DE102018005247A1 - Differenzierte Stimmungssteuerung für digitale Musikdateien - Google Patents

Abstract

Ein Programm analysiert eine digitale Musikdatei hinsichtlich Musikstil und Instrumentierung und weist den einzelnen Instrumentenspuren sinnvoll entweder feste Stimmungen oder sich dynamisch anpassende zu. Je nach Instrumentierung ist es auch möglich, dass innerhalb einer einzigen Datei beispielsweise Tasteninstrumenten eine feste Stimmung zugewiesen wird und beispielsweise Streich- und Blasinstrumenten sowie Gesangsstimmen eine dynamische Stimmung. In diesem Fall werden die Stimmungswerte der dynamischen Stimmung so gesteuert, dass die Tonhöhen möglichst nahe zu denen der festen Stimmung positioniert werden.

Description

• Die Erfindung stellt ein Verfahren dar, die Stimmung digitaler Musikdateien zu steuern, insbesondere bei Musik in westlicher Tradition. Als Mittel zur Steuerung der Stimmung solcher Dateien sind bekannt zum einen unterschiedliche und meist oktavidentische Stimmungstabellen, so wie sie auch bei akustischen Tasteninstrumenten verwendet werden und dort meist als „Temperaturen“ bezeichnet werden. Solche Temperaturen versuchen, dem westlichen Ideal einer terzen- und quintenreinen Stimmung mehr oder weniger nahe zu kommen, entweder gleichmäßig über alle Tonarten oder mit der Bevorzugung bestimmter Tonarten. Außer den historisch übermittelten ist eine solche in DE 25 58 716 beschrieben. Im Folgenden wird eine solche Stimmungsmethode als „Feste Stimmung“ bezeichnet. Die heutzutage gebräuchlichste ist die gleichstufige Stimmung mit ihren brauchbar gestimmten Quinten, jedoch sehr verstimmten Dur-Terzen. Demgegenüber bevorzugen ungleichstufige Stimmungsmodelle bestimmte Tonarten und versehen diese mit reineren Terzen, allerdings zu Lasten entfernterer Tonarten. Gut geschulte Musiker stimmen, vor allem für Musik aus vorklassischer Zeit, mittels angemessenen ungleichstufigen Stimmungsmodellen Tasteninstrumente, welche sich schnell umstimmen lassen, wie Cembalo oder Orgelpositiv, passend zu Charakter und Tonart der aufzuführenden Werke. Die erste Aufgabe der Erfindung ist, da, wo Tasteninstrumente zum Einsatz kommen, dem Benutzer aufgrund der Analyse der betreffenden Musikdatei für die betreffenden Instrumente selbsttätig ein passendes festes Stimmungsmodell vorzuschlagen und deren Stimmungswerte gegebenenfalls in passendem Datenformat in diese Musikdatei einzuschreiben.
• Die Stimmung der Blas- und Streichinstrumente wird dagegen am echtesten durch dynamische, sich selbst anpassende, per Programm gesteuerte Stimmungsverläufe simuliert, welche das Stimmungsverhalten menschlicher Musiker mit Streich- und Blasinstrumenten sowie das von Sängern in Kammerchören nachahmen. Solche sind unter EP 0 379 491 und DE 103 09 000 bekannt geworden und werden im Folgenden als „Dynamische Stimmung“ bezeichnet. Auch hiervon gibt es verschiedene Varianten, entweder nur zu reinen Terzen und Quinten stimmend, also beispielweise einen Dur-Akkord zum Frequenzverhältnis 4:5:6, entsprechend 10:12:15 beim Mollakkord oder alternativ mit der zusätzlichen Naturseptime für den Dur-Septakkord, entsprechend einem Frequenzverhältnis von 4:5:6:7. Für den Mollakkord existiert zum oben genannten Frequenzverhältnis eine alternative und akustisch gleichwertige Variante mit den Frequenzverhältnissen 16:19:24, welche wegen ihrer Nähe zur gleichstufigen Stimmung vorteilhaft beim Zusammenmusizieren von Streichern, Bläsern und Sängern mit gleichstufig gestimmten Tasteninstrumenten verwendet werden kann.
