Grundlegende Eigenschaften des Klangs

Wenn Sie gerne Klänge erzeugen und Ihre Zeit damit verbringen möchten, verschiedene Audioumgebungen in Form von Musik, Soundeffekten, audiovisuellen Inhalten und allen möglichen Implementierungen von Audio ins Leben erstellen möchten, möchten Sie ein Profi in Sounddesign oder Ton werden Lassen Sie uns als Ingenieur die grundlegende Definition dessen, was Klang ist, noch einmal durchgehen. Dieses Wissen ist wichtig, um die Grundlagen zu verstehen und die Technik der Arbeit mit Audio zu erlernen. Als Bildhauer dieser besonderen Umgebung muss man sein Material kennen und es ist charakteristisch, es besser manipulieren zu können und seiner Idee die gewünschte Form zu geben.

Im weitesten Sinne ist Schall eine Druckwelle, die von einem vibrierenden Objekt erzeugt und in einem Medium ausgebreitet wird.

Schwingungswellen breiten sich durch die Luft oder ein beliebiges Medium (fest, flüssig oder gasförmig) aus und erzeugen eine mechanische Schwingung seiner Partikel.

Im subjektiveren Sinne ist Klang die Wahrnehmung dieser Schwingungen durch die besonderen Sinne von Tieren oder Menschen. Die Vielfalt der Geräusche, die wir hören, wird durch verschiedene Eigenschaften der Schallwelle, in der sie sich ausbreitet, und durch Kombinationen dieser Parameter bestimmt.

Zeigen Sie unten diese Kerneigenschaften des Klangs anhand eines Beispiels einer einfachen Sin-Welle:

1. Frequenz, die dem menschlichen Ohr als tiefer oder hoher Ton erscheint

Niedrige Frequenz (Bass)

Hochfrequenz (Cheep)

Eine Welle kann in einer Sekunde viele Zyklen erzeugen. Die Anzahl dieser Zyklen wird als Frequenz der Welle bezeichnet. Da die Welle durch einen vibrierenden Körper erzeugt wird, hat der vibrierende Körper die gleiche Charakteristik – die Frequenz. Die Frequenz der Schallwelle wird in Hertz gemessen.

Das Gleiche gilt für einen vibrierenden Körper. Eine vollständige Schwingung erzeugt einen vollständigen Wellenzyklus. Wenn pro Sekunde 50 Schwingungen erzeugt werden, können wir sagen, dass die Frequenz einer Welle 50 Hz beträgt, also 50 Zyklen pro Sekunde. Das heißt, 1 Hz entspricht 1 Schwingung pro Zeit.

Interessant ist, dass der Durchgang einer Welle durch verschiedene Substanzen die Wellenfrequenz nicht beeinflusst oder verändert, sondern unverändert bleibt.

Die Frequenz einer Welle ist die gleiche wie die Frequenz des schwingenden Körpers, der die Welle erzeugt. Bei schnellen Schwingungen wird eine größere Frequenzeinheit als Kilohertz (kHz) bezeichnet, also 1 kHz = 1000 Hz. Wenn wir uns mit Audio befassen, beschäftigen wir uns hauptsächlich mit einer Reihe von Frequenzen und Variationen, die gleichzeitig erklingen und die Natur des Klangs mit unterschiedlichen Tönen und Obertönen erzeugen.

Ein gesundes menschliches Ohr kann einen Ton im Bereich von 16 Hz bis 20 kHz wahrnehmen. Schall mit einer Frequenz unter 20 Hz wird Infraschall genannt, und eine Frequenz über 20 kHz, die das normale menschliche Ohr wahrnehmen kann, wird Ultraschall genannt.

2. Die Amplitude ist ein weiteres Merkmal einer Schallwelle, denn das menschliche Ohr zeigt sich im Schall als Lautstärke. Während die Frequenz angibt, wie schnell die Wellen sind, gibt die Amplitude an, wie hoch (oder niedrig) die Wellen sind. Im täglichen Leben wird die Lautstärke eines Tons in der Einheit Dezibel (dB) gemessen. Je höher der Dezibelpegel, desto lauter das Geräusch.

Geringe Amplitude (geringe Lautstärke)

Hohe Amplitude (hohe Lautstärke)

Die Tondauer ist die Zeitspanne, die der Ton von einem bestimmten Anfangslautstärkepegel bis zu 0 dB andauert. Tatsächlich handelt es sich also um eine Amplitudenfolge eines beliebigen Tons vom Startpunkt bis 0.

4. Timbre ist eine Besonderheit eines Klangs selbst, ist eine Klangqualität. Dies ist der Grund dafür, dass zwei verschiedene Musikinstrumente unterschiedlich klingen, selbst wenn jedes Instrument dieselbe Musiknote und mit genau derselben Lautstärke spielt. Mit „die gleiche Note spielen“ meinen wir, dass Instrumente die gleiche Tonhöhe (Frequenz) und Lautstärke haben. Bei der erneuten Erwähnung der Frequenz muss hinzugefügt werden, dass diese Frequenz den Ton (Tonhöhe) bestimmt, eine Note, mit der der Ton gespielt wird.

