Abb.1: Querschnitt eines Manuals
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Es sind drei Varianten vorgesehen:
Es sollen zunächst der Aufbau des klassischen Instruments erläutert und im weiteren auf die Realisierung der Mensch-Maschine Schnittstelle und die Klangerzeugung eingegangen werden. Hierbei soll zunächst von der ISPW-Version ausgegangen werden, die Anforderungen an den MIDI-Synthesizer sowie dessen Einschränkungen sollen dann im Anschluß daran erläutert werden. Abschließend werden die bislang vorliegenden Resultate und Verbesserungsvorschläge diskutiert.
Im Mixtur-Trautonium existieren jeweils zwei Manuale und Pedale. Jedem Manual,
welches bei 70 cm Länge ca. 4 Oktaven umfasst, sind vier
Tongeneratoren zugeordnet, deren Frequenzen Subharmonische, d.h. der Quotient
aus Steuerfrequenz und einer ganzen Zahl, der Steuerfrequenz des Manuals sind.
Die Auswahl der Subharmonischen für die vier Generatoren wird über
Drehschalter eingestellt. Der Drucksensor ist ein
Flüssigkeitswiderstand.
Die Pedale sind beim Mixtur-Trautonium durch je zwei Schalter ergänzt, die
durch die seitliche Bewegung des Pedals ausgelöst werden können und
eine andere Kombination von Subharmonischen auswählen. Die
Lautstärkeverhältnisse zwischen den Subharmonischen bleiben bei jeder
Pedalstellung bestehen.
Die Summe der Subharmonischen wird dann den beiden parallelen nachschwingenden
Resonanzfiltern zugeführt.
Abb.1:
Querschnitt eines Manuals
Die analogen Meßwerte der Saitenposition, des Manualdrucks und des Pedalwinkels werden von einem achtkanaligen 12-Bit Analog/Digital-Wandler, der über den ROM-Port am Atari ST angeschlossen ist, gemessen und als Pitch-Bender-, Volume-Controller, sowie Controller 31 als 14-Bit Daten übermittelt. Die Schalter an den beiden Pedalen sind über den Joystick-Eingang des Atari ST angeschlossen. Die beiden Alpha-Dials für die Parameter-Auswahl und -Einstellung, sowie die zugehörigen Blockierungsschalter an der User-Interface-Box sind am Mausport des Atari angeschlossen. Die drei Knöpfe in der User-Interface-Box, die für das Vorwärts- und Rückwärtsschalten der Presets und die Speicherung des aktuellen Parametersatzes im aktuellen Preset zuständig sind, sind auf den freien Datenleitungen auf der Adresse des A/D-Wandlers angeschlossen.
Abb. 2: Die Mensch-Maschine Schnittstelle
Die MIDI-Daten des Trautonium-Controllers werden vom Programm MAX auf einem Macintosh Computer empfangen, der die Verwaltung der Parameter (Werte der Subharmonischen für jede Pedalstellung, Werte der Filtereinstellung) und Presets übernimmt und je nach Version die aktuellen Werte der Manuale, Pedale, Subharmonischen und Filter an den angeschlossenen Tonerzeuger weiterleitet. Die Programme unterscheiden sich in einigen Punkten für die ISPW und den MIDI-Synthesizer.
Abb. 3: Blockschaltbild des digitalen Trautoniums
Die Klangerzeugung in der ISPW verwendet pro Manual vier freilaufende Oszillatoren, die nur beim Umschalten der Subharmonischen und beim Niederdrücken der Saite synchronisiert werden, da die Phasenstabilität der Generatoren in der ISPW so groß ist, daß sich über mehr als 20 Minuten keine sichtbare Abweichung erkennen läßt. Die Wellenform der Oszillatoren ist der Ladekurve eines Kondensators nachgebildet. Die Resonanzfilter (wahwah-Objekt) sind rückgekoppelte digitale Filter (IIR-zweipol-Filter), die auf ihrer Resonanzfrequenz nachschwingen. Die Belastung der NeXT-ISPW beträgt ca. 50% des ersten Prozessors. Der zweite Prozessor wird nicht genutzt.
