiedene Gehirnareale sind auf ungewöhnliche Art und Weise miteinander verbunden. Dadurch ist es möglich, dass etwa Wörter schmecken, Klänge riechen, etc. – unzählige Kombinationen sind möglich. Nach einer wissenschaftlichen Beschreibung der Synästhesie folgt weiter unten im Text ein kurzes Porträt des Wissenschafters Richard E. Cytowic, der Synästhesie ins Zentrum der Aufmerksamkeit der “mainstream science” gerückt hat.

Jamie Ward (2013) beschreibt drei Charakteristika von Synästhesien (Zitat siehe Internetquelle):

  • “Auf einen Reiz (inducer, triggering stimulus) folgt eine synästhetische Wahrnehmung (concurrent).
  • Synästhetische Wahrnehmungen sind unwillkürlich und unterliegen nicht der willentlichen Kontrolle, können aber durch bewusste Steuerung der Aufmerksamkeit (kurzzeitig) ausgeblendet werden.
  • Synästhetische Empfindungen sind ähnlich wie normale Wahrnehmungen, der auslösende Reiz kann eine Information aus der Außenwelt sein, jedoch auch ein Konzept (ein Gedanke, z. B. das Denken an einen Buchstaben, oder eine Idee).”

Der Organisation Deutsche Synästhesie Gesellschaft E.V. ist es wichtig auf ihrer Website darauf hinzuweisen, dass Synästhesie keine Krankheit darstelle. Vielmehr wiesen Synästhet:innen tendentiell positive Merkmale auf (siehe Internetquelle):

  • “erhöhte Kreativität
  • erhöhte Merkfähigkeit
  • bessere Vorstellungskraft/Bilderdenken
  • bessere Detailwahrnehmung
  • verstärkte Sensibilität für Sinneswahrnehmungen
  • erhöhte emotionale Empathie”

Weit verbreitet sind folgende Synästhesieformen (siehe Internetquelle):

  • Graphem-Farb-Synästhesie: Buchstaben und/oder Zahlen sind untrennbar mit einem Farbeindruck verbunden
  • Farbiges Hören: Geräusche und/oder Musik werden gleichzeitig in Farbe und/oder Formen wahrgenommen
  • Sequenz-Raum-Synästhesie: Zeiteinheiten wie z.B. Wochentage, Monate, das Jahr oder auch Ziffern besitzen eine bestimmte räumliche Anordnung bzw. Position vor dem inneren Auge
  • Ordinal Linguistic Personification (OLP): Grapheme werden nicht nur mit Farbe und Form, sondern auch mit einem Geschlecht, Charaktereigenschaften und ggf. Emotionen belegt.
  • Gefühls-Synästhesie: Emotionale Zustände werden farbig und/oder als Form wahrgenommen.
  • Person-Farb-Synästhesie: Persönlichkeiten wird eine jeweils charakteristische Farbe zugeordnet. Auch die Zuordnung von Ziffern ist möglich.
  • Ticker-Tape-Synästhesie: Wahrnehmung von gesprochenen, gehörten, gedachten Worten als „Newsticker“ oder durch Auftauchen der Worte für Sekundenbruchteile vor dem inneren Auge.
  • Lexikal-gustatorische Synästhesie: Worte haben eine bestimmte Geschmacksrichtung und/oder auf der Zunge spürbare Textur.
  • Andere Synästhesieformen: Oft werden auch Geschmacksrichtungen, Gerüche, oder Körperempfindungen, wie z.B. Schmerz durch eine synästhetische visuelle Empfindung begleitet.”

Richard E. Cytowic, MD, MFA ist bekannt dafür, die wissenschaftliche Beschäftigung mit Synästhesie wieder salonfähig gemacht zu haben. Das Phänomen war über Jahrzehnte mit Skepsis betrachtet worden, als er 1979 die Forschung aufnahm, wurde er sogar von Kolleg:innen davor gewarnt, sein Karriere damit zu ruinieren. Heute, einige Publikationen von Cytowic später, wird allerdings die Synästhesie als fundamental dafür angesehen, die menschliche Wahrnehmung zu verstehen.

