Theremin – Aufbau und Versuchsdurchführungenlomaland.de/work/theremin - aufbau und versuchsdurchfuehrungen.pdf · Auch Jean-Michel Jarre, bekannter Musiker der elektronischen Popmusik,

Theremin – Aufbau und

Versuchsdurchführungen

Emanuel Züger (992267) [email protected]

Christian Prüfer (41182) [email protected]

Betreuer Dr. Schatter & Dr. Kempter

Bauhaus-Universität Weimar

Fakultät Medien

Emanuel Züger & Christian Prüfer | Bauhaus-Universität Weimar

2

Inhalt

1 Einleitender Teil ......................................................................3

2 Historischer Abriss über das erste elektronische Musikinstrument .......3

2.1 Vielseitiger Einsatz des Theremins..................................................4

2.2 Sonderformen & Abwandlungen .....................................................5

3 Die Idee des Theremins..............................................................5

3.1 Spielweise des Theremins ............................................................5

3.2 Aufbau und Funktionsweise des Theremins .......................................6

4 Praktischer Teil........................................................................7

4.1 Die Implementierung des Bausatzes ................................................7

4.2 Überlegungen zu den Versuchen ....................................................8

4.3 Versuchsanordnung .................................................................. 10

4.4 Versuchsreihen ....................................................................... 11

4.4.1 Frequenzmessungen..................................................................... 11 4.4.2 Pegelmessungen ......................................................................... 15 4.4.3 Messung der Klangfarbe in Abhängigkeit von Waveform & Brightness .......... 17

5 Zusammenfassung...................................................................20

6 Quellenverzeichnis .................................................................21

7 Abbildungsverzeichnis .............................................................22


3

1 Einleitender Teil

Das Theremin – erstes elektroakustisches Musikinstrument – auch bekannt unter

dem Namen Ätherwellengeige oder Ätherophon wurde 1919 von Leon Theremin

(eigentlich Lev Sergejewitsch Termen), einem jungen russischen Physiker, erfunden und

hat seine Blütezeit lange hinter sich. Doch auch heute noch bringt das Instrument viele

Zuhörer durch seine Einzigartigkeit und ungewöhnliche Art der Spielweise zum Staunen.

Es gibt nur sehr wenige Künstler die das Spielen auf dem Theremin beherrschen, vor

allem bei Live-Auftritten erregt das Theremin immer wieder Aufsehen. Mehrere Filme –

wie beispielsweise Psycho, Mars Attack oder StarTrek (Raumschiff Enterprise) – erhalten

durch den Einsatz des Theremins eine ganz besondere Atmosphäre.

Aus einem Bausatz von Moog haben die Autoren ein Theremin zusammengebaut

und verschiedenartig systematisch untersucht. Die durchgeführten Experimente sowie

deren Ergebnisse sollen in dieser Ausarbeitung diskutiert werden. Zu Beginn jedoch

wird das Theremin versucht geschichtlich einzuordnen und es werden einige

Anwendungen vorgestellt. Außerdem werden der Aufbau und die Funktionsweise des

Theremins beschrieben. Als Grundlage dienen hauptsächlich Quellen bzw. Artikel aus

Fachzeitschriften aus der Mitte des letzten Jahrhunderts. Für weitergehende

Informationen finden sich im Internet verschiedene Seiten die sich speziell mit dem

Thema rund um das Theremin auseinandersetzen.

2 Historischer Abriss über das erste elektronische Musikinstrument

Es gibt nur ein einziges Musikinstrument welches ohne physischen Kontakt

gespielt werden kann. Diese Einzigartigkeit bietet eines der ersten elektroakustischen

Instrumente – das Theremin. Erfinder ist Leon Theremin (1896 – 1993), russischer

Physiker und Tüftler. Im Jahre 1920 wurde es in Moskau auf einer Industriemesse das

erste Mal der Öffentlichkeit vorgestellt. Durch viel positive Resonanz erfuhr auch Lenin

von der Erfindung. Er war so begeistert von dem Gerät, dass er selbst

Unterrichtsstunden nahm. Lenin beauftragte die Produktion von 600 Geräten um diese

in der Sowjetunion zu verteilen. Dann sandte er Leon Theremin um die Welt, um die

neuesten Technologien und Errungenschaften seines Landes zu demonstrieren.

