Eine Analyse zum Vergleich von samplebasierten Klavieren und Klavieren auf Basis des Physical Modeling

Zum Erstellen des Sweeps wurde über alle 88 Klaviertasten eine Achtelnote abgespielt. Als Abspieltempo wurde 300 bpm gewählt. Über den Ausgabekanal habe ich den Spektrum Analyzer „Roger Nichols Digital Inspector XL“ laufen lassen. Die FFT-Fenstergröße vom Inspector beträgt 2048, als Fensterfunktion wurde das Hanning-Fenster gewählt. Die Ausgabepeaks, die sich von 0-20.000 Hz erstrecken, wurden als Zahlenreihe in Excel importiert.

In der Analyse fällt sofort auf, dass alle Klaviere im Frequenzgang nahezu identisch sind. Dies ist erst einmal nicht verwunderlich, da alle Klänge von Klavieren stammen. Interessant für die Auswertung sind aber vor allem zwei Klaviere:

• PianoTeq3 – C3-Close-Mic (grün)
• EWQL-Silver-Steinway-bright (lila)

PianoTeq3 – C3-Close-Mic

Dieses Klavier weist vor allem ab 200Hz eine sehr extreme Obertonstruktur auf, was an den steilen Flanken der Frequenzen zu erkennen ist. Fast immer stehen die Kurven des C3-Close-Mic Klaviers (grüne Linie) über den Frequenzen anderer Klaviere. Dies ist vor allem im Bild piano-vergleich1.png  sehr gut zu erkennen. Schaut man sich Bild piano-vergleich2.png an, sieht man, dass ab ca. 18 kHz die Obertonstruktur stark abnimmt und sich im unteren Mittel aller anderen getesteten Klaviere einreiht. Es kann davon ausgegangen werden, dass das menschliche Ohr diesen Bereich nicht mehr signifikant wahrnimmt. Anderenfalls besteht die Möglichkeit, dass hörbare hohe Frequenzen unangenehm für das Hörempfinden sind. Daher ist der Ansatz, die Obertöne in den Höhen abzusenken, nachzuvollziehen.

EWQL-Silver-Steinway-bright

In den tieferen Frequenzen fällt das Klavier kaum auf. Es zeigt die gleichen Eigenschaften wie auch die anderen Klaviere. Den ersten großen Ausreißer hat die Frequenz dieses Klaviers ab 4.500Hz. Ab diesen Punkt nimmt die Obertonstruktur so weit ab, dass sie ab 8.500 Hz gänzlich unter allen anderen Klavieren liegt. Vor allem in Bild piano-vergleich2.png sieht man, dass die Obertöne dieses Klaviers signifikant leiser sind als die der anderen Klaviere.

Für diesen Test wurde die Note c‘‘ (440 Hz) 1/4 Notenlänge bei 120 bpm abgespielt. Für die Hüllkurvenbetrachtung wurden die obertonreichen Klaviere  Bosendorfer Dry 8 Basic EastWest Quantum Leap und PianoTeq3 – C3-Close-Mic gewählt. Da im Sample des Bosendorfer Klaviers ein natürlicher Hallanteil des Aufnahmeraums vorhanden ist, wurde ebenfalls ein Nachhall bei PianoTeq gewählt. Dieser Nachhall ist Bestandteil in der Software von PianoTeq und kann beliebig hinzufügt und abgestellt werden.