• Die zweite Aufgabe der Erfindung ist, beim Zusammenmusizieren von einerseits fest gestimmten Instrumenten, vor allem Tasteninstrumenten und andererseits sich dynamisch zurechtstimmenden Instrumenten zu beachten, dass die Tonhöhenunterschiede zwischen den Werten fester Stimmung und denen dynamischer Stimmung nicht zu groß werden. Kleine Tonhöhenunterschiede sind im echten Konzertleben üblich und reizvoll, zu große werden dagegen als unangenehm wahrgenommen. Deshalb intonieren echte Bläser und Streicher im Zusammenspiel mit einem gleichstufig gestimmten Piano oft zu vermittelten Positionen, mit ungefähr 60 bis 70 % der optimalen Reinheit, um nahe bei den Tonhöhen des Tasteninstrumentes zu bleiben. Eine solche gleichmäßige Reduzierung der Werte dynamischer Stimmung für bestimmte Instrumente beziehungsweise deren Spuren innerhalb einer digitalen Musikdatei ist Stand der Technik.
• Für einen dem echten Konzertleben entsprechenden Stimmungsverlauf im Zusammenspiel von Instrumenten mit dynamischer Stimmung und solchen mit fester Stimmung ist jedoch eine differenziertere Technologie wie die hier vorgestellte notwendig. Solange dynamisch stimmende Instrumente alleine musizieren, dürfen und sollten diese mit maximaler Reinheit intonieren. Sobald jedoch ein Instrument mit fester Stimmung hinzutritt, beispielsweise ein Piano, müssen die Stimmungswerte der Instrumente mit dynamischer Stimmung so gesteuert werden, dass ihre Tonhöhen nicht unangenehm weit von den Tonhöhen des fest gestimmten Instrumentes entfernt sind. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es - im Gegensatz zu den bisher bekannten Technologien - notwendig, die Musikdatei zuerst einmal zu analysieren, um festzustellen, ob eine Kombination von dynamisch stimmenden Instrumenten zusammen mit fest gestimmten Instrumenten stattfindet. Falls ja, wird geprüft, welche Spuren welchen Instrumenten oder Instrumentengruppen zugeordnet sind und welche mit einer festen Stimmung und welche mit einer eine dynamischen Stimmung gesteuert werden sollte.
• Als nächstes wird anhand des Musikstils geprüft und festgelegt, welche feste Stimmung dem Tasteninstrument zugeordnet werden soll. Daraufhin wird untersucht, ob und wo im Ablauf der zu dieser Musikdatei gehörenden Musik Stellen vorkommen, in denen nur dynamisch stimmende Instrumente musizieren, sowie andere Stellen, bei denen nur fest gestimmte Instrumente musizieren und wiederum andere, bei denen beide Gruppen zusammen musizieren. Für den letzteren Fall müssen dann, wenn zu große Abweichungen zwischen den Tonhöhen der dynamischen Stimmung und denen der festen Stimmung die Stimmungsabläufe der dynamischen Stimmung mit anderen Parametern gesteuert werden, als an den Stellen, bei denen die dynamisch stimmenden Instrumente alleine musizieren. Das Ergebnis der Analyse führt zu differenzierten Stimmungskorrekturen, wie insbesondere in 5 dargestellt. Die entsprechenden Stimmungsdaten werden in die Musikdatei eingetragen . Auf diese Art und Weise werden Intonationsverläufe erzielt, welcher denen des echten Konzertlebens sehr nahe kommen.
• Die beigefügten Zeichnungen dienen zur Verdeutlichung der Erfindung und zeigen einige typische Beispiele.
• 1 zeigt ein Notenbeispiel, die Analyse der entsprechenden Musikdatei zeigt, dass leere Quintintervalle vorherrschen und auch als Schlussakkord eine leere Quinte dient. Das lässt auf frühmittelalterliche Musik schließen, bei der die Terzen nicht zu reiner Stimmung vorgesehen waren. Entsprechend wird die Musikdatei mit einer pythagoreischen Stimmung versehen, die entsprechende Stimmungstabelle ist durch die Bezeichnung FT gekennzeichnet. Die Werte der festen Stimmung sind hier, wie auch bei den folgenden Zeichnungen durch schwarz-weiß gefüllte Kreise dargestellt. Das Niveau der gleichstufigen Stimmung ist, wie auch bei den folgenden Zeichnungen, durch eine waagrechte, fette schwarze Linie gekennzeichnet.