Nachdem Theremin Europa erfolgreich bereiste, fand er seinen Weg nach Amerika, wo


4

er seine Erfindung im Jahre 1928 patentieren1 lies. Später gewährte Theremin die

kommerziellen Produktionsrechte der RCA. Auch wenn das Theremin kein

kommerzieller Erfolg wurde, faszinierte es viele Zuhörer in den Vereinigten Staaten von

Amerika wie auch anderswo. Clara Rockmore – wohl die beste Thereminspielerin

überhaupt – tourte durch die USA und gab auf dem einzigartigen Instrument klassische

Konzerte vor begeistertem Publikum. 1938 wurde Leon Theremin von sowjetischen

Agenten in New York entführt und gezwungen, in die UDSSR zurück zu kehren. Bis 1991

sollte Theremin Amerika nicht wieder bereisen.

Weil viele neuere elektronische Instrumente wesentlich einfacher zu spielen

waren als das Theremin, verlor es bei vielen Musikern an Gebrauch. Es gab eine kleine

Gruppe von Enthusiasten aber das Interesse für das Theremin blieb erhalten.

In den fünfziger Jahren begann der spätere Synthesizer-Guru Robert Moog als

High-School Student Theremins zu bauen. Er veröffentlichte eine Reihe von Artikeln

über das Selbstbauen dieser Instrumente in Fachzeitschriften und begann Bausätze von

Theremins zu verkaufen. Heute ist Moog-Music führender Hersteller für

(semi)professionelle Theremins.

2.1 Vielseitiger Einsatz des Theremins

Einige Künstler spielten das Theremin als Soloinstrument und andere konnten mit

dieser Fähigkeit sogar Karriere bzw. etwas Ruhm erlangen. Bekannteste Vertreterin ist

zum einen Clara Rockmore. Sie beherrscht das Instrument wohl am besten und gilt in

der Musik-Fachwelt als Theremin Virtuosin. Lydia Kavina, eine entfernte Verwandte des

Erfinders Leon Theremin, tritt in der Gegenwart als Virtuosin auf dem Theremin auf.

Auch Jean-Michel Jarre, bekannter Musiker der elektronischen Popmusik, verwendet

das Theremin in einigen seiner Stücke unter anderem auch in seinen Oxygen-Erfolgen.

Weiteren Einsatz findet das Theremin beispielsweise bei den Beach Boys in ihrem Song

„Good Vibrations“ oder bei der Rockband Led Zeppelin in ihrem Hit „Whole Lotta

Love“.

Vor allem aber kam das Theremin auch in Filmen zur Untermalung oder als

Instrument bei den Filmmusiken zum Einsatz. Wegen seines seltenen einzigartigen und

vor allem stufenlosen Klangs wurde das Theremin oft für Spannungseffekte und

Psychoszenen verwendet. Bekannt ist vor allem die Eröffnungsmelodie2 der ersten

StarTrek-Serien (Raumschiff Enterprise) aus den sechziger Jahren.

1 US1661058 [1] 2 komponiert von Alexander Courage


5

2.2 Sonderformen & Abwandlungen

Es gibt einige Abwandlungen und Spielereien des ursprünglichen Theremins. So

wurde zum Beispiel eine Version entwickelt, bei der nur die Frequenz via Antenne und

Handbewegung variierbar war, nicht aber die Amplitude. Die Steuerung des Pegels

wurde über die Betätigung eines Pedals realisiert. Anstelle von Antennen und

Schwingkreisen als Sensoren wurde auch mit Photoelementen herumexperimentiert,

wobei die Handbewegungen einen Einfluss auf die Helligkeit und somit einen Einfluss

auf Tonhöhe und Amplitude hatten.

Als Gimmick könnte man das PC-Theremin bezeichnen, welches mit dem

Mauszeiger spielbar ist. Die horizontale Bewegung der Maus spiegelt hierbei die

Tonhöhe wieder, wobei man mit der vertikalen Bewegung des Mauszeigers die

Amplitude regulieren kann. Somit lassen sich fast beliebige Töne in dem mit der Maus

realisierbaren Spektrum erzeugen.

3 Die Idee des Theremins

3.1 Spielweise des Theremins

Das Theremin wird als einziges Musikinstrument berührungslos mit zwei Händen

gespielt. Eine Hand – in der Regel die rechte - beeinflusst durch eine eher horizontale

Bewegung relativ zur Pitchantenne die Tonhöhe, die andere durch vertikale Bewegung

über der ebenfalls vertikal ausgerichteten Pegelantenne die Lautstärke.

