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Erzeugung von Klängen und Geräuschen ohne Lautsprecher

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Nicht nur mit einem Lautsprecher kann man Geräusche und Klänge erzeugen.

Nachfolgend werden andere elektro-mechanische Varianten vorgestellt, wie die Verwendung von Servo Motoren, Elektromagneten und Vibrationsmotoren.

Dinge mit Hilfe eines Elektromagneten zum Klingen bringen

Dinge haben Eigenfrequenzen. Wenn man sie mit dieser Frequenz anregt, fangen sie stark an zu schwingen. Brücken können zusammenbrechen, wenn man sie mit ihrer Eigenfrequenz anregt. Oft können verschiedene Eigenfrequenzen f1 f2 f3 ... angeregt werden. Diese liegen oft in Harmonischen übereinander f1=f f2=2f f3=3f ...

Manche Dinge sind magnetisch. Dann kann ihre Eigenfrequenz mit Hilfe eines Elektromagneten angeregt werden.

Beispiele für solche Dinge sind Fahradklingeln, eiserne Glocken, Stahlprofile, die Saiten eines Klaviers, oder Stimmgabeln. Hier ist ein Beispiel einer Klanginstallation, bei der Stahl-Hohlprofile über Elektromagneten angeregt werden. Die Elektromagneten werden durch Mikrocontroller gesteuert:

http://www.kramann.info/___downloads/oberton.ogg

Der Nachteil dieser Technik liegt in dem hohen Energiebedarf eines Elektromagneten. Dieser Energiebedarf kann nicht mehr über den USB-Port eines PCs abgedeckt werden. Man benötigt eine zusätzliche Spannungsquelle und z.B. einen Power MOSFET, um die Schaltleistung zu verstärken.

Dinge mit Hilfe eines Servos zum Klingen bringen

Die gleichen Dinge, die mit einem Elektromagneten zum Schwingen angeregt werden, können auch mit Hilfe eines Servos zum Klingen gebracht werden. Dieser könnte darauf schlagen. Es ist normalerweise möglich einen Servo und den Mikrocontroller über den USB-Port mit Leistung zu versorgen.

Vielleicht steht aber auch ein Musikinstrument zur Verfügung, das durch Servos mechanisch angesteuert werden kann. Hier ist ein Beispiel dazu:

http://www.kramann.info/___downloads/robobass.ogg

Natürlich kann man auch zum Schlagen auf etwas Elektromagnete verwenden. Aber dafür benötigt man wieder viel Energie. Hier ist ein Beispiel dafür:

http://www.kramann.info/___downloads/mechatronical_mantra.ogg

Verändern des Klangs eines Lautsprechers

Wenn Sie Töne mit dem Mundstück eines Blasinstruments erzeugen, so mag Ihnen auffallen, dass dieser Klang nicht sehr schön ist und sehr wenig mit dem Klang des Instruments zu tun zu haben scheint. Denken Sie dabei an eine Oboe oder eine Klarinette. Erst der Resonanzkörper des Musikinstruments formt den für das Instrument charakteristischen Klang.

Auch der Klang eines einfachen Lautsprechers kann dadurch verändert werden, dass man in seine Nähe einen Resonanzkörper bringt. Trifft man dabei außerdem Eigenfrequenzen des Resonanzkörpers, so kann der Klang außerdem drastisch verstärkt werden. Hier ist ein Beispiel dazu, bei dem leere Joghurt-Gläser als Resonanzkörper verwendet wurden:

http://www.kramann.info/___downloads/masken.ogg

Erzeugen verschiedener Wellenformen mit Hilfe der PWM Technik

Bei den bisherigen Beispielen mit Lautsprecher wurden Rechteckschwingungen erzeugt. Das ist naheliegend, weil ein digitaler Ausgang nur ein- oder ausgeschaltet sein kann. Bei sehr hohen Frequenzen jedoch verrunden die durch den Lautsprecher hervorgebrachten Wellenformen. Deshalb würde die Imitation von Vogelgezwitscher beispielsweise gar nicht so unrealistisch klingen. Es gibt natürlich Digital zu Analog Wandler. Solche stehen aber derzeit für den Kurs nicht zur Verfügung. Jedoch ist es auch möglich mit einer sehr raschen Folge von PWM-Signalen die Formung einer quasi analgogen Welle zu ermöglichen. Wie bereits vorgestellt wurde, kann man bei PWM-Signalen annehmen, dass am Ausgang eine mittlere Spannung entsteht. Erfolgt der Wechsel der PWM-Pulse mit höherer Frequenz als 20kHz, so sind diese Wechsel für das menschliche Ohr nicht mehr wahrnehmbar und auf dem Lautsprecher bildet sich ein mittlerer Spannungsverlauf ab. Ein solch schneller Wechsel an PWM-Signalen erfordert eine besondere Technik. Der Aufruf der analogWrite() Funktion ist in der Regel zu langsam dafür. Bei der Verwendung von Schleifen geht es gerade so eben. Eine weitere Technik ist es eine Folge von Befehlen voraus zu berechnen und als Look-up-table bereit zu stellen.

Nichts Besonderes, aber in besonderer Weise behandelt

Es ist nicht unbedingt notwendig etwas ganz Besonderes für die Klangerzeugung einzusetzen. Es kann auch die besondere Behandlung einer gewöhnlichen Sache sein, die eine Installation interessant macht. Im folgenden Beispiel wurde ein PC Raum in eine Licht und Klanginstallation verwandelt:

http://www.kramann.info/___downloads/kanonspiel_aktuell.ogg