Zwischen der oberen Hüllkurve vom „Bosendorfer Dry 8 Basic“ und der unteren Hüllkurve vom „PianoTeq3 – C3-Close-Mic“ sind rein optisch bereits Unterschiede zu erkennen. Beide Klaviere haben eine sehr schnelle Attack-Phase (Einschwingphase). Dies ist nicht weiter ungewöhnlich für ein Klavier. Die Decay-Phase (erste Ausschwingzeit) ist bei beiden Klavieren bereits unterschiedlich. Während beim Bosendorfer Piano die Ausschwingzeit um ein Drittel abfällt, ist bei PianoTeq deutlich zu erkennen, dass es kurz nach der Attack-Phase eine weitere Attack-Phase zu geben scheint. Man könnte annehmen, dass sich der Klang nach der Attack-Phase stabilisiert und der Ton gekräftigt wird. Diese Kräftigung hat Auswirkung auf die Sustain-Phase (Haltephase), da hierdurch die Sustain-Phase länger überdauern kann. Auch bei Bosendorfer ist eine Kräftigung der Decay-Phase zu sehen, was ebenfalls die Sustain-Phase bekräftigt. Hierbei ist die Amplitude jedoch wesentlich kleiner. Dies führt auch dazu, dass der Ton nicht lange gehalten werden kann und demnach schneller verklingt. Die Sustain-Phase hat einen direkten Einfluss auf die letzte Phase, die Release-Phase (zweite Ausklingphase). Da samplebasierte Klaviere vor allem in der Sustain-Phase ihre Samples loopen, ist es anhand des Bildes nicht weitere verwunderlich, dass in der Release-Phase ein schnelles Abklingen erfolgt. Hier wird zumeist entweder der Loop ausgespielt oder ein Release-Loop an den Sustain-Loop angehangen. Nur der Hallanteil des aufgenommenen Klangs kann die Länge des Tons hinauszögern Die Release-Phase bei PianoTeq ist deutlich von samplebasierten Klavieren zu unterscheiden. Die Sustain-Phase scheint nahtlos in die Release-Phase überzugehen.  Tatsächlich ist auch kein direkter Übergang zwischen den Phasen Decay, Sustain und Release zu erkennen. Dieser Ansatz scheint eher dem natürlichen Klangbild eines Klaviers zu entsprechen, da das Physical Modeling den Klang modelliert und demzufolge von den physikalischen Eigenschaften eines Klaviers ausgehen kann und nicht mit Loops arbeiten muss. Dies ist auch der klare Vorteil von Physical Modeling.

Auch bei den Obertönen gibt es einige markante Unterschiede zwischen einem samplebasierten Klavier und einem Physical Modeling Klavier. Auch hier werden wieder die beiden Klaviere Bosendorfer Dry 8 Basic EastWest Quantum Leap und PianoTeq3 – C3-Close-Mic analysiert.

Die Obertonstruktur verläuft bei beiden Klavieren gleich. Bei beiden Klavieren sind 8 Obertöne und die Grundfrequenz bei 440 Hz klar erkennbar. Unterschiede ergeben sich im Rauschanteil zwischen den Obertönen. Vor allem beim Physical Modeling Klavier entsteht ab 8 kHz nahezu kein Rauschen mehr. Auch wenn -70 dBFS nicht mehr signifikant hörbar sind, kann es im Mix mit anderen Instrumenten Probleme bereiten. Da die Frequenzen jedoch nahezu keinen Rauschanteil besitzen, kann dieser Anteil mit einem Tiefpass schnell beruhigt werden. Problematischer scheint es bei Bosendorfer ab 6 kHz zu sein. Hier vermischen die Obertöne zu sehr mit dem restlichen Rauschen. Zwar fällt der Bereich bereits ab 5 kHz stark ab, aber das Rauschen ist so undifferenziert, dass die Bearbeitung in Verbindung mit anderen Musikinstrumenten problematisch sein kann. Auch hier wird nur ein Tiefpass die Beruhigung im Mix geben. Letztlich kann aber behauptet werden, dass das Physical Modeling Klavier einen geringeren Rauschanteil besitzt, was dem Toningenieur beim Mix gefallen wird, da er weniger nacharbeiten muss.

Ein Ergebnis, welches Klavier am besten klingt, konnte man durch die drei Tests nicht eindeutig feststellen. Klanglich beeindruckt haben mich jedoch PianoTeq3 – C3-Close-Mic und das Bosendorfer Dry 8 Basic. Beide Klaviere klingen relativ trocken und dennoch nicht spröde. Eine Aussage, ob samplebasierte Klaviere oder Klaviere auf Basis des Physical Modeling besser klingen kann klar beantwortet werden: Es klingen beide Arten sehr naturgetreu. Aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten den Klang eines Klaviers über Physical Modeling zu verändern, empfehle ich jedoch als langfristige Anlage den Kauf eines Klaviers auf Basis des Physical Modeling. Die Optionen sind hierbei nicht nur auf die Auswahl eines Klaviers beschränkt. Vielmehr, und darin liegt der Mehrwert, kann auch die Größe des Korpus, das Holz des Klaviers und sogar jede einzelne Saite kann nachgestimmt und auch verstimmt werden. Auf diese Weise kann sich jeder Komponist sein eigenes Klavier von Grund auf „bauen“ und seinen eigenen individuellen Klang „erfinden“.