Abbildung 1: Spielweise des Theremins3

Die Amplitude des Ausgangssignals wird desto geringer, je weiter sich die linke

Hand Richtung Pegelantenne bewegt. Bis sie irgendwann verschwindet und die

Schwingungen des Theremins nicht mehr zu hören sind. Dies ist bereits vor dem

Berühren der Antenne der Fall. Der Einfluss auf die Tonhöhe ist abhängig vom Abstand

der rechten Hand zur Pitchantenne. Hierbei haben jedoch der Körper, die Stellung der

3 Bild: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Leon_Theremin_Playing_Theremin.jpg. Stand Juli 2005.


6

Finger sowie die des Armes einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Hörbaren Töne.

Das Spielen des Theremins ist nicht anspruchslos, erst recht, da es keine fest

definierten Töne gibt, sondern sämtliche Töne in einem bestimmten Spektrum mit

beliebiger Dynamik gespielt werden können. Als Soloinstrument mag es möglich sein,

Töne zu finden und für das ungeschulte Ohr akzeptable Tonkombinationen zu

realisieren, doch in Begleitung anderer Instrumente oder gar im Zusammenspiel mit

einer Band oder einem Orchester stellt das Thereminspiel eine große Herausforderung

und eine hohe Kunst dar.

3.2 Aufbau und Funktionsweise des Theremins

Aufbau und Funktionsprinzip sollen hier nur grob beschrieben werden, da der

Schwerpunkt der Arbeit auf der Durchführung und der Auswertung der Experimente

liegen soll. Des Weiteren befinden sich viele Informationen hierüber im Internet, die

bei Interesse nachgelesen werden können. Giorgio Necordi hat eine gute Beschreibung

(www.thereminvox.com/article/articleview/15/2/2/) unter dem Titel „Of the

Theremin and Futurist Stringed Instrument Making“ veröffentlicht.

Das Theremin arbeitet ausschließlich mit analoger Technik und kommt ohne

digitale Bauteile aus. Grundlage sind zwei Schwingkreise, wobei einer für die Frequenz

beziehungsweise die Frequenzänderung, ein anderer für die Amplitude beziehungsweise

Amplitudenänderung zuständig ist. Durch Annäherung einer Hand an die jeweilige

Antenne wird der Schwingkreis verstimmt.

Abbildung 2: Schematischer Aufbau des Theremins4

Die Verstimmung führt dann zu einer Änderung der Schwebefrequenz. Bei der Tonhöhe

wird diese direkt auf den Audioausgang als Output übertragen. Für den Pegel wird eine

Frequenz-Spannungswandlung durchgeführt. Hierbei wird die Schwebefrequenz in eine

Spannung gewandelt, wobei diese dann die Lautstärke definiert.5

4 vgl. http://www.thereminvox.com/article/articleview/15/2/2/. Stand Juli 2005. 5 Vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Theremin. Stand Juli 2005.


7

Abbildung 3: Funktionsweise6

4 Praktischer Teil

Zu Beginn stand die Aufgabe der Implementierung des Theremins aus dem

Bausatz der Firma Moog. Nachdem das Instrument fertig gestellt wurde, sollten einige

Messungen an dem Theremin vorgenommen werden. Zum einen soll der Einfluss der

Hände bzw. des Körpers auf den Audio-Output (Betrachtung der Pegel- sowie auch der

Frequenzantenne) untersucht werden und die Abhängigkeiten dargestellt werden, zum

anderen werden die Spektra der Klänge in Abhängigkeit von verschiedenen Größen

untersucht und visualisiert.

4.1 Die Implementierung des Bausatzes

Der Bau des Instrumentes verlief relativ problemlos. Anhand der Anweisungen

konnte das Gerät an circa einem Arbeitstag fertig zusammengebaut werden. Der

Bausatz enthielt alle notwendigen Teile wie das Holzgehäuse, die beiden Antennen, die

bestückte Platine, das Frontpanel sowie alle benötigten Verbindungen und Kleinteile.

6 vgl. http://www.thereminvox.com/article/articleview/15/2/2/. Stand Juli 2005.


