Von physikalischer Modellierung zu Klavierbau (FPM2)

Projektnummer:	FWF P 29386
Projektleiter:	Prof. Dr. Antoine Chaigne
Forschungsstätte:	Institute of Music Acoustics (IWK) University of Music and Performing Arts Vienna
Bewilligungsdatum:	18.05.2016
Projektbeginn:	01.10.2016
Projektende:	30.09.2017
Ergebnisse & Medien:	https://sites.google.com/view/achaigne-homepage/accueil

Kurzfassung

Seit etwa zwanzig Jahren wurden physikalische Modelle verwendet, um Musikinstrumente zu simulieren. Die Methode besteht in der Lösung der Gleichungen, die die Bewegung der konstitutiven Teile der Instrumente beschreiben, mit Hilfe geeigneter numerischer Methoden. Die Ergebnisse dieser Gleichungen erhalten wir in Form von Audiodateien, die über Lautsprecheranlagen zu hören sind. Die Qualität der so synthetisierten Tönen ist abhängig von der Genauigkeit des Modells. Der Hauptvorteil von Simulationen auf der Basis physikalischer Modelle im Vergleich zu anderen Tools (Sampling, Signalverarbeitung) liegt in den direkten Verbindungen zwischen den erzeugten Klängen und den geometrischen bzw. Materialeigenschaften des modellierten Instruments. Als Konsequenz wird es nun denkbar, die Klangqualität des geplanten Instruments schon vor seiner Fertigstellung vorherzusagen. Im Falle des Klaviers ergeben die neuesten Simulationen insgesamt sehr realistische Klänge, trotz einiger deutlichen Einschränkungen, die besonders für die tiefsten Töne im Bassbereich hörbar sind. Darüber hinaus zeigen die simulierte Klaviertöne im Vergleich zu realen Tönen ein monotones Ausklingverhalten. Für historische Hammerflügel ist es darüber hinaus notwendig, die physikalische Beschreibung der drei Hauptregister (Bass, Mittellage, Diskant) zu verfeinern, da jedes seinen eigenen Charakter besitzt. Von diesen Beobachtungen werden drei Hauptthemen in vorliegenden Projekt untersucht werden, die mit der Modellierung der Resonanzboden, Saiten und Schallfeld verbunden sind. Die Funktion des Resonanzbodens in der Charakterisierung der Pianoforte-Register kommt daher, dass nur ein beschränkter Teil vibriert, im jeweiligen Register mit ganz spezifischen modalen Frequenzen. Das Ziel des Projektes ist deshalb, diese modale Verteilung mit hochauflösenden spektralen Methoden zu studieren. Für die Saitenbewegung werden wir die neuesten verfügbaren Ergebnisse benutzen, die mit der nicht-planaren Bewegung der Klaviersaiten verbunden sind. Damit wollen wir den komplexen Ausklang der Klaviertöne erklären und reproduzieren. Schließlich werden Experimente über das Schallfeld eines Klaviers im reflexionsarmen Raum des Institut für Wiener Klangstil (IWK) an der Universität für Musik und darstellende Kunst Wien (MDW) durchgeführt. Ein Schwerpunkt wird auf die Funktion des Deckels und über die Wirkung des Bodens, besonders im Bassbereich, gestellt. Zusätzlich wird eine originale Korrelationsmethode benutzt, um zu bestimmen, welche Elemente des Klaviers die optimale Schallstrahler des Instruments in den einzelnen Frequenzbereichen sind. Aus den Ergebnissen dieser Studien sind so deutliche Verbesserungen des physikalischen Klaviermodells zu erwarten, dass es als Richtlinie im Klavierbau verwendet werden kann. Die wesentliche Originalität des Projektes liegt darin, fortschrittliche experimentelle Studien mit numerischen Simulationen zu kombinieren, unter Verwendung eines Klaviermodelles, in dem Saiten, Resonanzboden und Schallfeld miteinander gekoppelt sind.

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