Wellenformen können sich addieren und voneinander subtrahieren (sich gegenseitig auslöschen). Diese Eigenschaft von Klängen kann unerwünscht sein, kann aber auch kreativ genutzt werden.
Was ist eine Phase?
Stelle dir einen flachen Pool mit Wasser vor. Wenn du einen Kieselstein in die Mitte des Pools fallen lässt, werden Wellen (kleine Wellen) nach außen fließen, bis sie in perfekten konzentrischen Kreisen die Ränder des Pools erreichen. Aber wenn du zwei Kieselsteine in den Pool fallen lässt, so dass sie gleichzeitig landen, aber an verschiedenen Stellen auf das Wasser treffen, dann bekommst du zwei Gruppen von Wellen. Anstatt der perfekten kreisförmigen Wellen, die sich überlappen und durch einander hindurchgehen, kollidieren diese Wellen und stören sich gegenseitig. Diese Interferenz führt dazu, dass einige Wellen sich auslöschen und andere verstärkt werden.
Diagramm aus Wikipedia.
Genau dasselbe passiert, wenn zwei Klangwellen aufeinander treffen.
Phasengleich oder Phasenverschoben
Klang ist eine Schwingung mit Hin- und Herbewegungen. Wo zwei Wellen aufeinander treffen, können sie sich entweder addieren oder voneinander subtrahieren. Im folgenden Bild sind zwei identische Wellen in perfekter Ausrichtung. Daher werden sich die Wellen addieren, wodurch ihre Spitzen und Täler doppelt so hoch werden. Wir beschreiben diese Wellen als phasengleich. Phase. Aber wenn zwei identische Wellen so ausgerichtet sind, dass dort, wo die eine eine Spitze hat, die andere eine Talsohle hat, können wir sie als phasenverschoben bezeichnen. In dieser Situation heben sich die Wellen gegenseitig auf.
Übung
Wir können diesen Auslöschungseffekt erleben, indem wir zwei Lautsprecher direkt aufeinander richten und durch beide den gleichen Ton spielen. Wo sich die identischen Wellen in der Mitte treffen, wird der Klang ausgelöscht.
Wenn die Lautsprecher wie in der Abbildung aufgebaut sind, spiele diesen Klang ab und lege deinen Kopf zwischen die Lautsprecher.
Wenn du neben den Lautsprechern stehst, kannst du den Klang hören, aber wenn du deinen Kopf direkt zwischen die Lautsprecher legst, wird der Klang an Lautstärke verlieren. Das liegt daran, dass sich die Schallwellen gegenseitig aufheben.
Fakt
Die Frequenz von 343Hz hat eine Wellenlänge von einem Meter.
Eine Welle passt also genau zwischen die Lautsprecher, so wie sie aufgebaut sind. Wenn die Frequenz des Tons unterschiedlich wäre, würden sich die Schallwellen nicht perfekt gegenseitig aufheben.
Phasenauslöschung als Kompositionswerkzeug
Der Phaser, der Flanger und der Chorus, benutzen alle die Eigenschaft der Phasenauslöschung, um ihre Effekte zu erzeugen. Es wird eine Kopie des Originalklangs erstellt und um eine Zeitspanne verzögert. Diese wird dann mit dem Originalsignal ‚phasenverschoben‘ gemischt, wodurch der resultierende Klang gemacht wird. Diese Manipulationen sind ein wirkungsvoller Weg, um Phasenauslöschungseffekte auf deine Klänge anzuwenden.
Übung
Versuche, mit diesen Werkzeugen in einer Komposition zu experimentieren. Funktioniert die Phasenauslöschung bei allen Arten von Klängen? Welche neuen Klangfarben kannst du mit der Phasenauslöschung machen?
Phasenauslöschung und Rauschunterdrückung
Mit Hilfe der Phase kann man unerwünschte Klänge eliminieren. Moderne Smartphones haben sowohl oben als auch unten ein Mikrofon, auch wenn der Benutzer nur in die Unterseite spricht. Diese beiden Mikrofone sind so verdrahtet, dass sie phasenverschoben sind. Das bedeutet, dass jeder Klang, der in beide Mikrofone eindringt (z.B. Hintergrundgeräusche) ausgelöscht wird und nur die gesprochene Stimme übrig bleibt. Shotgun-Mikrofone werden für die Aufnahme von Interviews verwendet und diese funktionieren in einem ähnlichen Ansatz.
Höre dir diese Aufnahme an und höre die Phasenauslöschung in Aktion
Listen to this recording and hear phase cancellation in action
Wir haben die Phaseninteraktion für identische Klänge beschrieben. Aber viel komplexere Dinge passieren, wenn verschiedene Klänge kombiniert werden (siehe auch Komplexe Wellenformen. Wenn zwei Töne sehr nahe beieinander liegen (weniger als etwa 50Hz Abstand), beginnen sie einen pulsierenden oder schwebenden Effekt zu machen.
Du kannst die Schwebungen im Oszilloskop sehen. Diese entstehen, weil die Wellenformen nur geringfügig aus der Ausrichtung geraten, und eine überholt die andere immer wieder. Denke an zwei Autos auf einer kreisförmigen Rennstrecke, eines fährt schneller als das andere und so überholt dieses schnelle Auto immer wieder das zweite.
Du kannst die Schwebungen im Oszilloskop sehen. Diese entstehen, weil die Wellenformen nur geringfügig aus der Ausrichtung geraten, und eine überholt die andere immer wieder. Denke an zwei Autos auf einer kreisförmigen Rennstrecke, eines fährt schneller als das andere und so überholt dieses schnelle Auto immer wieder das zweite. PHASE_Autos
Genau dasselbe passiert mit schwebenden Klängen. Wenn die Klänge ausgerichtet (in Phase) sind, addieren sie sich gegenseitig, und wenn die Klänge nicht ausgerichtet (phasenverschoben) sind, heben sie sich gegenseitig auf. Die Zeit, die ein Schlag dauert, ist gleich der Zeit, die der erste Klang braucht, um den zweiten zu überholen.
Extra
Die Geschwindigkeit der Schläge entspricht zum Beispiel dem Abstand zwischen den Tönen: Sinustöne bei 460Hz und 440Hz resultieren in einer Schwebung von 20Hz. (460 – 440 = 20 )
Kompositions-Tipp
Versuche, innerhalb einer Komposition Schwebungen zu verwenden. Sie können sehr brauchbar sein, besonders in Ambient Music oder minimalistischen Stücken, weil sie dir genaue, aber sehr effektive Änderungen der Klänge erlauben. Nimm zwei Kopien der gleichen Klänge und platziere sie nebeneinander (statische Töne funktionieren am besten). Transponiere einen ganz leicht, und sie beginnen zu schweben. Je näher die Klänge in der Tonhöhe sind, desto langsamer wird das Schweben.
Keywords
Amplitude, Chorus, Flanging, Frequenz, Hören, Manipulation (Effekt), Phase, Sine Wave