8

Holzgehäuse Bedienungsfeld

Pegelantenne

Pitch-Antenne

An/Aus

Stromzufuhr

(Rückseite)

Kopfhörer

Line-Out Pegel

Pitch

Waveform

Brightness

Abbildung 4: Aufbau des Theremins Moog Etherware

Ausgehend vom Gehäuse mussten zuerst die Antennen montiert werden, es folgte

die Fixierung der Platine und die die Verkabelung des Bussystems zur Verbindung

zwischen Frontpanel mit seinen 4 Potentiometern (Volume, Pitch, Brightness,

Waveform) und Platine. Netzschalter, Anschlüsse für Stromversorgung und eine

Klinkenbuchse für den Audioausgang wurden noch implementiert und die Antennen mit

starren Metalldrähten mit der Hauptplatine verlötet. Das Theremin sollte zu diesem

Zeitpunkt funktionsbereit sein. Nach Anschluss der Stromversorgung funktionierte das

Musikinstrument und es erklangen schräge gewöhnungsbedürftige Töne. Das Audiosignal

wird mit Hilfe eines Klinke-Klinke Kabels zu einem beliebigen Verstärker übertragen. In

diesem Fall die Soundkarte eines Computers, um Auswertungen des Signals vornehmen

zu können.

4.2 Überlegungen zu den Versuchen

Nach dem erfolgreichen Zusammenbau und der Inbetriebnahme des Gerätes

stellte sich die Frage, wie eine systematische Untersuchung des berührungslosen

Musikinstruments erfolgen kann. Die Reaktion des Gerätes zeigt ein eindeutig

nichtlineares Verhalten, welches von mehreren Einflussgrößen abhängig ist:

a) Position von Finger, Hand und Arm

Das Theremin wird in der Regel mit der Hand gesteuert, je nach Spieltechnik

werden spezielle Fingerhaltungen zur Steuerung verwendet. Aber auch die gesamte

Handfläche bis hin zum Arm des Spielers beeinflussen naturgemäß das

elektromagnetische Feld.

b) Position des Spielers

Abhängig von der Haltung des Musikers in Relation zum Gerät, beeinflusst dessen

gesamte Physiognomie die Einflussgrößen. Bei einer Entfernung des Oberkörpers von

den Antennen von mehr als 50 cm ist kein Einfluss mehr erkennbar, wie es z.B. bei

ausgestrecktem Arm der Fall ist.


9

c) Umgebungsverhältnisse

Denkbar ist ein Einfluss von Umgebungsverhältnissen wie Luftfeuchtigkeit,

Raumtemperatur, etc. auf die gesamte Reaktion des Gerätes. Dies ist vor allem

bauteilbedingt.

Alle in a - c genannten Einflussgrößen haben gemeinsam, dass sie sich schlecht

oder gar nicht quantifizieren lassen. Insbesondere die Physiognomie des Spielers lässt

sich weder in Zahlen, noch in relativen Fakten beschreiben. Dies führt dazu, dass die

systematische Untersuchung des Gerätes experimentell erfolgen muss, wobei so viele

unkalkulierbare Einflussgrößen wie möglich ausgeschlossen, bzw. deren Einfluss

weitestgehend vermindert werden muss. Die Analyse des Instruments richtet sich daher

auf die Betrachtung folgender Einflussgrößen:

1) Grundeinstellungen des Gerätes

Hierbei wird der Effekt der durch die am Frontpanel angebrachten Potentiometer

auf das Klangergebnis gemessen. Die Beeinflussung durch die Antennen wird minimiert,

in dem diese von einem Spieler berührt werden. Dadurch findet während eines

Messdurchlaufes keine unkontrollierte Veränderung statt.

2) Frequenz-Antenne

Hierbei wird bei genau definierten Grundeinstellungen der Effekt bei Annäherung

des gestreckten Zeigefingers bei ausgestrecktem Arm erfasst. Der Abstand des Spielers

von der Pegel-Antenne ist so groß, dass keine Beeinflussung eintritt.

3) Pegel-Antenne

Hierbei wird bei genau definierten Grundeinstellungen der Effekt bei Annäherung

der flachen Hand bei ausgestrecktem Arm erfasst. Der Abstand des Spielers von der

Frequenz-Antenne ist so groß, dass keine Beeinflussung eintritt.


10

4.3 Versuchsanordnung

Wie im vorherigen Kapitel beschrieben, ist die Minimierung der unkalkulierbaren

Einflussgrößen während eines Messlaufes bestimmend für die Wahl der

Versuchsanordnung. Generell wurden alle Versuche, die den Einfluss der Antennen

messen dergestalt gelöst, dass der Spieler mit ausgestrecktem Arm anhand eines fest

montierten Maßstabs den Abstand des Fingers (Frequenzantenne) bzw. der flachen

Hand (Pegelantenne) in genau definierten Änderungen bezüglich der jeweiligen

Antenne vornimmt.

