CADSD - Computer Aided Didgeridoo Sound Design


Zahlreiche Didge-Spieler aus aller Welt möchten wissen, ob es möglich ist, Instrumente nach ihren individuellen Wunschvorstellungen (Klangcharakteristik und Spielbarkeit) für einen Eigenbau zu projektieren. Mit unseren Computer-Aided-Dideridoo-Sound-Design-Tools (CADSD) ist das seit einigen Jahren möglich.


Es ist bekannt, dass die Klangcharakteristik und Spielbarkeit der Instrumente durch die jeweilige besondere Innenform, speziell den gesamten Querschnittsverlauf der Luftsäule, weitestgehend bestimmt wird. Das Material ist lediglich die Hülle der Luftsäule, der „Seele“ des Instrumentes. Da der Schall direkt über die schwingende Luftsäule abgestrahlt und nur zu einem minimalen Teil mit dem Material in Wechselwirkung tritt, spielt dieses eine untergeordnete Rolle.

 

Spezielle Instrumente zu konstruieren (Grundton, Overblows, spezielle singende Obertöne oder Obertonwobbel-Resonanzmuster, Gegendruck, Resonanzen zur Verstärkung von Mischfrequenzen aus Stimme und Grundton, …) ist ein anspruchsvoller Weg.

Mit der CADSD-Methode ist es möglich beliebige Innenformen vorzugeben und die damit erzeugbaren Klang- und Impedanzspekteren zu berechnen.

Ein wichtiger Prozess ist die Interpretation dieser Spektren, um gezielte Änderungen der Innenformen Schritt für Schritt vorzunehmen. Dafür war es erforderlich viele Instrumente mittels online FFT-Analyse zu spielen, um eine gute Korrelation der zu den FFT-Spektren gehörenden Sounds zu erlernen. Auch ein gut geschultes Gehör ist erforderlich, um spezielle Effekte im Obertonbereich deutlich wahrzunehmen. So ist im Laufe der Jahre eine umfangreiche Know-How Basis entstanden.

Didge-Creator:

Unser Didge-Creator ist ein interaktives Tool, mit dem auf Basis von uns weiterentwickelter Transmission Line Modellierung die Impedanz- und Klangspektren für vorgegebene Innenformen simuliert werden können. D.h., nach graphischer Vorgabe bzw. Veränderung von Innenformen werden die dazugehörigen Spektren berechnet und graphisch dargestellt.

 

Wir verwenden diesen, um an bestehenden Instrumentenformen akustische Anpassungen durchzuführen bzw. Instrumente in ihrer Klangcharakteristik und Spielbarkeit zu tunen. Die erfordert viel Erfahrung und oft lange Simulations-Zeiten, da die Innenformen von Hand eingestellt und variiert werden müssen, um die gewünschten Klangspektren zu erreichen.

Erläuterung der simulierten Spektren:

 

Logarithmisches Impedanzspektrum in Spektralfrarben:
Die Spektralfarben entstehen, indem wir durch Oktavierung der hörbaren Tonfrequenzen in den sichtbaren elektromagnetischen Frequenzbereich Farben zugeordnet haben.

  • Die Impedanzmaxima sind über das mit den vibrierenden Lippen verschlossene Mundstück als Töne bzw. mit geschlossenen Druckpulsteckniken als tonale Trommelschläge anspielbar.
  • Die Impedanzminima sind über das offene Mundstück als Windtöne (offene Flötentöne) bzw. mit offenen Druckpulsteckniken („Dubravko“ Air code) als tonale Trommelschläge anspielbar.

Schwarze Peaks:
Impedanzmaxima, anspielbare Eigenresonanzen (Toots)

Graues Spektrum:
Aufsummierte und gewichtete Impedanz der zur jeweiligen Frequenz zugehörigen harmonischen Obertöne. Ausgeprägte hohe graue Peaks sind teilweise als Pedaltöne anspielbar.

Rotes Spektrum: Klangspektrum beim Anspielen des 1. Impedanzpeaks (Grundton)
Blaues Spektrum: Klangspektrum beim Anspielen des 2. Impedanzpeaks (erster Toot)

(Die Klangspektren der weiteren Toots (Overblows) sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.)

Didge(R)Evolution-Tool:

Leider ist es mathematisch nicht möglich, ein Ziel-Spektrum vorab einzustellen und automatisch Vorschläge für entsprechende Innenformen zu berechnen. Um dies trotzdem zu erreichen, entwickelten wir unser Didge(R)Evolution-Tool.