Dr. Cytowic ist im engen Austausch mit kulturellen Institutionen weltweit und ist ein gefragter Redner auf diversen Veranstaltungen. Bei besonderem Interesse an seiner Person und seinen Publikationen empfiehlt sich ein Blick auf seine Website: https://cytowic.net/.

Quellen:

Ward J. Synesthesia. Annu Rev Psychol. 2013;64:49-75.

Internetquellen:

https://www.synaesthesie.org/de

https://cytowic.net/

Hubmagneten & Pickup 2

Die letzte Woche stand das Testen der Solenoiden (Hubmagneten) am Programm. Dies wurde mithilfe der Solenoiden, PureData, einem Entwicklungsboard und den nötigen Kabel und Tastern vorgenommen.

Im folgenden Bild ist der PureData Patch zu erkennen.

Die weiteren Bilder zeigen die erstellte eltrische Schaltung.

Die Tests haben gezeigt, dass die Ansteuerungen der Gitarrensaiten mithilfe der Solenoiden kein Problem darstellt. Die Solenoiden sind an jenem Teil welcher die Gitarrensaite trifft, aus Metall. Hierbei wird ein Eingriff vorgenommen werden, da der Klang, welcher dadurch erzeugt wird, nicht überzeugend ist. Es wird mithilfe eines 3D Druckers ein Aufsatz vorbereitet werden, welcher aus Kunststoff gefertigt wird. Dieser wird als Anschlag der Saiten dienen. Betreffend die Positionierung der Solenoiden kann nun zukünftig nachgedacht werden. Weiters wird eine detaillierte Recherche vorgenommen werden, um herauszufinden, ob es möglich ist noch kleinere Hubmagneten verwenden zu können, jedoch ist die Hubhöhe bei den bereits Verwendeten sehr gering.

Das abschließende Video zeigt die Ansteuerung eines Solenoiden.

Die Stadt spielen und digitaler Zerfall von Audiodateien

Für das Projekt „Play the City – Die Stadt als Instrument“ gibt es neue Aspekte in der Konzeption: Ein mögliches Problem könnte werden, den Raum zu füllen. Deswegen soll der bespielte Raum etwa auf die größe des Bezirkes I., Innere Stadt beschränkt werden. Daten wie Wetter, Uhrzeit, etc. könnten eine algorythmische/automatisierte Komposition mit Daten füttern um die Menge an nötigen Audiomaterial zu erschaffen.

Bezüglich des digitalen Verfalls von Audiodateien haben sich ebenfalls Neuerungen ergeben:

Im Paper „Creative Use of Bit-Stream DSP in Faust“ von Tim Bovermann und Dario Sanfilippo, welches im Rahmen der bereits erwähnten Rotting Sounds Forschung entstand wird betont, dass sich eine 1-Bit Stream Audiodatei deutlich besser für den digitalen Verfall eignen würde. Mit 1-Bit Stream Ausio ist gemeint, dass jedes Bit nur eine Funktion erfüllt, nicht wie bei z.B. komprimierten Codecs, bei denen die position des Bits im Stream auch eine Aussage hat.

Als Folge von Rotting Sounds wurde von den Autoren auch eine Library für „Faust“ (eine Plattform für audioorientiertes programmieren, z.B. von VSTs) erstellt, welche auf digitalen Verfall von Audiodateien spezialiert ist.

Möglichkeiten des digitalen Zerfalls von Audiodateien

Für die Reduzierung der Qualität von digitalem Audiomaterial scheint es mehrere Möglichkeiten zu geben. Neben der physischen Zerstörung des Trägermaterials wie bei Basinski oder der geplanten Radioaktivität führen verschiedene digitale Verfahren zu einer Veränderung der Qualität:

Eine wiederholt ausgeführte Reduktion der Samplerate führt zu einem ähnlichen Ergebnis, wie die Zerstörten Tonbänder Basinskis, zu hören ist das unter anderem in einem Video des Klangkünstlers Hainbach:

Auch die Änderung des Formats und wiederholtes Up-/Downloaden könnte die Qualität verändern, was in zukünftigen versuchen herausgefunden werden soll.

