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18.03.1994

Trotz moderner Computerwerkzeuge sind Fantasie und Koennen gefragt Die Soundkarte im PC macht noch lange keinen Komponisten Von Thomas Buettner*

Die elektronische Revolution hat in der Musikwelt schon vor mehr als einem Jahrzehnt eingesetzt. So feiert die Midi-Spezifikation, ein Protokoll zum Austausch elektronischer Tondaten, in diesem Jahr ihr zehntes Jubilaeum. Nicht zuletzt diese Schnittstelle hat bewirkt, dass sich der Computer zu einem weitverbreiteten Werkzeug bei der Produktion und Darbietung von Musik entwickelt hat.

Die Audiokomponente von Multimedia greift Entwicklungen der Musikelektronik auf und macht sie einer immer breiteren Schicht von Anwendern zugaenglich. Ein PC, von seiner Grundausstattung her nicht fuer klangliche Aufgaben konzipiert, laesst sich per Soundkarte zu einem vielseitigen Musikinstrument aufruesten.

Akustische Ereignisse werden digitale Signale

Auf einer solchen Karte sind mehrere verschiedene Module zur Klangerzeugung integriert, wobei hier grosse Qualitaetsunterschiede bestehen, die sich meist im Preis niederschlagen. Die Einsteckkarte "Soundblaster Pro" von Creative Labs stellt wegen ihrer Vielseitigkeit einen weitverbreiteten Standard dar. Im Vergleich zu einer High-end-Ausfuehrung wie der "Multi-Sound" von Turtle Beach bleibt sie klanglich allerdings weit zurueck. In der Regel stellt eine Soundkarte vier Bauelemente zur Verfuegung: ein Sample-Modul, einen Synthesizerchip, ein Midi-Interface sowie Midi-Software.

Das Sample-Modul sorgt mit Hilfe der Sample-Technik dafuer, dass akustische Ereignisse in digitale Signale umgewandelt werden. Dabei tastet ein Analog-Digital-Wandler den Output eines Mikrofons oder Tonbands schrittweise ab und codiert die Schwingungsverhaeltnisse als Bit-Folgen. Auf diese Weise entstehen naturnahe Aufnahmen, die sich beliebig nachbearbeiten lassen.

Klangqualitaet richtet sich nach dem Raster

Die Wiedergabe erfolgt auf dem umgekehrten Weg: Ein Digital- Analog-Wandler konvertiert die Bit-Folgen in spannungsbezogene Analogsignale, die ueber einen Lautsprecher ausgegeben werden.

Die Klangqualitaet von Aufnahme und Wiedergabe richtet sich danach, wie fein das Raster ist, mit dem die Wandler das Audiosignal abtasten. Um CD-Qualitaet zu erreichen, muss man mit einer Abtastfrequenz von 44,1 Kilohertz aufnehmen. Dadurch werden Samples zu wahren Speicherfressern. Eine Minute Monosignal verschlingt zirka 5 MB auf der Festplatte - das macht eine Speicherung auf CD-ROM-Datentraegern naheliegend.

Ein weiterer klangpraegender Faktor ergibt sich durch die Datenbreite der Verarbeitung: Auf 4-Bit-Ebene kann das Ergebnis eines Abtastschritts nur 16 verschiedene Zustaende annehmen, wodurch gesampelte Sprache gerade noch im Bereich der Verstaendlichkeit liegt. Musikalische Anwendungen erfordern jedoch Bit-Breiten von 16 oder 32. Die hohe Rechenleistung, die dazu erforderlich ist, wird von einem DSP-Chip (Digital Signal Processor) geliefert, einem speziellen Prozessor mit eingeschraenktem Befehlssatz und hoher Rechengeschwindigkeit.

Das ganze Spektrum der gaengigen Synthesizerchips findet auf den verschiedenen Soundkartenmodellen Verwendung. Bei der FM-Synthese (Frequency Modulation) auf den Soundblaster-kombatiblen Karten werden die Schwingungen mehrerer Oszillatoren algorithmisch miteinander verrechnet und anschliessend verschiedenen Filter- und Modulationsverfahren unterzogen.

Der Soundchip der Multi-Sound arbeitet nach dem Prinzip der Wavetable-Synthese, wobei bereits fuer die Ausgangsschwingung des Tons komplizierte Wellenmuster herangezogen werden.

