klank van een cirkelvormig membraan

WaveGuide7

Gedeactiveerd account
Lid sinds
12 november 2009
Berichten
1.152
Ronde membranen zijn de toonopwekkers van alle "membranofone" instrumenten, waaronder trommels, paukens. Bestaan er goede syntheses van? Ik hoor het graag. Hieronder in elk geval iets over mijn eigen synthese.

Net zoals een snaar heeft ook een membraan boventonen. En net zoals bij de snaar zit er wetmatigheid in de frequenties daarvan, alleen zou je dat niet direct zeggen als je naar onderstaand lijstje kijkt. In de linker kolom de frequentieverhoudingen van een (ideale) snaar; rechts die van het membraan:

Code:
     frequentieverhoudingen boventonen
   --------------------------------------
     (ideale) snaar   |     membraan
   -------------------|------------------
          1           |    1                    
          2           |    1,59334040...   
          3           |    2,13554863...   
          4           |    2,29541708...   
          5           |    2,65306619...   
          6           |    2,91729523...   
          7           |    3,15546457...   
          8           |    3,50014722...   
          9           |    3,59848438...   
         10           |    3,64745089...        
         etc          |    etc.

De membraan-reeks is niet alleen grillig maar bovendien onvolledig: tussen de meeste opeenvolgende waarden van de tweede kolom zitten tussenwaarden, in principe zelfs oneidig veel! Wel horen die bij boventonen die een verwaarloosbaar volume hebben.

De waarden van de tweede kolom kun je vinden met Besselfuncties (van het type dat je ook tegenkomt bij FM-synthese). Besselfuncties lijken een beetje op dempende sinusgolven. Zie grafiek. De plaatsen waar de grafiek de horizontale as snijdt heten nulpunten; hun ligging is aangegeven met een stip.
De frequentieverhoudingen van een cirkelvormig membraan vind je door afstand van de stippen te delen door de afstand van de eerste stip. Zo krijg je bovenstaande tabel.

attachment.php


Stel bijvoorbeeld dat je een membraanklank wilt maken met een grondtoon van 100 Hz, dan heeft de eerste boventoon een frequentie van 159,3 Hz, de tweede 213,5 Hz etc.

Hoe klinkt een membraan met 58 boventonen, waarvan de grondtoon 65 Hz is? Onderstaande link is een voorbeeld dat ik gemaakt heb met mijn eigen software, WaveWizard. Elke boventoon dempt exponentieel, en heeft een eigen dempingstijd: hoe hoger de boventoon des te korter de dempingstijd. Dit geluidje mag van mij zo in een Hollywood Mongolenfilm, maar is het ook "realistisch"? Neen. Nooit zul je een membraan horen dat zo klinkt. Dat komt omdat geen rekening is gehouden met de volumeverhoudingen van de boventonen. Net zoals bij een snaar van een elektrische gitaar hangen die verhoudingen af van de plaats waar je aanslaat en ook van de plaats waar het "element" zit. Meer over de technische details in de WaveWizard draad.
Aan zo'n meer realistische membraantrilling werk ik nu. I'll be back.

https://soundcloud.com/rutger-teuni...t-lange-frequentieafhankelijke-dempingstijden

.
 

Attachments

  • Besselfuncties met nulpunten.jpg
    Besselfuncties met nulpunten.jpg
    43,7 KB · Bekeken: 99
Zo is het inderdaad :okdan: Gelukkig heb je daar bij elektrische synthesizers niet zo gek veel last van... :D
 
Interessant om te lezen. In hoeverre heeft de vorm van de trommel hier invloed op? Is dat alleen resonantie?
 
Interessant om te lezen. In hoeverre heeft de vorm van de trommel hier invloed op? Is dat alleen resonantie?

Bij een cirkelvormig membraan heb je twee soorten trillingsbewegingen: diametrale en cirkelvormige. De
cirkelvormige zijn afkomstig van Besselfunctie J0 (zie figuur in post #1 en animatie hieronder.) De frequenties ervan zijn erg gevoelig voor koppelingsverschijnselen die afhangen van de vorm en constructie van de trommel. Bij een koepelvorm krijgen enkele boventonen bijna-harmonische frequentieverhoudingen; daardoor ontstaat een "toon-achtige" indruk: de pauken.


Code:
        ----------------------------------------------------------------------
        |                  frequentieverhoudingen boventonen                  |
        |---------------------------------------------------------------------|
        | (ideale) snaar  | pianosnaar * |  (ideaal) membraan  |   pauken *   |
        ------------------|--------------|---------------------|--------------|
        |      1          |   1,0000     |       1,0000        |    1,000     |
        |      2          |   2,0012     |       1,5933        |    1,504     |
        |      3          |   3,0048     |       2,1355        |    1,742     |
        |      4          |   4,0120     |       2,2954        |    2,000     |
        |      5          |   5,0239     |       2,6530        |    2.245     |
        |      6          |   6,0418     |       2,9172        |    2,494     |
        |      7          |   7,0669     |       3,1554        |    2,800     |
        |      8          |   8,1001     |       3,5001        |    2.979     |
        -----------------------------------------------------------------------

 (*) volgens Fletcher en Rossing "Physics of musical instruments"

 
Zo is het inderdaad :okdan: Gelukkig heb je daar bij elektrische synthesizers niet zo gek veel last van... :D

Ja daar heb je bij een synth geen last van :) Een van de vele uitdagingen voor de elektronische klankopwekking is om de expressiviteit te evenaren waarmee de complexiteit van akoestisch geluid gepaard gaat.

Voorbeeld. Gisteren haalde ik een paukenslag-wavbestandje van 't net. Tot mijn verrassing bleken niet de hoge, maar de lage tonen in de attack het eerst te komen; hogere tooncomponenten volgen geleidelijk en pas na 35 milliseconde de hoogsten rond 2000 Hz. Dat verklaart waarom de aanzet van het paukengeluid klinkt als een zware, doffe dreun, echt een blow: bwwwoemmm. Cool! Hieronder het sonogram van de paukenslag. Horizontaal de tijd, verticaal de frequentie. Let op de schuin lopende aanzet: hoe hoger een boventoon des te langer duurt het voordat-ie begint.

attachment.php



Ik heb geprobeerd het effect na te doen, maar dat is tot nu toe niet gelukt. De terugkoppeling tussen membraan en ketel is zeer complex. Het gaat erom die goed te snappen. Proberen een sonogram na te doen is uiteindelijk maar een treurig hazardspel...
 

Attachments

  • pauken.mp3
    186,7 KB · Bekeken: 98
  • Sonogram paukenslag.jpg
    Sonogram paukenslag.jpg
    23,8 KB · Bekeken: 108
Back
Top