Projekt zur Frequenzoptimierung meiner E Geige

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[FONT=&quot]Hallo liebe Streicherfreunde,[/FONT]

[FONT=&quot]weil es vielleicht den einen oder anderen (E-)GeigerIn interessieren könnte, will ich euch hier ein bisschen von meinem Frequenzoptimierungsprojekt für meine E-Geige (Yamaha SV200) und meinen Akustiktonabnehmer (Shadow NFX945V) berichten.[/FONT]
[FONT=&quot]Obwohl ich mich nun schon länger mit der Frequenzbereichsthematik beschäftige, habe ich immer noch keine rechte Vorstellung davon, wo meine Instrumente (also nicht nur meine Geigen, sondern auch meine Gitarren und z.B. auch die Toms meines Drummers) eigentlich wirken und wie die Klangcharakteristik so im ganz groben zustande kommt. Durch die Anregung durch Fiddles Beschreibungen von seinem Livesetup für E-Geige mit einem 31-Band Digital-EQ (richtig so?) bin ich auf die Idee zu folgendem Projekt gekommen.[/FONT]
[FONT=&quot]Ich habe meine beiden akustischen Geigen mit Mikrofonen sowie eine davon mit dem Tonabnehmer und zusätzlich die E-Geige aufgenommen. Anschließend habe ich von den einzelnen Signalen Frequenzanalysen gemacht und diese dann miteinander verglichen.[/FONT]

[FONT=&quot]Hier die technischen Details:[/FONT]
[FONT=&quot]Geigen:[/FONT]
[FONT=&quot]MNK = Markneukirchener Geige. Meine gute alte Geige, ca. 70-90 Jahre alt, mein Referenzinstrument.[/FONT]
[FONT=&quot]ADB = „Alte Dachboden Geige“. Die Geige, auf der ich spielen gelernt habe, ein gutes Schülerinstrument.[/FONT]
[FONT=&quot]NFX = Shadow NFX945 Tonabnehmer an der ADB Geige. Das ist sozusagen das 3. Geigensignal. Den „tone“ Regler am Preamp habe ich dabei etwa auf mittlere Reglerstellung gedreht. Der Outputregler war auf voll gestellt.[/FONT]
[FONT=&quot]Yamaha SV200 = Die E-Geige, die ich auf der Bühne benutze. Ausgangsregler auf 3/4, EQ Einstellung 1x auf 6 und 1x auf 10.[/FONT]
[FONT=&quot]Bogen von Ed Pfitzner.[/FONT]

[FONT=&quot]Aufnahme Equipment:[/FONT]
[FONT=&quot]Rode NT 5 in etwa 40-50 cm Entfernung ziemlich direkt von oben über der Geige.[/FONT]
[FONT=&quot]AKG C3000b schräg von oben / seitlich in 40-50 cm Entfernung.[/FONT]
[FONT=&quot]Apogee Duet [/FONT]
[FONT=&quot]Macbook Pro mit Logic Express 9.[/FONT]

[FONT=&quot]Bei jeder Geige habe ich auf jeder Saite einen Bogenstrich (ca. 4s) mit nicht zuviel Kraft gezogen, damit die Töne von ihrer Erzeugung her möglichst vergleichbar sind. Alle einzelnen Töne habe ich auf 0dB normalisiert (die nicht normalisierten Signale waren in ihrer Lautstärke sowieso ähnlich. Unabhängig davon ist die Normalisierung fast egal für die Auswertung, s.u.). Von jedem Ton von jeder Saite von jeder Geige habe ich nun etwa 3 s markiert und dann eine FFT Analyse gemacht und die Datenpunkte davon in Origin (so was wie Excel) kopiert und dort weiterverarbeitet.[/FONT]
[FONT=&quot]In die Mikrofonsignale geht natürlich die Raumakustik mit ein, der Beitrag lässt sich jedoch nicht quantitativ abschätzen. Ich habe jedoch die Hoffnung, dass aufgrund der Größe und Art meines Wohnzimmers (Maisonettewohnung = hohe Deckenhöhe, viel Volumen und verwinkelt) Raumresonanzen eher nicht begünstigt sind (viel Streuungsmöglichkeiten). Die Mikrofone arbeiten natürlich auch nicht linear, was man insbesondere beim Vergleich der Signale im Bereich der oberen Mitten sehen könnte (unterschiedliche starke Betonung der Grundlinie), aus Aufwandsgründen habe ich dazu keine Abbildung gemacht. Damit sich die Mikrofoneffekte nicht so deutlich im Spektrum auswirken, habe ich die Spektren von beiden Mikrofonen einfach immer gemittelt.[/FONT]