 

Mit diesem Tool werden durch die Anwendung von selbst entwickelten gerichteten Evolutionsalgorithmen die möglichen Formen zur Erreichung der gewünschten Zielspektren aus der unendlich großen Vielfalt möglicher Formen gefunden und Vorschläge für die am besten spielbaren Formen generiert.

 

Um mit diesem Tool erfolgreich zu arbeiten und hervorragende, spezielle Instrumente zu erzeugen, ist das Wissen über die erforderlichen physikalischen Zielvorgaben besonders wichtig. Von entscheidender Bedeutung sind umfangreiche Erkenntnisse über die Wechselwirkungen verschiedenster Resonanzmuster mit verschiedenen Spieltechniken auf die Auswirkung von Didgeridoo-Klangspektren, aber auch weitgehende Bau- und Spielerfahrungen. Die Ergebnisse hängen wesentlich von der Qualität der Zielvorgaben ab.


CADSD - Computer Aided Didgeridoo Sound Design


Numerous Didge players from all over the world would like to know whether it is possible to design instruments according to their individual preferences (sound characteristics and playability) often for self-building projects. With our Computer-Aided-Dideridoo-Sound-Design tools (CADSD), this has been possible for several years.

It is known that the sound characteristics and playability of the instruments are largely determined by the respective particular internal shape, especially the entire cross section of the air column. The material is merely the envelope of the air column, the "soul" of the instrument. Since the sound radiates directly over the oscillating air column and only interacts with the material to a minimal extent, this plays a subordinate role.

 

To design special instruments (fundamental, overblows, special singing harmonics or harmonic wobble resonance patterns, backpressure, resonances to heterodynes frequencies of voice and drone, ...) is a challenging path.

 

With the CADSD method, it is possible to specify any internal shapes and to calculate the sound and impedance spectra that can be generated with it. An important process, however, is the interpretation of these spectra in order to make targeted changes to the inner forms step by step.

 

For this, it was necessary to play many instruments using an online FFT analysis in order to learn a good correlation between the sounds belonging to the FFT spectra. A well-trained hearing is also necessary in order to clearly perceive specific effects in the harmonic range. An extensive know-how basis has emerged over the years.

Didge-Creator:

Our Didge-Creator is an interactive tool with which we can simulate the impedance- and sound spectra for predefined internal shapes based on advanced transmission line modeling. In other words, the corresponding spectra are calculated and graphically displayed according to the graphical specification or modification of internal forms.

We use this in order to perform acoustic adjustments on existing instrument shapes or to tune instruments in their sound characteristics and playability. This requires a lot of experience and often long simulation times, since the internal shapes have to be manually adjusted and varied in order to achieve the desired sound spectra.

Explanation of the simulated spectra:

 

Logarithmic impedance spectrum of spectral colors:
The spectral colors are created by assigning the audible tone frequencies by octaving of these into the visible electromagnetic frequency range.

  • The impedance maxima can be played back as tones (with vibrating lips) or with closed pressure pulsations as tonal drum kicks over the mouthpiece, which is closed with mouth.
  • The impedance minima can be played over the open mouthpiece as wind tones (open flute tones) or with open pressure pulsing ("Dubravko" air code) as tonal drum kicks.

Black peaks:

Impedance maxima, playable intrinsic resonances (toots)
Gray spectrum:

Summation and weighted impedance for the respective frequency's associated harmonic overtones.

Pronounced high gray peaks are partly playable as pedal tones.
Red spectrum: Sound spectrum during playing the 1. impedance peak (drone)
Blue spectrum: Sound spectrum during playing the 2. impedance peak (first toot)

(For reasons of clarity the sound spectra of the other toots (overblown notes) are not shown.)

Didge(R)Evolution-Tool:

Unfortunately, it is not mathematically possible to set a target spectrum in advance and to automatically calculate proposals for corresponding internal shapes. To achieve this, we developed our Didge(R)Evolution tool.

With this tool, the application of self-developed directional evolution algorithms finds the possible ways to achieve the desired target spectra from the infinite variety of possible forms and generate suggestions for the best playable forms.


In order to work successfully with this tool and to produce outstanding, special instruments, knowledge of the required physical targets is particularly important. Of crucial importance is extensive knowledge about the interactions of different resonance patterns with different playing techniques on the effect of didgeridoo sound spectra, but also extensive building and player experiences. The results depend strongly on the quality of the targets.