0 10 20 30

�

�

10

20

30

0 Messung von Abstand

Hand/Zeigefinger - Pitch-Antenne

Messung von Abstand

Hand - Pegel-Antenne

MaßbandMaßband

FestplatteA/D-Wandler

Line-Out

statische Stellgrößen

rechnergestützte

Sound-Analyse(Frequenzen, Pegel)

Abbildung 5: zur Analyse verwendeter Versuchsaufbau (allgemein)

Bei allen Versuchen, bei denen eine oder beide Antennen keine Rolle spielen

sollten, wurde deren Einfluss "neutralisiert":

⋅ durch Abstand: -> Der Spieler befindet sich mit allen Extremitäten außerhalb

der Einflussreichweite der Antenne.

⋅ durch Berührung: -> Hierdurch wird der Einfluss auf ein genau definiertes

(=maximales) Maß gesetzt. Bei der Frequenzantenne bedeutet dies die

höchstmögliche Frequenz, bei der Pegelantenne völlige Stille.

Die Audioausgabe des Instrumentes wird über den Mono-Ausgang (Klinke) über

einen A/D-Wandler in den Rechner überführt und als WAVE-DAtei gespeichert. In einem

zweiten Schritt werden mit der Software Audacity7 die Messdaten hinsichtlich Frequenz

und Pegel ausgewertet.

7 http://audacity.sourceforge.net/ Stand Juli 2005


11

4.4 Versuchsreihen

Ziel der Messungen ist, so viele qualifizierte Ergebnisse über das Verhalten des

Moog Etherwave Theremins zu erhalten wie möglich. Schwerpunkt ist jedoch das

Verhalten der Antennen, machen diese doch das einzigartige Wesen des Theremins als

Musikinstrument aus. Hierbei sollen sowohl die Pegelantenne als auch die Antenne zur

Frequenzmanipulation untersucht werden.

4.4.1 Frequenzmessungen

Die Frequenzmessung beruht auf drei Schritten: Je nach Grundeinstellung der

Grundstimmung (Pitch) ist der Einfluss des menschlichen Fingers auf die Frequenz des

Instrumentes höchst unterschiedlich. Daher wurden bei maximaler Einstellung der

Parameter Brightness und Waveform sowie bei vernachlässigbarem Einfluss auf die

Pegelantenne (Abstand > 0,5 => maximaler Pegel) die Reaktion des Instrumentes auf die

Abstandsänderung des Fingers bei drei unterschiedlichen Pitch-Einstellungen erfasst:

1) Frequenzmessung 1 von 3

0 1 2 3 4 5 6 90 100[cm]

pitch-

Antenne

Zeigefinger

Start der Messung

Abbildung 6: Frequenzmessungen 1

Grundeinstellungen

Pitch: minimal konstant

Brightness: maximal konstant

Waveform: maximal konstant

Frequenzantenne: Abstand Finger von Frequenz-Antenne: 900mm .. 5mm

Pegelantenne: maximal konstant (Entfernung unendlich (simuliert))

Bei diesem Frequenztest wurde die Grundstimmung des Instruments auf "minimal"

gesetzt. Es ergibt sich eine kontinuierliche Frequenzsteigerung in Abhängigkeit von der

Entfernung Finger/Antenne von 31 Hz bis 2297 Hz, startend bei 900mm Entfernung. Die

Anordnung des Fingers an der Antennenhöhe hat dabei keinen Einfluss. Die beobachtete

Frequenzsteigerung ist nicht linear, sie nähert sich einem logarithmischen Verhalten an


12

[Abbildung 7: Frequenzverlauf (f/d)], ohne sich jedoch einer harmonischen Skala

anzunähern, wie die Übertragung der Frequenzen in die Tonhöhencodierung [Abbildung

8: Tonhöhenverlauf (MIDI/d)] zeigt. Als maximale Frequenz wurden 2297 Hz bei einem

Abstand von 5mm ermittelt.

Frequenzverlauf (f/d)

0

500

1000

1500

2000

2500

900

700

550

450

350

250

190

170

150

130

110

95

85

75

65

55

45

35

25

15 5

Abstand d (mm)

Fre

qu

en

z f

(H

z)

Abbildung 7: Frequenzverlauf (f/d)

Tonhöhenverlauf (MIDI/d)

0

20

40

60

80

100

900

700

550

450

350

250

190

170

150

130

110

95

85

75

65

55

45

35

25

15 5

Abstand d (mm)

MID

I-W

ert

Abbildung 8: Tonhöhenverlauf (MIDI/d)


0 1 2 3 4 5 6 140 150[cm]

pitch-

Antenne

Zeigefinger

Start der Messung

130


Grundeinstellungen

Pitch: zentriert konstant



13

Waveform: maximal nonstant


Pegelantenne: maximal konstant (Entfernung unendlich)