Bei der Zerstörung durch Radioaktivität könnte man somit auch nicht direkt das Trägermedium angreifen, sondern mit einem Geigerzähler ein bestimmtes Reduktionsverfahren triggern. Das würde auch ohne die direkte Verwendung von Radioaktivem Material funktionieren, da es eine Hintergrundstrahlung gibt, welche mit einem Empfindlichen Geigerzähler erkennbar ist.

Das Problem der digitalen Kopierbarkeit könnte in diesem Experiment mit einem NFT umgangen werden, das die Einzigartigkeit bescheinigt.

Auch beim im letzten Eintrag angesprochenen Projekt „Rotting Sounds“ wird mit Radioaktivität gearbeitet: die Installation „Enrichment and Deplation“ nutzt Uranium und einen Geigerzähler um ein zufallsgeneriertes Soundfile zu erzeugen, was allerdings nur zu einem Rauschen aufgrund einer randomisierten Wellenform führt.

AMBISONICS

How to create a format independent of the reproduction system/layout?

AMBISONICS are audio channels created on the 70’s, while trying to answer a question how to create a format independent of the reproduction system/layout.  That means it doesn’t matter how many speakers you are using or how do you position them, the ambisonics would be able to adapt to it.

Ambisonics essentially use a Mid-Side technique. A Mid is replaced by omni microphone (instead of cardioid) and Side are multiplied figure of eight microphones (pointing to different sides).


Formats and orders:
The most traditional format of Ambisonics is the First Order (4 channels): 

  • “W” = 1 omni
  • “X”, “Y”, “Z” = 3 fig of eight – each pointing towards a different direction:
    Left-Right; Front-Back; Up-Down

    The same result can be obtained with a tetrahedral mic with 4 capsules [LFU (left, front, up), RFD (right, front, down), LBD (left, back, down), RBU (right, back, up)]. Later on 4 signals are converted into 1 omni and 3 figure of eight channels.
Tetrahedral microphones with 4 capsules: Sennheiser AMBEO VR mic and RODE NT – SF1

Recording in ambisonics can be done in two different formats:
“A” format = the audio recorded directly from and Ambisonics microphone
“B” format = omni + 3 fig of eight (most softwares operate on this format)

It’s difficult to localise an ambisonic sound, usually we get a diffused result
The signal doesn’t arrive at all capsules at the same time and it can have some impact in some frequencies.

In order to perceive 3d sound with Ambisonics setup:
High Order Ambisonics (by adding more channels, the details of the sound image is increased) ——> the more orders (channels), the better space resolution

High Order Ambisonics

First Order Ambisonics (FOA) – 4 audio channels
2nd Order Ambisonics (SOA) – 5 more channels
3rd Order Ambisonics (TOA) – 7 additional channels

Eigenmics, a microphone capable of recording 4th order Ambisonics. Consists of 32 capsules.

The are four parameters that defines Ambisonics:

1.  Order (1st, 2nd…),
2.  Format (A or B) – most plugins work in B format

3.  Channel Ordering (FuMa ordering, ACN ordering [used nowadays]),
With the creation of High-Ordered Ambisonics it was important to create an order of channels that would scale well in more complex scenarios.
ACN ordering: W, Y, X, Z
FuMa ordering: W, X, Y, Z

4. Normalisation (N3D, SN3D [used nowadays], FuMa, MaxN)
Normalisation refers to the gain of each channel. SN3D is the most common. The first channel (omni) is always the channel with the highest level. While recording it is then easier to pay attention that only one channel is not clipping.

A commonly used flavour in Ambisonics is called AmbiX = B format + ACN + SN3D

VR Applications:
With Ambisonics it’s easy to apply rotations. That makes great for VR and 360.
Ambisonics is able to reproduce 3D audio using small amount of channels. Ambisonics mics give you more space information than stereo or mono

PROS:
– flexibility (to adapt to any speaker layout)
– reproducing a 3D audio with a small number of audio channels
– scale (to improve space resolution)

CONS:
– a high number of channels if you want a good space resolution. The 3rd order or above start to have a really good space resolution.

