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29.07.2015

Die Geschichte der elektronischen Musik #4

Musik und Strom - Optoelektronische Klangerzeugung und Sprachsynthese

Lichtschranken und Schlapphüte

In diesem Teil unserer Geschichte der elektrischen und elektronischen Musik geht es zunächst um eine Methode der Klangerzeugung, die heute auf den ersten Blick verschwunden zu sein scheint: die optoelektronische Klangerzeugung, also Klänge, die durch Licht entstehen. Aber was ist Optoelektrik? Das ist eigentlich ganz einfach: wer schon einmal eine Lichtschranke oder einen optischen S/PDIF-Anschluss gesehen hat, weiß schon alles. Bei Lichtschranken wird bei Unterbrechung des Lichtstrahls ein elektronisches Signal gesendet, das einen Schaltvorgang auslösen kann. Bei der optischen Variante der Digital-Audio-Schnittstelle S/PDIF – und bei jeder anderen auf Glasfaserkabeln basierenden Übertragungstechnik – wird ein elektronisches Signal in Licht umgewandelt.

Was hat das aber jetzt mit Musik zu tun? Die Übertragung von Schall auf optischem Weg ist ja noch einleuchtend, aber kann man mit Licht auch Klänge erzeugen? Dazu ein Gedankenexperiment: Angenommen, der Lichtsensor einer Lichtschranke wäre an einen Oszillator angeschlossen und jemand würde 400 Mal pro Sekunde durch diese Lichtschranke rennen – das Ergebnis wäre ein Ton mit einer Tonhöhe von 400Hz. In diesem Teil unserer Serie geht es um Musikinstrumente und Verfahren zur Speicherung von Musik, die auf diesem Prinzip basieren. 

1935 - Welte-Lichttonorgel

Am bekanntesten ist vielleicht die Lichttonorgel von Edwin Welte. Welte (1876-1958) war ein Erfinder aus Freiburg im Breisgau, der durch seine Erfindung eines selbstspielenden Klaviers bekannt geworden war. Das Welte-Mignon Reproduktionsklavier konnte Aufnahmen reproduzieren und vermittels einer ziemlich ausgeklügelten Mechanik tatsächlich auf dem Klavier wiedergeben. Das ist so ähnlich wie ein Pianola, allerdings in einer viel besseren Qualität. Moderne Nachfolger von heute sind zum Beispiel das Yamaha Disklavier oder der Bösendorfer CEUS. Auf dem Welte-Mignon-System haben damals viele berühmte Pianisten Aufnahmen eingespielt. Die CD-Aufnahmen, die von diesen alten Einspielungen in den letzten Jahren herausgekommen sind, kann man mit den frühen Grammophonaufnahmen natürlich nicht vergleichen: kein Rauschen, kein Knacken, sondern die Aufnahme eines Flügels, der wie von Geisterhand bespielt wird – und das sprichwörtlich, schließlich sind die Pianisten inzwischen alle tot. Nachdem Edwin Welte mit dieser Erfindung ziemlich erfolgreich war, wurde das System auch auf Orgeln ausgeweitet. Die Firma Welte war ein global tätiges Unternehmen, bis der erste Weltkrieg und die wirtschaftliche Depression Anfang der 1930er Jahre dem Betrieb fast das Wasser abgruben.

Trotzdem bastelte Edwin Welte weiter und wurde mit der Lichttonorgel noch einmal berühmt.

Sie funktionierte mit Glasscheiben, auf die Wellenformen aufgetragen wurden. Durch diese Wellenform-Scheiben wurde Licht auf einen Lichtsensor geworfen. Dieser empfing dann eben so viel Licht, wie gerade nicht durch die Wellenformen verdeckt wurde.

Im Bild sieht man zwei der Glasscheiben. Das Tempo, in dem sie sich drehten, war ausschlaggebend für die Tonhöhe: je schneller, desto höher. Die Form der aufgedruckten Schwingung, also z.B. Dreieck, Sinus oder Rechteck, bestimmte die Klangfarbe.  

Die Wellenformen auf den Glasscheiben der Lichttonorgel wurden übrigens von Originalquellen aufgenommen und dann nachgearbeitet. Das hört sich unauffällig an, aber „von Originalquellen aufgenommen“ heißt nichts anderes, als dass hier von einer ganz frühen Form des Samplings gesprochen werden kann. Zwar wurde nur ein einzelner Zyklus einer Wellenform wiedergegeben, sodass man noch nicht wirklich von einem Sampler sprechen kann. Aber das Marketing hat schon damals gestimmt: In zeitgenössischen Dokumenten wurde die Lichttonorgel genauso wie das schon ein paar Jahre früher in Wien entstandene Superpiano mit der Möglichkeit angepriesen, jeden nur möglichen Klang spielen zu können. Leider soll sich das Superpiano aber nur wie eine singende Säge angehört haben, der Weg zum richtigen Sampler war also noch weit.