Bei diesem Frequenztest wurde die Grundstimmung des Instruments auf die

mittlere Position gesetzt. Interessanterweise ergibt sich hier kein durchgängig

kontinuierlicher Frequenzverlauf. Entgegen der vorherigen Messung nehmen die

Frequenzen bei einer Startfrequenz von 851 Hz mit verringertem Abstand (Start bei

1400mm) ab, um in einer Entfernung zwischen 95 und 70 mm bei einer Frequenz von

0Hz zu verweilen. In diesem Abstand ist dann keine Ausgabe hörbar. Ab einem Abstand

von 60 cm steigt die Frequenz kontinuierlich aber nichtlinear an bis zu einer

Maximalfrequenz von 1248 Hz [Abbildung 10: Frequenzverlauf (f/d)] bei 5mm Abstand.

Eine Übertragung in Tonhöhencodierung ergibt ebenfalls keine harmonische Skala

[Abbildung 11: Tonhöhenverlauf (MIDI/d)].


0

500

1000

1500

1400

1200

1000

800

600

450

350

250

190

170

150

130

110

95

85

75

65

55

45

35

25

15 5

Abstand d (mm)

Fre

qu

en

z f

(H

z)



0

20

40

60

80

1400

1200

1000

800

600

450

350

250

190

170

150

130

110

95

85

75

65

55

45

35

25

15 5

Abstand d (mm)

MID

I-W

ert



14


0 1 2 3 4 5 6 140 150[cm]

pitch-

Antenne

Zeigefinger

Start der Messung

130


Grundeinstellungen

Pitch: maximal konstant




Pegelantenne: maximal konstant (Entfernung unendl.)

Im letzten Frequenztest ist die Grundstimmung des Instruments auf den

Maximalwert gesetzt. Der Frequenzverlauf startet nun bei 52 Hz (Abstand 1400mm) und

verläuft kontinuierlich bis zur Frequenz von 2006 Hz bei einem Abstand von 5mm

[Abbildung 13: Frequenzverlauf (f/d)]. Auch hier lässt sich keine harmonische Skala

anlegen, wie das Mapping auf Tonhöhen zeigt [Abbildung 14: Tonhöhenverlauf

(MIDI/d)].


0

500

1000

1500

2000

2500

900

700

550

450

350

250

190

170

150

130

110

95

85

75

65

55

45

35

25

15 5

Abstand d (mm)

Fre

qu

en

z f

(H

z)



15


0

20

40

60

80

100

900

700

550

450

350

250

190

170

150

130

110

95

85

75

65

55

45

35

25

15 5

Abstand d (mm)

MID

I-W

ert


4.4.2 Pegelmessungen

In der vorangegangenen Frequenzmessung wurde der Einfluss des Spielers auf die

geradlinige Antenne ohne gleichzeitige Beeinflussung der gebogenen Antenne

(Pegelantenne) untersucht. Nun wird das Szenario umgekehrt und eine Messreihe über

der Pegelantenne durchgeführt. Im Gegensatz zur Frequenzmessung genügt es hier

nicht, einen ausreichenden Abstand von der Frequenzantenne zu wahren, um eine

Beeinflussung dadurch auszuschließen. Darüberhinaus muss die Pegelmessung bei einer

deterministierbaren und konstanten Frequenz durchgeführt werden. Diesen

Anforderungen wurde entsprochen, indem während der Pegelmessungen die freie Hand

des Spielers die Frequenzantenne ständig berührte – somit waren Schwankungen

ausgeschlossen und die Tonhöhe auf einer konstante Frequenz von 8200Hz gehalten).

01

02

03

04

05

06

08

09

07

0

��

[cm]

Start der

Messung

Abbildung 15: Pegelmessung


16

Grundeinstellungen

Pitch: maximal konstant



Frequenzantenne: Abstand Finger von Antenne: 0mm (Kontakt)

Pegelantenne: Abstand Handfläche von Antenne: 500mm .. 50mm

Die Pegelmessung zeigt, dass auch hier ein nicht-lineares Verhalten bei

Annäherung mit der Handfläche an die Antenne herrscht [Abbildung 16: Pegelverlauf

(p/d)]. Dieses zeigt Ähnlichkeiten zum absoluten Frequenzverlauf bei der 1. und 3.

