Zusammenfassung:
Forscher der School of Engineering der University of Nottingham im Vereinigten Königreich haben eine neue Soundeffekttechnologie entwickelt, die den Zuhörern den Eindruck vermittelt, dass sich der Klang bewegt, indem sie die Interaktion von Schallwellen steuert, die von mehreren Lautsprechern im Raum erzeugt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Rotationslautsprechern verfügt dieses System nicht über Motoren, Riemen oder rotierende Teile, ist aber in der Lage, einige der einzigartigen Klangeffekte klassischer Rotationslautsprecher zu reproduzieren.
Im Mittelpunkt dieser Forschung steht nicht einfach die Veränderung des Audiosignals, sondern die direkte Manipulation der Art und Weise, wie sich der Schall physisch ausbreitet, wenn er den Zuhörer erreicht. Die Forscher erstellten eine kreisförmige Anordnung aus mehreren Lautsprechern und bewegten das Audiosignal elektronisch entlang der Lautsprecheranordnung, sodass die resultierenden Schallwellen einen Effekt erzeugten, der der Rotation der Schallquelle im Raum ähnelt.
Herkömmliche Tongeräte verarbeiten normalerweise elektronische Signale, bevor der Ton in die Lautsprecher gelangt. Effekte wie Chorus, Flanger und Phaser erzeugen beispielsweise alle besondere Hörerlebnisse, indem sie die Phasen-, Zeit- oder Frequenzeigenschaften von Audiosignalen verändern. Doch die Lösung der University of Nottingham kommt einer echten „bewegten Schallquelle“ näher, da die Veränderungen auftreten, wenn die Schallwellen den Lautsprecher bereits verlassen und sich in Richtung des Zuhörers ausgebreitet haben.
Diese Technologie wurde von den Leslie-Rotationslautsprechern inspiriert, die in den 1930er Jahren auf den Markt kamen. Der Leslie-Lautsprecher wurde ursprünglich in elektronischen Orgeln verwendet. Sein einzigartiges Merkmal besteht darin, dass das Lautsprecherhorn oder die Schallwand mithilfe eines Motors und eines Riemens in Rotation versetzt werden, sodass der Klang den Zuhörer kontinuierlich aus verschiedenen Richtungen erreicht und so ein Klangbild mit ausgeprägtem Raumgefühl und periodischen Veränderungen entsteht.
Leslie-Lautsprecher wurden später zum repräsentativsten Soundeffektgerät in der Musikgeschichte. Viele elektronische Musikgeräte, digitale Effekte und Software-Plug-Ins versuchen, diesen Klang zu emulieren, einschließlich verschiedener Phaser und Chorus-Effekte. Allerdings verändern diese digitalen Simulationen hauptsächlich das elektronische Signal und können die akustischen Veränderungen, die durch eine reale Schallquelle verursacht werden, die sich im Raum bewegt, nicht vollständig nachbilden.
Dieses Problem hoffen Forscher der Universität Nottingham zu lösen. Der von ihnen entworfene „Festkörper-Rotationslautsprecher“ verfügt über keine mechanisch beweglichen Teile. Stattdessen wird ein fest installiertes Lautsprecherarray verwendet, um das Ausgabetiming und die Phase verschiedener Lautsprecher zu steuern, damit die Schallwelle selbst einen räumlichen Ausbreitungseffekt erzeugen kann, der dem einer rotierenden Schallquelle ähnelt.
Daher liegt dieses System irgendwo zwischen traditionellen mechanischen Soundeffekten und rein digitalen Soundeffekten. Es verfügt nicht über die komplexe mechanische Struktur herkömmlicher rotierender Lautsprecher. Gleichzeitig simuliert es nicht nur den Rotationseffekt auf Audiosignalebene, sondern nutzt direkt die Ausbreitung und Interferenz physikalischer Schallwellen im Raum, um Klangveränderungen zu erzeugen.
Fernando Perez-Cota, Assistenzprofessor an der Fakultät für Elektrotechnik und Elektronik der Universität Nottingham, sagte, dass die Klangmodulation aktueller Musik grob in zwei Kategorien unterteilt werden kann. Zum einen handelt es sich um die akustisch-mechanische Methode des ursprünglichen Leslie-Lautsprechers, zum anderen um moderne elektronische und digitale Verarbeitungsmethoden. Diese Forschung versucht, einen neuen technischen Weg zwischen den beiden zu etablieren.
Die Forscher glauben, dass der Wert dieses Ansatzes weitaus größer sein könnte als der Wiederaufbau eines Leslie-Lautsprechers ohne mechanische Teile. Da das Lautsprecherarray per Software gesteuert werden kann, kann es theoretisch Klangbewegungsmuster erzeugen, die mit herkömmlichen rotierenden Lautsprechern nicht einfach zu erreichen sind.