1935 war die Lichttonorgel zur Serienreife gelangt. Die Nazis unterstützten das Projekt begeistert, bis sie herausfanden, dass Edwin Welte mit einer jüdischen Frau verheiratet war. Daraufhin wurde das Projekt wie ein heißes Eisen fallengelassen und der Zweite Weltkrieg erledigte den Rest. 1945 war die einzige Orgel zerstört, die Technik veraltet und der fast 70-jährige Welte konnte dem Instrument nicht mehr zum Erfolg verhelfen. Aber ein erster Schritt Richtung Sampling war gemacht.

1934 - Fotoliptofono

Als nächstes soll eine Erfindung vorgestellt werden, die, wenn sie sich durchgesetzt hätte, die Musikproduktion wohl grundlegend verändert hätte: das Fotoliptofono. Dieses heute so gut wie unbekannte Gerät wurde von dem argentinischen Erfinder Fernando Crude Ende der 1920er-Jahre entwickelt. Die Idee war so einfach wie brilliant: Aufnahmen drucken, und zwar auf ganz normalem Papier. So könnte man Klänge einfach wie eine Zeitung verbreiten und die Musiksammlung in einem Ordner im Regal neben der Steuererklärung aufbewahren. Wenn man die Aufnahmen dann auch noch wirklich in der Zeitung drucken würde, hätte man eine „Zeitung, die sich selber vorliest!“, wie eine holländische Zeitung erschrocken bemerkte.

Das Fotoliptofono zeichnete die Aufnahmen auf einer runden Walze auf. Das bedruckte Blatt erinnert danach an das, was man auch heute in jedem Audio-Editor sehen kann:

Auch ein passendes Abspielgerät wurde entwickelt und der Erfinder reiste um die ganze Welt, um das System zu vermarkten. Nachdem das 1934 gegründete Unternehmen einen Patentstreit gegen die deutsche Firma Telefunken gewonnen hatte, war der Weg zum Welterfolg eigentlich frei. Warum das Fotoliptofono sich trotzdem nicht etablieren konnte, darüber kann man nur spekulieren: War die Aufnahme- und Wiedergabequalität nicht gut genug? Blockierte die Schallplattenindustrie das Verfahren, um die Gewinne nicht den Druckereien zu überlassen? Vielleicht hätte sich das Gerät ja doch behaupten können, wenn die Argentinier das Angebot von IBM und GE zum Verkauf ihrer Patente angenommen hätten. Fakt ist aber, dass das Fotoliptofono mit dem Ausbruch des Zweiten Weltkrieges ins Abseits geriet und heute fast vergessen ist. Erst 2012 konnte in Portugal zum ersten Mal wieder eine alte Aufnahme des Gerätes abgespielt werden.  

1938 - Der ANS

Was in diesem Zusammenhang noch fehlt, ist ein Gerät, das selbstgezeichnete Klänge abspielt. Hier kommt ein Synthesizer ins Spiel, der zwar schon 1938 von dem russischen Ingenieur Evgeny Murzin erfunden wurde, tatsächlich aber erst ab 1958 gebaut wurde: der ANS. Er ist nach dem russischen Komponisten Alexander Nikolajewitsch Skrjabin benannt und ist ein additiver Synthesizer, der 720 Sinustöne abspielen kann. Diese Töne scannt er von fünf Glasplatten, die mit lichtundurchlässigem Harz beschichtet sind. In diese Glasplatten ritzt man freihändig Linien und Formen, die dann abgespielt werden.  

Was der ANS von sich gibt, ist von einer ganz anderen Qualität als die Geräte, die schon in den 1930er Jahren produziert wurden: Während sie sich alle noch ziemlich rauschig und stark gefiltert anhören, produziert der ANS glasklare und frequenzreiche Klanggebilde. Berühmt wurde das Instrument durch den Soundtrack zu Andrei Tarkowskis epischem Science-Fiction-Film "Solaris", der mit dem ANS produziert wurde. Manchmal wird er auch heute noch von zeitgenössischen Komponisten und Musikern verwendet – allerdings nur selten, weil es weltweit nur ein einziges Gerät gibt und der Zugang dazu ziemlich beschränkt ist. Mittlerweile gibt es auch einige Softwareprogramme, die Bilder in Klänge umwandeln können. Aber ob man das sorgfältige Einritzen von Kompositionen in eine beschichtete Glasplatte mit der schnellen Sonifzierung per Computer vergleichen kann, steht auf einem anderen Blatt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Optoelektronik im Instrumentenbau zur Zeit kaum in Gebrauch ist. Dennoch hat sie nicht nur maßgeblich zur Entwicklung der elektroakustischen Musik beigetragen; sie wird auch heute noch jeden Tag verwendet: Zum einen im Film, denn hier wird der Soundtrack beim noch heute gebräuchlichen Lichttonverfahren auf diese Weise abgespielt, zum anderen in digitaler Form auf der CD, bei der ja auch Licht in Form eines Lasers benutzt wird, um die Nullen und Einsen auszulesen.