Frequenzmessung. Dieses Verhalten scheint unabhängig von der Frequenz zu sein, wie

eine zweite Messreihe zeigt: Hier wurde der Kontakt der zweiten Hand des Spielers von

der Frequenzantenne gelöst und in 5mm Abstand konstant positioniert (ca. 3000Hz). Im

Ergebnis ist das gleiche Verhalten erkennbar [Abbildung 17: Pegelverlauf (p/d)], die

Schwankungen sind auf die Schwierigkeiten des Spielers zurückzuführen, während der

Messungen die Positionen der Extremitäten exakt und Schwankungsfrei zu halten.

Pegelverlauf (p/d)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

500 400 300 250 200 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50

Abstand d (mm)

Pe

ge

l p

(d

B)

Abbildung 16: Pegelverlauf (p/d)

Pegelverlauf (p/d)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

500 400 300 250 200 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40

Abstand d (mm)

Pe

ge

l p

(d

B)

Abbildung 17: Pegelverlauf (p/d)


17

4.4.3 Messung der Klangfarbe in Abhängigkeit von Waveform & Brightness

Wie in Kapitel 3.2 beschrieben erzeugt ein einfacher Schwingkreis den hörbaren

Ton. Die Wellenform ist durch einen Regler („Waveform“) beeinflussbar, der

Tiefpassfilter durch den Regler „Brightness“. In zwei Messreihen wurden Töne zur

Spektraldarstellung erfasst, wodurch der Einfluss der beiden Werkzeuge auf das

Klangspektum experimentell ermittelt werden soll. Dazu wurden pro Messreihe jeweils

drei 10 Sekunden lange Töne mit jeweils unterschieldicher Frequenz aufgenommen und

einer 4096-Punkt Fast-Fourier-Transformation unterzogen. Diese Transformationen

werden einmal gemittelt dargestellt (Liniendiagramm), und einmal als

Verlaufsspektrum, wobei ein Hamming-Windowing mit 512 Samples zur Glättung

angesetzt wurde. Letztere visualisiert den Prozess, bei dem der Regler innerhalb von 10

Sekunden von minimaler bis zur maximalen Auslenkung gefahren wird8.

a) In Abhängigkeit der Wellenform (Waveform)

10 mm Abstand von Pitch-Antenne

Abbildung 18: Frequenzspektrum über der Zeit (10mm)




18



Auf das Klangergebnis ist der Einfluss des Wellenformreglers relativ gering.

Aufgrund der Einfachheit der Klangerzeugung erzeugt das Instrument zu Beginn einen

sinusähnlicher Ton. Da jedoch die Bauteile analog ausgeführt sind, ergibt sich kein

reiner Sinuston, wie die Spektraldarstellungen zeigen. Die Grundwellenform lässt sich

im Verlauf ein wenig in Richtung Rechteckwellenform verändern, welche aber im

Wesentlichen ebenfalls aus dem dominierenden Grundton und wenigen Harmonischen

besteht. Deren schwache Ausprägung beeinflusst das Klangbild nur wenig. Daneben

treten zahlreiche niedrigwertige Spektralanteile auf, welche auf den Tiefpassfilter

sowie auf Störungen im internen Signalfluss des Instruments, durch die Verkabelung

und durch die A/D-Wandlung zurückzuführen sind. Diese Störungen nehmen aufgrund

deren niedrigen Pegels kaum Einfluss auf das Klangergebnis.

b) Wellenformregler maximal



8 In den 3D-Grafiken ist die Abszisse die Zeitkoordinate beginnend links bei t0=0 Sekunden. Die

Ordinate stellt die Frequenz dar im Bereich von 20 bis 5120 Hz.


19





Das Moog Etherwave Theremin verfügt über ein Tiefpassfilter, dessen Cutoff-

Frequenz über den Brightness-Regler gesteuert wird. Dieser ist ohne Resonanz

ausgelegt und besitzt offenbar eine relativ geringe Flankensteilheit, die jedoch nicht

näher spezifiziert ist. Die vorliegenden Messergebnisse sind bei maximaler Wellenform-

Einstellung durchgeführt, um einen möglichst starken Filtereffekt nachweisen zu

können. Zur Klangformung ist der Filter wesentlich effektiver als die

Wellenformeinstellung.