Im Unterschied zur Sample-Technik erzeugt ein Synthesizer den Klang samt seinem Obertonverhalten selbst und ist deshalb in der Lage, voellig neue, ungewoehnliche Klaenge zu schaffen. Andererseits sind synthetisierte Klaenge nicht so naturnah wie Samples, die akustische Ereignisse akkurat wie ein Tonband festhalten und wiedergeben. Anspruchsvolle Synthesemethoden kombinieren jedoch beide Verfahren - beispielsweise, indem fuer die kurze, aber komplexe Einschwingphase eines Tons ein Sample verwendet wird und fuer die laengere Ausschwingphase kuenstlich erzeugte Wellenformen.

Die Datenmenge und Rechenleistung, die ein Synthesizer zur Tonerzeugung benoetigt, ist deutlich geringer als bei der Sample- Technik. Deshalb nutzt man synthetische Klaenge oft zur Untermalung.

Das Midi (Musical Instruments Digital Interface) ermoeglicht den Datenaustausch und die Synchronisation zwischen bestimmten Geraeten wie beispielsweise Synthesizer, Sequenzer, Effektgeraete, Mischpulte, Buehnenlichtanlagen und Computer mit Midi-Interface und entsprechender Software.

Midi Association wacht ueber die Standards

Die Midi-Spezifikation wurde 1983 durch eine Uebereinkunft der Musikelektronik-Hersteller ins Leben gerufen. Die unabhaengige Vereinigung International Midi Association (IMA) ueberwacht die Einhaltung der Standards.

Midi-Signale arbeiten nach folgendem Prinzip: Sobald ein Tonerzeuger ein Note-on-Signal erhaelt, gibt er einen Ton aus, den er so lange klingen laesst, bis er mit einem Note-off-Signal abgeschaltet wird. Jedes Signal enthaelt Informationen darueber, in welcher Tonhoehe und Lautstaerke der Ton erzeugt werden soll.

Neben diesen grundlegenden Signalen kennt die Midi-Sprache auch komplexere Strukturen: Es gibt Controller-Daten, die beim Tonerzeuger zum Beispiel ein Pitchbending (Tonhoehenbeugung) oder ein Vibrato ausloesen koennen. Die Nachrichtenart "System Exclusive Messages" kann nicht nur reine Midi-, sondern auch Sample-Daten oder Presets fuer die Klangregister eines Synthesizers versenden.

Allerdings sind systemexklusive Nachrichten datenintensiv und erreichen leicht die Grenze der Echtzeitfaehigkeit eines Midi- Systems. Wenn die Datenmengen die Uebertragungsrate von 31,5 kBaud der seriell ausgelegten Midi-Schnittstelle uebersteigen, geraet der zeitliche Ablauf der Uebertragung ins Stocken, und die Musik faellt aus dem Takt.

Bei der technischen Konzeption vor zehn Jahren war man nicht auf derart umfangreiche Datenpakete eingestellt. Und heute haette eine grundlegende Aenderung des Protokolls erhebliche Inkompatibilitaeten zur Folge, so dass man auch weiterhin mit der Version 1.0 der Midi- Spezifikation arbeitet.

Dennoch sind im Laufe der Jahre einige Erweiterungen des urspruenglichen Konzepts hinzugekommen: Die Festlegung eines standardisierten Midi-File-Formats raeumte Kompatibilitaetsprobleme zwischen verschiedenen Softwaresystemen aus dem Weg. Des weiteren brachte der General Midi Standard (GM, GS) Schritte zur Vereinheitlichung der Bedienung.

Die Steuerung des musikalischen Gleichklangs

Ein praktischer Tip zum Betrieb von Soundkarten-Interfaces: Die meisten Karten verfuegen zwar ueber ein Midi-Interface, die Kabel, die zum Anschluss externer Geraete noetig sind, werden jedoch nicht mitgeliefert und sind auch im Computerfachhandel nicht erhaeltlich. In Musikfachgeschaeften werden solche Kabel jedoch zu einem guenstigen Preis angeboten.

Die Midi-Schnittstelle ermoeglicht die Nutzung der Rechen- und Speicherressourcen des Computers fuer musikalische Anwendungen. Die interaktiven Faehigkeiten von Maus und Bildschirm bieten Editiermoeglichkeiten bis ins letzte Bit. Sequenzer-Software speichert Musik, die auf Midi-Instrumenten eingespielt wird, und stellt dann alle Ton- und Controller-Daten als grafische Elemente dar.

Diese lassen sich dann sogar waehrend des Abspielens der Musik beliebig bearbeiten. Mit entsprechender Software lassen sich Midi- Daten als Noten darstellen und ausdrucken. So erhaelt man notationstechnisch korrekte und gut leserliche Notenausdrucke musikalischer Verlaeufe.