Durch die Änderung der Signalbeziehung zwischen verschiedenen Lautsprechern kann der Ton beispielsweise unterschiedliche Richtungen, unterschiedliche Geschwindigkeiten oder sogar komplexere räumliche Bewegungen erzeugen. Im Vergleich zu mechanischen Rotationsgeräten muss bei der elektronischen Steuerung nicht darauf gewartet werden, dass physische Komponenten beschleunigt oder abgebremst werden, und sie ist nicht durch Motoren, Riemen und mechanische Strukturen eingeschränkt.
Dies bedeutet auch, dass zukünftige Musikproduzenten möglicherweise Zugriff auf ein neues Sounddesign-Tool haben. Herkömmliche Soundeffekte erzeugen Effekte hauptsächlich durch Veränderung der Frequenz, Phase und dynamischen Eigenschaften des Klangs selbst, und diese Technologie kann darüber hinaus „woher der Klang kommt und wohin er sich bewegt“ als Teil der Klangerzeugung berücksichtigen.
Die Forscher betonten, dass es dabei nicht einfach darum geht, mehrere Lautsprecher gleichzeitig zu verwenden, um denselben Ton wiederzugeben. Was wirklich zählt, ist die Signalbeziehung zwischen den Lautsprecher-Arrays und die daraus resultierenden Änderungen bei der Interferenz und Ausbreitung von Schallwellen. Durch die präzise Steuerung dieser Faktoren kann der Hörer die Bewegung der Schallquelle durch den Raum erleben.
Derzeit handelt es sich bei diesem System noch um einen experimentellen Prototyp, aber das Forschungsteam glaubt, dass es das Potenzial hat, eine neue Soundeffekt-Plattform zu werden. Zukünftig kann es nicht nur für Musikproduktionen und Live-Auftritte eingesetzt werden, sondern auch für immersive Audio-, Spatial-Audio- und andere Szenarien, die eine präzise Kontrolle der räumlichen Position des Klangs erfordern.
Diese Forschung wurde im „Audio Engineering Society Journal“ veröffentlicht, der Titel des Papiers lautet „The Solid-State „Rotary“ Speaker“, die Forscher sind Nicholas Wolstenholme und Fernando Perez-Cota.
Im Vergleich zu herkömmlichen Rotationslautsprechern haben Festkörperlösungen auch einen offensichtlichen Vorteil, nämlich den einfacheren mechanischen Aufbau. Herkömmliche Leslie-Lautsprecher benötigen Motoren, Getriebestrukturen und rotierende Teile, um lange zu funktionieren. Sie sind nicht nur größer, sondern erzeugen auch mechanische Geräusche und Verschleiß. Feste Lautsprecher-Arrays können die Klangmodulation durch elektronische Steuerung vervollständigen, sodass es theoretisch einfacher ist, eine digitale Steuerung und Automatisierung zu erreichen.
Das Forschungsteam sagte, es hoffe, dass dieses Konzept in Zukunft zu erschwinglicheren Kosten und in einem günstigeren Umfang auf die Musikproduktion angewendet werden könne. Mit anderen Worten geht es bei dieser Technologie nicht nur darum, teure klassische Rotationslautsprecher zu ersetzen, sondern sie soll es mehr Musikproduzenten ermöglichen, räumliche Klangeffekte zu erzielen, für die bisher spezielle mechanische Geräte erforderlich waren.
Wenn diese Technologie weiterentwickelt wird, könnte sie sogar das Verständnis der Menschen für „Soundeffekte“ verändern. Früher verarbeiteten Effektgeräte Klänge hauptsächlich auf elektronischer Signalebene; In Zukunft könnten Soundeffektgeräte die Art und Weise, wie sich Schallwellen im realen Raum ausbreiten, direkt steuern und so den Klang selbst zu einem Objekt machen, das „so programmiert werden kann, dass es sich bewegt“.
Diese Forschung der University of Nottingham bietet somit einen neuen Weg zwischen mechanischer Akustik und digitaler Signalverarbeitung. Dabei lässt sich der Lautsprecher nicht tatsächlich drehen, sondern sorgt mithilfe elektronischer Steuerung dafür, dass die Schallwellen räumliche Eigenschaften aufweisen, die denen einer rotierenden Schallquelle ähneln. Für die Musikproduktion und räumliches Audio könnte diese Idee, „Klang zu bewegen statt nur Klangsignale zu verändern“, ein neues Feld eröffnen, das über die traditionelle Soundeffekttechnologie hinausgeht.
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