[FONT=&quot]Nun hat man von jeder Geige 4 Frequenzspektren, die jeweils zu den leeren Saiten gehören. Um jetzt eine Art allgemeines Frequenzspektrum der Geige zu bekommen, habe ich die 4 Spektren gemittelt, damit man einerseits sieht, wie sich die Grundlinie („Baseline“ in den Abbildungen) verhält, d.h. wo besonders subtile Klangfarben (nach meiner Meinung, ob das so stimmt weiß ich nicht, ich lasse mich da gerne korrigieren) sichtbar werden, und andererseits sehen kann, wie sich die Obertöne („Peakline“ in den Abbildungen) einer angeregten Schwingung (d.h. einer leeren Saite) mit zunehmender Frequenz entwickeln. Details zur Gewichtung stehen unten.[/FONT]

[FONT=&quot]Bis hierhin bekommt man also folgendes Bild, wie am Beispiel der Signale der MNK Geige zu sehen ist. Unten sind die 4 Signale der einzelnen Saiten übereinander gelegt (bunt), oben ist das gewichtete Summenspektrum zu sehen. Man sieht, dass im Bereich der Grundlinie das Rauschen durch die Mittelung minimiert (genauer: halbiert) wurde, die einzelnen Schwingungsfrequenzen der gestrichenen Töne jedoch immer noch präsent sind. Sowohl durch die Baseline als auch durch die Spitzen der Peakline habe ich nun die Punkte bei den Frequenzen eines 31-Band EQs gelegt, um so eine Art „Signatur“ zu bekommen.
[/FONT]


MNK_Geige.jpg




[FONT=&quot]Abbildung Frequenzspektren der 4 Einzelsaiten und der gewichteten Summe der MNK Geige.[/FONT]

[FONT=&quot]Diese Signaturen habe ich nun miteinander verglichen. Das Ziel dieser ganzen Aktion ist es jetzt, dass mir die Differenzen dieser Signaturen nun zeigen sollten (in der Theorie), wo sich zumindest ganz grob die verschiedenen Instrumente unterscheiden, und wie man (also naja, mehr oder weniger…) den Klang des einen Instrumentes (z.B. der E-Geige oder des NFX Tonabnehmersignals) zumindest in die Richtung eines anderen Instrumentes (Naturklang der Geige) verschieben, bzw. Verluste der Tonabnahme minimieren kann.[/FONT]

MNKADBVergleich.jpg

[FONT=&quot]Hier im Vergleich zwischen der MNK (unten) und ADB (oben) Geige sieht man, dass die besser klingende MNK Geige zwischen 300 und 450 Hz und zwischen 2 und 5 kHz eine höhere Grund- und Peaklinie hat (mehr Klangcharakter?). Besonders gut lässt sich das auch in der nächsten Abbildung bei den Differenzen der Signaturen (besonders bei der grünen Linie) sehen. Beide Geigen haben aber (natürlich) ein relativ abwechslungsreiches Klangspektrum, was wohl der Hauptunterschied zur E-Geige (s. unten) sein dürfte. [/FONT]

MNKADBEQVergleich.JPG

[FONT=&quot]Abbildungen Signaturen der ADB (blau) und MNK (schwarz) Geige.[/FONT]

[FONT=&quot]Macht man jetzt das gleiche Spielchen auch mit den Tonabnehmer Signalen und vergleicht die Signatur des NFX mit der Signatur der Mikrofone von der gleichen Geige, so sieht man die Unterschiede, die man womöglich mit einem 31 Band EQ ausgleichen kann. [/FONT]

ADBNFXEQVergleich.JPG

[FONT=&quot]Die Frequenzspektren der Yamaha sehen jetzt (im Folgenden) deutlich weniger konturiert als beispielsweise die der MNK Geige aus. Die unterschiedlichen EQ Einstellungen an der E Geige wirken sich dabei im Wesentlichen nur auf eine Anhebung bzw. Abhebung der Höhen oberhalb von 5 kHz aus.[/FONT]