• 2 zeigt ein Notenbeispiel, die Analyse der entsprechenden Musikdatei weist zum einen zwei benachbarte Spuren auf, mit KB gekennzeichnet, die zum Teil mehrstimmig sind. Das lässt, selbst wenn die Spuren nicht, wie meist der Fall, mit einer Instrumentenbezeichnung versehen sind, auf ein Tasteninstrument schließen. Zwei weitere Spuren, mit SI gekennzeichnet, zeigen je einen einstimmigen Verlauf, lassen somit auf dynamisch intonierende Streich- oder/ und Blasinstrumente schließen. Die Analyse des gesamten musikalischen Verlaufes (hier nur gekürzt darstellbar) nach bekannten Methoden lässt überwiegend konventionelle Akkordstrukturen erkennen, die Tonart wechselt von F-Dur zum benachbarten C-Dur, so dass der Stil einer barocken Triosonate erkennbar wird. Aus diesem Grund wird dem Tasteninstrument, welches ein Cembalo sein könnte, ein deutlich ungleichstufiges Stimmungsmodell (Kirnberger III) zugeordnet, durch FT gekennzeichnet und zwar auf die Tonart C-Dur ausgerichtet, wodurch auch F-Dur relativ gut stimmt. Würden andere Tonarten vorherrschen, müsste diese Tabelle entsprechend transponiert werden. Die Spuren der beiden Einzelinstrumente werden durch eine dynamische Stimmung, mit DT gekennzeichnet dargestellt, ihre Stimmungswerte durch schwarz gefüllte Kreise, wie auch bei den folgenden Zeichnungen. Die dynamische Stimmung ist hier zu voller Terzen- und Quintenreinheit ausgesteuert, trotzdem liegen ihre Werte nahe bei denen der festen ungleichstufigen Stimmung. Ihre Quintintervalle (Beispiele F-C-G) sind reiner gestimmt, als die der festen Stimmung, was sich aber positiv auf den Klang auswirkt. Der Ambitus der festen Stimmung beträgt 14 Cent, derjenige der dynamischen Stimmung 16 Cent.
• 3 zeigt ein Notenbeispiel mit einer einstimmigen Melodiespur und einer zweiten, welche ein durchgehendes Quintintervall aufweist. Das ist typisch für ein Bordun-Instrument, beispielsweise einen Dudelsack. In einer für solche Musik typische Stimmung sollten alle Noten ganzzahlige Verhältnisse zum Grundton, in diesem Fall zum G aufweisen. Die durch die Stimmungssteuerung errechnete und hier abgebildete feste Stimmungstabelle stellt die Stimmung der spezifischen Noten sowohl als Frequenzverhältnis, wie auch mit Centwerten dar.
• 4 zeigt zwei Notenbeispiele, durch X gekennzeichnet, was bedeutet, dass sowohl der Diskantbereich, als auch der Bassbereich die zusammengefassten Informationen aus mehreren einstimmigen Instrumentenspuren enthält. Es wird darum von der Stimmungssteuerung für alle Spuren eine dynamische Stimmung vorgesehen. Bei dem mit der Bezeichnung V-I versehenen Beispiel tritt eine Dominant-Septakkord auf, dem problemlos die sehr stark klingende Naturseptime (Ton F) zugeordnet werden kann, da im Nachfolgeakkord dieser Ton nicht vorkommt. Bei dem mit der Bezeichnung V-II versehenen Beispiel folgt dagegen auf den Dominant-Septakkord ein Akkord, welcher die betreffende Note F in anderem harmonischen Zusammenhang und dadurch deutlich unterschiedlicher Stimmung darbietet. Würde man den ersten Akkord hier auch mit der Naturseptime einstimmen, (siehe das mit weißen Kreisen dargestellte Stimmungsmodell) würde das F in der Folge eine hörbare und unangenehme Umstimmung um 18 Cent erfahren. Deswegen wählt das Stimmungsprogramm hier eine Variante der dynamischen Stimmung mit nur reinen Terzen und Quinten ohne die Naturseptime aus. Die Umstimmung der Note F erfährt nun nur noch unauffällige 6 Cent.