20

5 Zusammenfassung

Das Theremin ist nicht nur aus historischer Sicht ein hochinteressantes

Musikinstrument. Es ist bis heute das einzige, welches berührungslos gespielt werden

kann. Diese Berührungslosigkeit stellt aber gleichzeitig das größte Hindernis für den

praktischen Einsatz dar, erschwert sie doch das musikalische deterministische Spiel

ungemein. In der vorliegenden Arbeit wurden das Zusammenbauen und die

Inbetriebnahme eines aktuellen Theremins erprobt und dabei keine Schwierigkeiten

festgestellt. Die anschließende qualifizierende Betrachtung des Gerätes unterliegt den

gleichen Schwierigkeiten, denen auch der Musiker und Künstler gegenübersteht –

nämlich der direkten Reaktion des Gerätes auf die gesamte Physiognomie des Spielers

bei gleichzeitiger Nichtlinearität bei Annäherung an die Antennen.

Wie die Messungen zeigen reagiert das Gerät äußerst empfindlich und kann

Änderungen im Millimeterbereich unterscheiden. Dies macht das Theremin auch für

andere Szenarien als dem der musikalischen Darbietung interessant: Als

berührungsloses Interface und Eingabegerät. Schwächen in der Bedienbarkeit könnte

man hier durch Quantisierung und entsprechende Mappings auch softwareseitig

begegnen. Nicht zuletzt zeigen Hersteller wie Doepfer mit entsprechenden MIDI-

Theremins Ansätze in dieser Richtung.

Das Moog Etherwave Theremin steht nun dem Fachbereich Vernetzte Medien als

funktionstüchtiges Gerät zur Verfügung.


21

6 Quellenverzeichnis

⋅ Art's Theremin Page: http://home.att.net/~theremin1/ Stand Juli 2005 .

⋅ Enzyklopädie: Theremin. DB Sonderband: Wikipedia Frühjahr 2005, S.

448339

⋅ Derek Johnson, “Theremania!”, in Sound On Sound, Nov. 1996

(http://www.thereminworld.com/sosarticle.asp)

⋅ Robert Moog, “The Theremin”, in Radio and Television News, Januar, 1954

(http://www.thereminworld.com/moog1954.asp)

⋅ Giorgio Necordi, “Of the Theremin and Futurist Stringed Instrument Making”,

Feb. 2001 (http://www.thereminvox.com/article/articleview/15/1/2/)

⋅ Joseph A. Paradiso, Neil Gershenfeld, "Musical Applications of Electric Field

Sensing“, in Computer Music Journal 21, Sommer 1997, pp. 69-89

(http://www.media.mit.edu/resenv/pubs/papers/96_04_cmj.pdf)

⋅ Jake Rothmann, “Simple Theremin”, in Everyday With Practical Electronics,

Sept. 1995 (http://www.thereminworld.com/EPEArticle.asp)

⋅ Wikipedia, freie Enzyklopädie im Internet

(www.wikipedia.de/ http://en.wikipedia.org)

⋅ Theremin World: http://www.thereminworld.com/. Stand Juli 2005.

⋅ [1] Patent: http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO

1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=/netahtml/srchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s

1=1661058.WKU.&OS=PN/1661058&RS=PN/1661058


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7 Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Spielweise des Theremins....................................................5

Abbildung 2: Schematischer Aufbau des Theremins .....................................6

Abbildung 3: Funktionsweise.................................................................7

Abbildung 4: Aufbau des Theremins Moog Etherware ...................................8

Abbildung 5: zur Analyse verwendeter Versuchsaufbau (allgemein) ............... 10

Abbildung 6: Frequenzmessungen 1 ...................................................... 11

Abbildung 7: Frequenzverlauf (f/d) ...................................................... 12

Abbildung 8: Tonhöhenverlauf (MIDI/d).................................................. 12

Abbildung 9: Frequenzmessungen 2 ...................................................... 12

Abbildung 10: Frequenzverlauf (f/d) ..................................................... 13

Abbildung 11: Tonhöhenverlauf (MIDI/d) ................................................ 13

Abbildung 12: Frequenzmessungen 3 ..................................................... 14

Abbildung 13: Frequenzverlauf (f/d) ..................................................... 14

Abbildung 14: Tonhöhenverlauf (MIDI/d) ................................................ 15

Abbildung 15: Pegelmessung............................................................... 15

Abbildung 16: Pegelverlauf (p/d) ......................................................... 16

Abbildung 17: Pegelverlauf (p/d) ......................................................... 16

Abbildung 18: Frequenzspektrum über der Zeit (10mm) ............................. 17

Abbildung 19: Frequenzspektrum über der Zeit (100mm) ............................ 17





Documents

Theremin – Aufbau und Versuchsdurchführungenlomaland.de/work/theremin - aufbau und versuchsdurchfuehrungen.pdf · Auch Jean-Michel Jarre, bekannter Musiker der elektronischen Popmusik,