1939 - Der Vocoder

Das nächste Gerät war zunächst gar nicht für den musikalischen Gebrauch gedacht, sondern für die Telekommunikation: der "Voice Encoder" oder kurz Vocoder. Schon 1928 forschte der amerikanische Entwickler Homer Dudley für die Telefongesellschaft Bell an einer Methode, um die menschliche Stimme zu enkodieren. Dadurch sollte die für ein Telefongespräch benötigte Bandbreite reduziert werden. Der geldwerte Vorteil für die Telefongesellschaft liegt auf der Hand: Auf diese Weise könnten mehr Gespräche über eine Leitung übertragen werden und es würden weniger Kabel benötigt. Das Interesse an der Entwicklung des Vocoders war also zunächst rein zivil und hatte nichts mit dem Militär zu tun, wie oft geschrieben wird. 1928 hat wohl auch noch keiner an einen weiteren Weltkrieg gedacht. Vielleicht wäre es sonst ja auch schneller gegangen, denn der Vocoder war erst 1939 einsatzbereit. Allerdings hat sich der Aufwand gelohnt, denn die mit dem Vocoder entwickelten Grundlagen der Sprachkompression werden in der Telekommunikation bis heute verwendet. Mit dem Ausbruch des Zweiten Weltkriegs war die Verschlüsselung von Kommunikation schlagartig ziemlich gefragt, und das nicht nur im kleinen, tragbaren Format, sondern in ganz großem Stil mit dem SIGSALY.

Über das SIGSALY Kryptographiesystem (aka X System aka Project X aka Ciphony I) könnte man jetzt Romane schreiben: dass Alan Turing daran beteiligt war, dass der Name kein Akronym ist sondern nur wie eines aussehen sollte, dass es auf einem Boot General MacArthur durch den Südpazifik hinterfuhr... Der perfekte Stoff für Spionagebegeisterte!

Doch zurück zum Vocoder. Er wurde später als Effektgerät wiederentdeckt und in den neugegründeten großen Studios für elektronische Musik in München (Siemens-Studio) und Köln (WDR) von Komponisten elektronischer Musik eingesetzt. Später baute auch Bob Moog Vocoder, für die Band Kraftwerk wurde extra einer zusammen gelötet und inzwischen findet man Vocoder-Effekte in unzähligen Soft- und Hardwaregeräten. Wenn es um die Veränderung oder Verfremdung von Stimmen geht, ist er eines der Standardeffektgeräte geworden. Allerdings ist nicht immer Vocoder drin, wo mancher es draufschreibt: Cher benutzte keinen Vocoder, sondern Antares AutoTune, für die Stimme der Schlümpfe wurde ein Pitch-Shifter benutzt und Peter Frampton verwendet eine Talkbox. Micky Maus wurde von einer normalen Stimme gesprochen, ohne Einsatz von Technik. Und so ist der Vocoder in der Musik zwar ein Standard, wird tatsächlich aber gar nicht so oft benutzt. Dafür aber ständig beim Telefonieren – und ja, die Geheimdienste gebrauchen ihn auch immer noch.

1939 - Der Voder

Bevor wir den Vocoder aber gänzlich den Schlapphüten überlassen, noch ein kurzer Blick auf seinen Sidekick, den Voder. Diese 1939 bei der Weltausstellung in New York präsentierte Maschine konnte die menschliche Sprache synthetisieren. Die Bedienung erfolgte über eine Tastatur mit zehn Tasten für Bandpassfilter, ein Fußpedal und einen Handgelenkschalter, mit dem man zwischen Sinus- und Rauschgenerator für Vokal- und Plosivlaute umschalten konnte. Mit dem Voder konnte man tatsächlich ganze Sätze sprechen, und das auch noch mehr oder weniger verständlich und in verschiedenen Stimmlagen. Allerdings war die Maschine so kompliziert, dass man mehrere Monate üben musste, um sie bedienen zu können. Deshalb wurde der Voder auch kein richtiger Hit und Sprachsynthese blieb für die nächsten Jahrzehnte ein schwieriges Terrain – wir werden ihr bei einer weiteren Entwicklung der Bell Labs auf einem IBM Computer Anfang der 1960er Jahre wieder begegnen.

Veröffentlicht am 29.07.2015

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