• 5 zeigt ein Notenbeispiel, bei dem in den mit X gekennzeichneten Systemen wiederum die gesammelten Noteninformationen aus einer größeren Anzahl von einstimmigen Einzelspuren enthalten sind. Es handelt sich also um die für ein mehr oder weniger großes Orchester typischen Menge von Streicher- und/ oder Bläser-, vielleicht auch Gesangsstimmen. Die darunter dargestellten zwei Spuren, durch KB gekennzeichnet, sind im Original je mehrstimmig, was auf ein Tasteninstrument hinweist. Der musikalische Verlauf des gesamten Werkes, welches aus Platzgründen hier nicht dargestellt werden kann, weist schweifende Harmonien auf, welche typisch sind für Musik von der Klassik bis zur Spätromantik, in der Unterhaltungsmusik sogar bis heute. Folglich wird dem Tasteninstrument eine zeitgenössische gleichstufige Stimmung zugordnet, wie hier dargestellt. Die Besetzung wechselt im musikalischen Verlauf zwischen „nur Tasteninstrument“, „nur einstimmige Instrumente“ und „Kombinationen von beidem“. Die beiden letzteren Fälle sind hier dargestellt. Im mit V-I gekennzeichneten Zeitraum spielen nur Instrumente, welchen eine dynamische Stimmung in ihrer höchsten Reinheitsstufe zugeordnet werden kann, einschließlich der tief stimmenden Naturseptime (Note G). Ab dem mit V-II gekennzeichneten Zeitraum wird erkannt, dass ein Tasteninstrument hinzutritt. Nun muss darauf geachtet werden, dass die Tonhöhen der dynamischen Stimmung nicht zu weit von denen der gleichstufigen Stimmung positioniert werden. Es beginnt mit einem Mollakkord, dessen theoretisch reine Stimmung gemäß den Standardwerten 10:12:15 durch weiß gefüllte Kreise dargestellt sind. Um diese näher an die gleichstufige Stimmung zu bringen, könnte man diese Werte auf ca. 60 % reduzieren. Vorteilhafter ist es jedoch, hier die Moll-Alternativstimmung 16:19:24 zu wählen, dargestellt durch schwarze sternförmige Symbole. Deren Stimmungswerte liegen trotz maximalem Reinheitsgrad dicht bei der gleichstufigen Stimmung. Ab dem mit V-III gekennzeichneten Zeitraum tritt bei gleicher Besetzung ein Dur-Septakkord auf. Hier wählt die Stimmungssteuerung eine Version des Akkordes aus, bei dem die Septime unproblematisch nicht als Naturseptime, sondern als doppelte Unterquinte zum Grundton (F zu G) eingestimmt wird. Diese theoretischen Werte sind wieder durch weiße Kreise dargestellt. Nun reduziert die Stimmungssteuerung diese Werte auf 60 %, so dass Frequenzpositionen entstehen, wie sie durch schwarze auf der Spitze stehende Quadrate dargestellt sind. Durch diese Annäherung an das Niveau der gleichstufigen Stimmung wird ein angenehmer Gesamtklang erzielt, natürlicher klingend als bei einer einheitlich gleichstufigen Stimmung.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 2558716 [0001]
• EP 0379491 [0002]
• DE 10309000 [0002]

Claims (3)

1. Verfahren für eine Stimmungssteuerung digitaler Musikdateien, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund einer per Programm vorgenommenen Analyse der betreffenden Datei je nach Musikstil und vorgesehener Instrumentierung den einzelnen Spuren dieser Datei selbsttätig entweder eine angemessenes feste Stimmungstabelle oder eine angemessene Variante einer dynamisch gesteuerten Stimmung zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dass, wenn innerhalb einer Musikdatei für einen Teil der Spuren eine feste Stimmungstabelle, dem anderen Teil eine dynamische gesteuerte Stimmung zugeordnet wird, die dynamische Stimmung so angepasst wird, dass die typischerweise auftretenden Stimmungsdifferenzen gleichnamiger Töne durch eine Vermittlung der Werte der dynamischen Stimmung klein gehalten werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei im Ablauf der Musik die dynamische Stimmung an Stellen, wo ein Instrument mit fester Stimmung hinzutritt, erstere von der Stimmungssteuerung im Verlauf je nach Notwendigkeit mit unterschiedlichen Parametern und Algorithmen gesteuert wird.

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