Wellenfeldsynthese und elektro-akustische Musik, mit einem speziellen Fokus auf die Reproduktion von willkürlich geformten Schallquellen

Abstract

Seit Beginn der elektroakustischen Musik stößt das Thema des räumlichen Klanges unter Komponisten auf großes Interesse. Durch die kontinuierliche technische Entwicklung konnten und können diesbezüglich zunehmend Methoden zur Realisierung von Raumklang erreicht und neue Konzepte angeregt werden. Die Wellenfeldsynthese (WFS) zeichnet eine gewichtige Methode aus, die eine klare Lokalisation von virtuellen Klangquellen für einen großen Hörraum kreiert. Trotz des hierfür notwendigen hohen technischen und finanziellen Aufwands gewinnt die Wellenfeldsynthese international an vielen Instituten an Popularität, wodurch Komponisten und Klangkünstlern in zunehmendem Maße Zugang zu dieser Technologie ermöglicht wird. In dieser Beziehung zwischen Technologie und Künstlern bietet sich die Möglichkeit der Erforschung der Stärken und Schwächen, ebenso wie der Weiterentwicklung der Technologie bei gleichzeitigem Herstellen von Inhalten durch die Künstler. Dieses ist auch der Schlüssel des Erfolges, um die Nachfrage für die WFS anzuregen und ihr einen größeren Markt zu erschließen. Um eine größere und detailliertere Kontrolle über Klangquellen liefern zu können, wird in dieser Dissertation eine Methode vorgestellt für die Reproduktion (mittels WFS) von willkürlich geformten Klang-aussendenden Objekten. Diese Methode geht von einer bekannten, beziehungsweise einer definierten Geometrie der Oberfläche eines Objektes aus und nimmt eine bekannte oder definierte Schwingung dieser Oberfläche an. Mit diesen Parametern werden Signale für ein WFS-Lautsprecher-Array, durch die Anwendung eines angepassten WFS-Operator berechnet, welcher auf die Position über und unter der horizontalen Ebene sowie die Beugung des Klangs um das Objekt herum Bezug nimmt. Diese Methode wird durch die Kalkulation einiger Beispiele überprüft, wobei die Effekte von Größe-, Form-, Verfeinerungs-, Distanz- und Beugungsparametern auf das resultierende von den Lautsprechern wiedergegebene Wellenfeld ausgewertet werden. Das Beugungsmodell ergibt plausibele Resultate; es tritt aber ein zweite Stufe'' der Beugung auf, auf dem Lautsprecher-Array. Ein Hörtest hat deutlich gezeigt, das die Schallquellen, die auf diese Weise wiedergegeben wurden, deutlich wahrnehmbare Eigenschaften aufweisen. Als Erstes ist ein Effekt auf die Klangfarbe zu hören, aber des weiteren auch in verschiedenen räumlichen Parametern wie Quellenbreite, Lokalisation und Räumlichkeit.Spatial sound has long been a topic of interest in electro-acoustic music. With continual technical advancements of methods to achieve spatialisation of sound, an increase in the realisation of spatial sound ideas can be achieved, while concurrently giving birth to new concepts in this area. Wave Field Synthesis (WFS) provides a compelling method, as it excels in creating a clear localisation of a virtual sound source for a large listening area. Despite the necessary hardware investment, WFS is gaining popularity at many institutes - internationally - providing increasing numbers of composers and sound artists with access to the technology. This relationship between technology and composer provides an environment for exploration of strengths and weaknesses, as well as driving forward development of the technology while composers are creating the content. This can be considered a key element in creating a demand for WFS in commercial and academic markets. To provide more extensive control over sound sources, this thesis proposes a method for the reproduction of arbitrarily shaped objects emitting sound, using WFS. The method begins with a known or defined geometry of the object surface, and assumes a known or defined vibration of this surface. Using these parameters, signals for a WFS loudspeaker array are calculated, applying an adapted WFS operator that takes into account the elevation above or below the horizontal plane, and diffraction of the sound around the object itself. The method is validated through the calculation of several examples, evaluating the effects of size, shape, refinement, distance and diffraction on the resulting wave field emitted by the loudspeakers. The diffraction model gives plausible results, but a second stage'' of diffraction occurs at the WFS reproduction array. A listening test shows that sound objects reproduced in this way cause significant perceptual effects primarily on tone colouration, but also in various spatial parameters such as source width, localisation and spaciousness