Wenn die Note auf einem beliebigen Instrument gespielt wird, können wir den Hauptton und andere subtile Töne hören, die auf anderen Tonhöhen erklingen; das sind Harmonische. Eine tiefere Tonhöhe als der Hauptton nennt man Nebentöne, eine höhere Tonhöhe nennt man Obertöne. Die Summe all dieser Frequenzen wird von unseren Ohren als Klang eines bestimmten Instruments wahrgenommen.

Wenn es um Klangsynthese geht, bei der es sich bei der Klangsynthese um die Technik zur Erzeugung eines gewünschten Klangs von Grund auf handelt, ist es notwendig, sich mit den gängigsten Wellenformen vertraut zu machen. Ja, Schallwellen können verschiedene Formen annehmen und da Schall das Produkt einer Welle ist, bestimmt die Wellenform die Farbe, Textur und Harmonie des erzeugten Klangs. Und der Prozess der Audiosynthese basiert darauf, einer Welle bestimmte Formen zu geben, sie zu mischen oder Hüllkurven, Filter und Effekte zu durchlaufen. Es kann ein völlig neuer Sound sein, den sich der Designer oder Musikproduzent vorgestellt hat, oder jeder Sound, den er reproduzieren möchte. Zu diesem Zweck kann elektronische Hardware oder Software verwendet werden. In Amped Studio haben Sie die Wahl zwischen Online-Synthesizern, mit denen Sie experimentieren, spielen und Ihre einzigartigen Sounds kreieren können.

1. Sündenwelle

Die Sin ist die einfachste und reinste Wellenform, sie belegt nur eine Frequenz. Alle Wellenformen werden daraus aufgebaut.

Manchmal kommt es vor, dass ein subtraktiver Synthesizer es nicht als grundlegende Wellenform enthält, weil es nur eine Frequenz einnimmt und nicht einer subtraktiven Bedingung entspricht, von der es nichts zu subtrahieren gibt. Der Sinuswellentyp kann leicht durch Tiefpassieren einer Dreieckswelle erzeugt werden.

2. Dreieckswelle

Es klingt einem Sinus sehr ähnlich, außer dass darüber etwas mehr zusätzliche Frequenzen liegen. Die Frequenzen enthalten nur ungerade Harmonische, die auch in der Rechteckwelle zu finden sind. Das heißt, sie haben den Grundton, die 3. Harmonische, die 5. Harmonische, die 7. Harmonische und so weiter. Diese Harmonischen werden „schwächer“, je weiter man sich von der Grundfrequenz entfernt. Der Unterschied zwischen einer Dreieckwelle und einer Rechteckwelle besteht jedoch darin, dass die Harmonischen schneller abfallen als bei einer Rechteckwelle.

3. Rechteckwelle

Wird auch als Pulswellenform bezeichnet, da sie durch eine sogenannte Pulsweitenmodulation gesteuert werden kann. Pulsweitenmodulation (oder PWM) steuert den Abstand der „Quadrate“.

Sie ähneln einer Dreieckswelle. Sie sind hergestellt und enthalten nur jede ungerade Harmonische (3., 5., 7. usw.). aber mit den höheren Harmonischen dauert das viel länger als das eines Dreiecks.

4. Sägewelle

Wie Sie auf dem Bild sehen können, ähnelt es teilweise einer Rechteckwelle, besteht jedoch aus geraden und ungeraden Harmonischen. Da es reich an Harmonischen ist, ist die Sägewelle die am häufigsten verwendete Wellenform. Basierend auf dieser Wellenform werden viele Sounds erzeugt.

1. Lärmwelle

Jeder hörte das Geräusch eines Fernsehers oder Radios, das nicht eingestellt war, es klang wie „Shshshsh“. Genau so klingt die Rauschwellenform. Dies liegt daran, dass viele völlig zufällige Frequenzen über das gesamte Gebiet verteilt sind. Noise wird von Sounddesignern häufig verwendet, um Claps, Sweeps und Hi-Hats zu erstellen, Synthesizern Höhen zu verleihen und vieles mehr.

Wie wir immer erwähnen, ist es wichtig zu experimentieren. Sie können jede Wellenform verwenden, um jede Art von Ton zu erzeugen, abhängig von Ihrer Idee und dem Audiobild. Und die allgemeine Verwendung kann wie folgt sein:

• Führung: Vierkant, Säge;
• Pad: Quadrat, Säge;
• Bässe: Dreieck, Quadrat, Säge;
• Subbass: Sinus, Dreieck.

Eine grundlegende Wahrheit über Schall ist, dass es nur zwei Variablen gibt: Zeit und Verschiebung der Teilchen. Wir können jeden erdenklichen Klang erzeugen, indem wir einfach Luftmoleküle zur richtigen Zeit um die richtige Menge verdrängen. Synthesizer-Software verwendet geeignete mathematische Methoden, um die richtige Verschiebung zur richtigen Zeit zu erzeugen und uns sowohl die mit bestimmten Wellenformen verbundenen Harmonischen als auch die zusätzlichen Wellen zu liefern, die zur Bildung von Akkorden erforderlich sind.