Hubmagneten & Pickup 1

Das Projekt sieht vor, dass einige der Gitarrensaiten (abhängig vom Platz) mit einem Hubmagneten (Solenoiden) angesteuert werden können.

Die Ansteuerung der Hubmagneten erfolgt mithilfe von Buttons oder vergleichbarem. In Kombination mit einem präparierten Pickup (Tonabnehmer), welcher als Sustain-Pickup dienen wird, ist es möglich die Gitarre auf eine ganz andere Weise zu spielen. Die erweiternden Funktionen auf dem Gitarrenkorpus können danach verwendet werden, da die Anschlaghand hierfür benutzt werden kann. Es werden mithilfe der Hubmagneten die Saiten angespielt, der Sustain-Pickup ermöglicht ein Halten der Töne auf nahezu unbegrenzte Zeit und die anderen Funktionen an der Gitarre können verwendet werden um darauf aufbauend weitere Töne zu erzeugen.

Anbei befindet sich ein Bild das einen Hubmagneten zeigt, welcher für diese Projekt verwendet werden könnte. Es wurden bereits Solenoiden dieser Art bestellt, diese werden beim Eintreffen zusammen mit dem umfunktionierten Pickup getestet, um deren Einsatz garantieren zu können. Ein Video hierzu wird im nächsten Blogeintrag Platz finden.

Diese Solenioden sind sehr sensibel, daher muss es möglich sein, diese mit wenig Aufwand und einfach wechseln zu können, wenn diese in der Gitarre verbaut sind. Hierzu wird eine Ausnehmung in den Gitarrenkorpus gefräst werden, welche Platz für eine eigens angefertigte Konsole bietet, die über die Rückseite der Gitarre ausgebaut werden kann. Diese Konsole wird, nach aktuellem Planungsstand, mithilfe einer CAD (computer-aided design) gezeichnet und mithilfe eines 3D Druckers hergestellt. Da den Solenoiden sehr klein sind, wird es notwendig sein, die Fräsung sehr genau zu tätigen. Schätzungsweise mit einer Abweichung von ca. +-1mm. In der Fräsung eingebrachte Nuten und in der Konsole eingebrachte Federn werden dazu dienen, dass die Konsole immer korrekt sitzt und auch nicht falsch montiert werden kann. Dadurch, dass die Gitarre auch die Möglichkeit bieten soll, „normal“ verwendet zu werden, ist die Wahl der Position der Solenoiden an der Gitarre äußerst wichtig. Durch die Modifikation soll die ursprüngliche Spielart der Gitarre nicht eingeschränkt werden, da es sich um eine Erweiterung dieses Instruments handelt. Nach aktuellem Planungsstand befindet sich diese Position an der Stelle, die das folgende Bild zeigt. Die Position ist im Bild mit einer roten Linie gekennzeichnet.

Durch die Wahl der Position nahe der Bridge ergibt sich ein weiterer Vorteil. Beim Benden von Saiten wird diese nach oben oder unten gezogen, um die Tonart der Saite zu verändern. Dies hat zur Folge, dass sich die Saite nicht mehr an derselben „Position“ befindet. Beim erneuten Anspielen mit einem der Solenoiden könnte dieser dann die Saite verfehlen und keinen Klang erzeugen. Ist der Solenoid jedoch am Saitenanfang oder Saitenende, so ist der Weg, den die Saite beim Benden zurücklegt nur verschwindend gering. So gering, dass ein weiteres Anspielen der Saite garantiert werden kann.

Wie im folgenden Video zu erkennen ist, gibt es bereits Projekte, welche dieselbe Idee verfolgen, jedoch geht durch diese Methode, die eigentliche Spielart der Gitarre verloren.

Die Wahl der Gitarre fällt auf einen Typen, der an der Bridge-Seite keine Erweiterungen wie ein Floyd-Rose oder dergleichen aufweist.

https://de.wikipedia.org/wiki/Floyd_Rose

Sobald der genaue Platzverbrauch bestimmt werden kann, kann dieser Gedanke erneut in Abgerufen werden. Bis auf weiteres wird jedoch versucht jeglichen Platz für die Konsole zu reservieren.