Design musikalischer Hardware mittels Inverser Mikrophone-Array Techniken und Finite-Element Methoden

Abstract

Das Design von Musikinstrumenten ist das Kernstück des Instrumentenbaus. Um den Klangeines Instruments sowohl zeitabhängig als auch räumlich zu bestimmen wird detailliertes Wissen über die räumliche Verteilung der Wellenenergie auf den abstrahlenden Oberflächenoder die Verteilung der Abstrahlung von Blaslöchern benötigt. Die Struktur dieser Energieverteilungen bestimmt nicht nur die Impedanz des Instrumentenkörpers in Bezug auf den Anreger, es formt ebenfalls den Klang. Desweiteren wird die räumliche Verteilung um den abstrahlenden Körper, seine Raumakustischen Eigenschaften von diesen Faktoren vollständig bestimmt. Designing Musikalische Hardware heißt also, den abstrahlenden Körper zu formen. Um dies systematisch tun zu können müssen detaillierte Informationen über die räumlichen Schwingungsverteilung gemessen, berechnet und designed werden. Dies wird hier auf zweiArten bewerkstelligt. Die Benutzung eines Mikrophon Arrays von 128 Mikrophonen, welche gleichzeitig mit jeweils 48 kHz Samplerate aufnehmen erlauben eine hohe räumliche Auflösung des Wellenfeldes, und durch Verwendung von Inversen Methoden der Wellenpropagation kann die Oberflächenabstrahlung des Instruments berechnet werden. Finite-Element Modelle der vollständigen Instrumenten-Geometrie, wie der umgebenden Luft überprüfen diese Messungen. Mit diesen Informationen können dann neue Musikinstrumenten Geometrien designed werden, durch systematische Variation des Klangkörpers derart, dass ein gewünschter Klang und Abstrahlungseigenschaften erreicht werden. Dieses Verfahren soll mit der Klassischen Gitarre durchgeführt werden, deren Decke entsprechend designed werden soll, um bestimmte Klangeigenschaften herbeizuführen.

Publikationen

Bücher und Buchkapitel

Bader, Rolf: Computational Mechanics of the Classical Guitar, Springer: Berlin, Heidelberg 2005.

Bader, Rolf & Hansen, Uwe, "Modeling Musical Instruments", in: David Havelock, Sonoko Kuwano & Michael Vorländer (Eds.): Handbook of Signal Processing in Acoustics, Springer: New York, NY, 2008, 419-446.

Bader, Rolf: Nonlinearities and Synchronization in Musical Acoustics and Music Psychology, in: Rolf Bader, Marc Leman, Rolf-Inge Godoy (Series Eds.): Current Research in Systematic Musicology, vol. 1, Springer: Berlin, Heidelberg 2013.

Bader, Rolf, "Microphone Array", in: Thomas D. Rossing (Ed.): Springer Handbook of Acoustics, 2nd ed., 2014, 1179-1207.

Journal Papers

Bader, R., "Radiation characteristics of multiple and single sound hole vihuelas and a classical guitar", J. Acoust. Soc. Am. 131 (1), 2012, 819-828.

Bader, R., "Characterizing Classical Guitars Using Top Plate Radiation Patterns Measured by a Microphone Array", Acta Acustica united with Acustica 97(5), 2011, 830-839.

Bader, R., "Reconstruction of radiating sound fields using minimum energy method", in: J. Acoust. Soc. Am. 127(1), 2009, 300-308.

Proceedings Papers

Richter, J., Münster, M., Bader, R.: "Calculating guitar sound radiation by forward-propagating measured forced-oscillation patterns", Proc. Mtgs. Acoust. 19(1), 2013, 035002

Münster, M., Richter, J., Bader, R.: "Eigenvalue shapes compared to forced oscillation patterns of guitars", Proc. Mtgs. Acoust. 19(1), 2013, 035001.