Software, die dem Begriff "algorithmische Komposition" zuzuordnen ist, kann auf die Vorgabe von Harmonieverlauf und Musikstil hin Begleitmuster oder eigenstaendige Phrasen erstellen und vorgegebene Motive variieren. Musikalische Lernsoftware bietet die Moeglichkeit, Gehoer, Harmonieverstaendnis und Spieltechnik zu trainieren.

Bedeutung kommt auch der Steuerung des musikalischen Gleichlaufs zu. Ein Sequenzer benoetigt zum Speichern von Rhythmus und Tonlaengen einen festen Puls, auf den er die Zeitunterschiede zwischen den einzelnen Toenen bezieht. Der PC stellt dazu die Taktfrequenz seines Timer-Chips zur Verfuegung, die in den sogenannten Midi-Timecode (MTC) umgerechnet wird.

Einer solcher Puls ist in der Lage, Midi-Geraete zu synchronisieren oder auch mechanische Tonbandmaschinen mit diesen zu koppeln, indem eine Spur des Tonbands mit dem Pulssignal bespielt wird. Ausserdem erlaubt diese Methode eine rhythmische Quantisierung der Musik, das heisst, ungenau eingespielte Toene lassen sich nachtraeglich durch algorithmische Berechnung auf einen stimmigen Zeitwert verschieben.

Ein Konzept, das immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die Kombination von Midi- und Sample-Technik, das sogenannte Harddisk- Recording. Unter ein und derselben Benutzeroberflaeche lassen sich Midi- und digitale Audiodaten aufnehmen, bearbeiten und abspielen. Bei der Bearbeitung kann man wahlfrei auf die verschiedenen Datentypen zugreifen, sie beliebig miteinander kombinieren und frei im Kontext eines musikalischen Ablaufs plazieren.

Sogenannte Cue-Points definieren dabei Anfangs- und Endpunkte eines Zugriffs, so dass die Originaldaten von jeder Bearbeitung unbeeinflusst bleiben. Besonders im Bereich der Filmmusik ist dies bei der Synchronisation zwischen Bild und Ton von grossem Vorteil.

Viele Bestrebungen gehen in die Richtung, das Ausdrucksrepertoire elektronischer Musik zu erweitern. Der Spieler eines traditionellen Instruments kann durch expressive Techniken wie Vibrato, Ueberblasen, Flageolett etc. vielfaeltige Ausdrucksvariationen erzeugen, die auf einer Synthesizerklaviatur nicht zu realisieren sind.

An der Grenze der Uebertragungsfaehigkeit

Der Einsatz von Midi-Konvertern ermoeglicht es schon seit laengerer Zeit, herkoemmliche Instrumente wie Saxophon, Gitarre, Akkordeon als Steuergeraete fuer elektronische Tonerzeuger einzusetzen. Die typische Spielweise eines jeden Instruments kann somit direkt die Parameter der Klangsynthese beeinflussen. Die Datenmenge, die dabei moeglicherweise anfaellt, ist allerdings so gross, dass man leicht an die Grenzen der Uebertragungsfaehigkeit eines Midi-Systems stoesst.

Um in Echtzeit moeglichst grossen Einfluss auf die Klangparameter zu gewinnen, wurden voellig neue Musikinstrumente und Spieltechniken entworfen. Bei der Laserharfe beispielsweise werden Fingerbewegungen innerhalb einer Laseroptik in Midi-Daten umgesetzt. Der Breath-Controller ist ein Mundstueck, mit dem ein Instrumentalist durch Atemstoesse auf bestimmte Midi-Parameter einwirken kann. Der Gesten-Controller steuert ein komplettes Buehnensystem. Er wird am Handruecken befestigt und reagiert auf Handbewegungen.

Bei aller Vielfalt der Moeglichkeiten, die der Computer in den Bereich der Musik einbringt, bleibt anzumerken, dass es sich dabei um Werkzeuge und technische Hilfsmittel handelt, die ebenso beherrscht sein wollen wie ein Klavier oder eine Violine. Entscheidend bleibt das musikalische Koennen und die Fantasie, besonders in einer Zeit, in der die Rezeption elektronischer Musik so weit fortgeschritten ist, dass die blosse Neuartigkeit eines Klangs beim Zuhoerer keinen grossen Effekt mehr hervorrufen kann und in der Popmusik ein allgemeines Zurueckgreifen auf traditionelle Instrumente stattfindet.