Die Beschreibung eines Klangs und der Umgang mit der Synthese sind auch wichtig, um Eigenschaften der Wellenform wie Phasenhüllkurve (ADSR) zu überprüfen.

Phase

Wie oben erwähnt, sind Audiowellenformen zyklisch, das heißt, sie durchlaufen regelmäßige Zyklen oder Wiederholungen. Phase ist der Betrag des Versatzes, der auf eine Welle angewendet wird, gemessen in Grad, und definiert sich als die Entfernung einer bestimmten Wellenform entlang ihres Zyklus.

Wenn beim Mischen zweier Wellenformen diese Wellenformen „phasenverschoben“ oder zueinander verzögert sind, kommt es im resultierenden Audio zu einer gewissen Auslöschung. Wie viel Auslöschung und bei welchen Frequenzen sie auftritt, hängt von den beteiligten Wellenformen ab und davon, wie weit sie phasenverschoben sind (zwei identische Wellenformen, die um 180 Grad phasenverschoben sind, heben sich vollständig auf).

Wellenformen mit der gleichen Sinusform sind um 90 Grad phasenverschoben und die resultierende Lautstärke wird zu 50 % aufgehoben.

Wellenformen mit derselben Sinusform sind um 180 Grad phasenverschoben, sodass wir keinen Ton hören und die Lautstärke vollständig aufgehoben wird.

Die Hüllkurve legt fest, wie sich ein Klang über die Zeit verhält. Es umfasst 4 separate Eigenschaften eines Klangs (ADSR).

ADSR steht für Attack, Decay, Sustain und Release. Mit diesen Parametern der (ADSR-)Hüllkurve können wir die Amplitude unserer Wellenform über die Zeit steuern.

Wenn Sie einen VOLT-Synthesizer von Amped Studio verwenden, sehen Sie dort einen Hüllkurvenbereich, mit dem Sie ADSR-Parameter manipulieren und Ihren benutzerdefinierten Sound synthetisieren können. Werfen wir einen kurzen Blick darauf.

A – Angriff

Wenn Sie irgendwelche Noten auf dem Synthesizer drücken, wird als erstes die Attack-Stufe ausgelöst. Der Attack-Bereich visualisiert für uns, wie lange es dauert, bis ein Ton beim Drücken einer Taste seine maximale Lautstärke erreicht.

Hier ist ein Beispiel für die Einstellung eines Sounds mit einem kurzen Attack. Wenn Sie die Taste drücken, hören Sie sofort den Ton, das heißt, der Attack ist auf 0.

Als nächstes folgt ein Beispiel für einen langen Angriff. Beim Drücken einer Taste dauert es 33 ms, bis der Ton seine maximale Lautstärke erreicht. Da der Angriff auf 33 ms eingestellt ist.

Die nächsten drei Eigenschaften Decay, Sustain und Release werden auf die gleiche Weise ausgelöst und auf der Synthesizer-Schnittstelle jeweils als D, S und R markiert.

D-Zerfall

Wenn die Phase des Attack-Abschnitts abgeschlossen ist, folgt als nächstes der Decay. In einem Decay-Abschnitt sinkt die Lautstärke über einen bestimmten Zeitraum auf den Sustain-Pegel, sodass tatsächlich das Decay für die Dauer der Abnahme verantwortlich ist.

S-Sustain

Der Pegel, auf dem der Klang verbleibt, wenn eine Taste gedrückt und gehalten wird, nachdem sie die Decay-Phase durchlaufen hat.

R-Veröffentlichung

Release ist die Zeit, die benötigt wird, bis die Lautstärke abnimmt und völlige Stille erreicht ist. Die letzte Stufe in Envelope. Diese Phase wird aktiv, wenn wir die Taste loslassen.

Befreiung kommt vom Aufrechterhalten; Wenn es kein Sustain gibt, gibt es auch kein Release. Durch die Steuerung von Attack, Decay, Sustain und Release einer Wellenform können Sie deren Klangfarbe wirklich verändern.

Hier finden Sie eine detailliertere Rezension des VOLT-Online-Synthesizers, der bequem und effektiv zur Umsetzung Ihrer Audio-Ideen eingesetzt werden kann.

Abschließend

Ein Klang ist eine Form von Energie und Information. Die Arbeit mit Klang ist eine subtile Arbeit mit dünner Energie. Diese Schwingungen sind für den Menschen lebenswichtig. Der richtige Ton für die richtige Person zur richtigen Zeit kann ein sehr wirkungsvolles Kommunikationsmittel sein, und Audiokommunikation ist manchmal effektiver als visuelle Kommunikation. Fundierte Kenntnisse sind für Musiker, Sounddesigner und Toningenieure von grundlegender Bedeutung.