Abb.4:
Blockschaltbild der Klangerzeugung
An den Synthesizer werden besondere Anforderungen gestellt, die leider nur von sehr wenigen Geräten mit einigen Einschränkungen erfüllt werden. Der Synthesizer sollte einen Pitch-Bend Bereich von mindestens +/-2 Oktaven (besser 3 Oktaven) besitzen, die Auflösung in diesem Bereich sollte unter einem Cent liegen. Kombinationen von mehreren Stimmen in einer "Performance" sollten eine Transposition von mindestens 4 1/2 Oktaven mit einer Auflösung von maximal einem Cent betragen. Sollte diese Möglichkeit nicht bestehen, so ist ersatzweise die Ansteuerung der Oszillatoren über getrennte MIDI-Kanäle möglich. Aufgrund der seriellen Übertragung der Parameter für die verschiedenen Kanäle ist hierbei eine Synchronisation der Oszillatoren jedoch mit Sicherheit nicht möglich.
Des weiteren ist es erforderlich, die Lautstärke für jeden MIDI-Kanal getrennt steuern zu können, vorzugsweise mit mindestens 10 Bit Auflösung.
Der Synthesizer muß auf mindestens acht verschiedenen MIDI-Kanälen ansprechbar, also achtfach Multimode-fähig, sein, um parallele Intervalle bzw. zwei Manuale zu unterstützen.
Für die Erzeugung des Klangfarbenbereiches des Originalinstruments sollte der Synthesizer mindestens in der Lage sein, eine sägezahnförmige und eine rechteckige Grundwelle zu erzeugen. Im Idealfall sollte der Synthesizer mit zwei Paaren oder vier einzelnen Exemplaren von nachschwingenden Resonanzfiltern ausgestattet sein, die sich mehreren MIDI-Kanälen zuordnen lassen. Ersatzweise können externe MIDI-steuerbare Filter diese Aufgabe übernehmen. In diesem Falle sollte der Synthesizer mindestens zwei getrennte Ausgänge für die Tonsignale der Oszillatoren des ersten und zweiten Manuals besitzen oder zwei getrennte Synthesizer verwendet werden.
Der derzeit verwendete Synthesizer-Expander Hohner HS/2-E (baugleich mit Casio VZ-10M bzw. Casio VZ-1 / Hohner HS-2 als Synthesizer mit Tastatur) besitzt einen Pitch-Bend-Bereich von maximal +/- 4 Oktaven bei 14 Bit Auflösung, d.h. eine minimale Tonhöhenauflösung von ca. 0,3 Cent. Die Auflösung der Transposition im "Combination"-Modus ist nicht ausreichend, daher werden getrennte MIDI-Kanäle für die Übertragung der Tonhöhen verwendet, die Synchronisation von Oszillatoren ist daher mit Sicherheit nicht möglich. Es kann maximal ein MIDI-Parameter für die Steuerung der Phasenmodulationsoszillatoren, d.h. Klangfarbe und/oder Lautstärke verwendet werden. Der Master-Volume Controller (Controller 7) wirkt sich leider auf alle Kanäle des Instruments aus, daher ist es nicht möglich Klangfarbe und Lautstärke für zwei Manuale getrennt zu steuern. Die derzeit vorligende Version des MAX-Programms unterstützt zwei Manuale ohne Klangfarbenänderung. Die Verwendung externer MIDI-steuerbarer Filter an zwei getrenten Ausgängen des Instruments wäre jedoch möglich. Die Auswahl einer sägezahnförmigen Grundwellenform für die Oszillatoren ist möglich. Die Reaktionszeit auf Lautstärkeänderungen ist zu groß, so daß mit diesem Synthesizer keine Töne mit stark ansteigender Lautstärkenflanke erzeugt werden können.
Die MIDI-Synthesizer-Version enthält in der zweimanualigen Version keine Steuerung der Klangfarbe, in einer einmanualigen Version könnte die Modulationsstärke eines Phasenmodulationsoperators durch das Pedal beeinflußt werden oder das Ausgangssignal zwischen zwei kompletten Oszillatorsätzen mit unterschiedlicher Klangfarbe interpoliert werden. Eine weitere Möglichkeit bestände darin, an den beiden Ausgängen des Synthesizers MIDI-steuerbare externe Resonanzfilter anzuschließen. Bei Benutzung einer Sägezahn-Wellenform in Verbindung mit solchen externen Filtern ließe sich auch in der Synthesizer-Version die Klangerzeugung nachbilden.