SV200Vergleich.jpg

[FONT=&quot]Der entscheidende Test wird es jetzt sein, ob die Differenz der Signaturen zwischen der E Geige und der MNK Geige als Referenz als EQ Einstellung so funktioniert, dass der Klang der E Geige in angenehmer Weise beeinflusst wird.[/FONT]
MNKSVEQ6Vergleich.JPG
[FONT=&quot]Soviel also zur Theorie. Morgen Abend habe ich Zeit in den Proberaum zu fahren und die ganze Datensammlung auch mal in der Praxis zu testen. [/FONT]

[FONT=&quot]Mir ist vollkommen klar, dass das Ohr natürlich die viel bessere Kontrolle des (E-) Geigenklangs ist, und das bunte Linien kein Garant für einen guten Ton sind, aber ich erhoffe mir davon, zumindest einen Hinweis zu kriegen, wo ich an welchen Schrauben bzw. Reglern zu drehen habe.[/FONT]

[FONT=&quot]Kritik, Kommentare, Fragen und Hinweise zur Verbesserung sind sehr willkommen![/FONT]

[FONT=&quot]Der Geigermeister (Nickname bitte nicht ernstnehmen)[/FONT]


[FONT=&quot]Details zur Gewichtung:[/FONT]
[FONT=&quot]Als Gewicht eines Datenpunktes habe ich eine exponentielle Gewichtung benutzt:[/FONT]

[FONT=&quot]y(f) = Summe{i=1..4} (yi(f)*exp(0.12*|yi(f)-BL(f)|) ) / (Summe{i=1..4}(exp(0.12*|yi(f)-BL(f)|) ) )[/FONT]

[FONT=&quot]BL(f) ist dabei eine lineare Approximation der Grundlinie, also dort, wo das Rauschen ist. Ist der Abstand eines Datenpunktes (also eines Pegels) bei einer Frequenz gering, so ist das Gewicht des Datenpunktes auch gering und die 4 Spektren mitteln einfach das Rauschen geringer. Ist ein Datenpunkt jedoch weit von der Grundlinie entfernt (z.B. bei der G Saite bei 194 Hz), dann erzeugt die e Funktion ein hohes Gewicht und der gewichtete Mittelwert besteht praktisch nur noch aus dem Pegel der G Saite. Der Faktor 0.12 in der exp Funktion ist empirisch ermittelt und dient dazu, dass bei kleineren Abweichungen vom Grundrauschen der Gewichtungsfaktor nicht zu schnell wächst.[/FONT]
 
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Die Frequenzspektren der Yamaha sehen jetzt (im Folgenden) deutlich weniger konturiert als beispielsweise die der MNK Geige aus. Die unterschiedlichen EQ Einstellungen an der E Geige wirken sich dabei im Wesentlichen nur auf eine Anhebung bzw. Abhebung der Höhen oberhalb von 5 kHz aus.

ich finde deine Untersuchung hoch-spannend. Die 5 kHz Anhebung ist das, was ich durch experimentieren als unangenehme
Fequenz bei E-Geigen festgestellt habe. Das betrifft die Yamaha SV100 und die HBV 870. (eigentlich alles, was einen Piezo hat..)

Ich habe vor nicht allzulanger Zeit etwas über Piezos recherchiert. Viele von den (auch hier) eingesetzten Piezos haben eine
Eigenfrequenz (eine Resonanz) in diesem 5 kHz Bereich, mal etwas mehr - mal etwas weniger.
Das muß man gezielt herunter Pegeln, sonst wird das mit nem Geigenklang nicht wirklich was..

cheers, fiddle
 
JuST

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Holla... das ist wirklich spannend!
Ich muss zugeben, erst dachte ich, dass hier zu viel Fachwissen in Bezug auf Frequenzen angeboten wird, so dass mir sicherlich beim Lesen langweilig werden würde. Doch durch die Grafiken ist alles wunderbar visualisiert. Vielen Dank dafür. Ich werde den Fortschritt des Experiments verfolgen.
 
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Hi Geigermeister,

ich hätte gern ne direkte Abbildung der Frequenzverläufe der MKN zur SV200 -
also einfach nur trocken, so wie es rauskommt, ohne EQ.
(ich hoffe, ich hab da jetzt nicht was übersehen.. ..das wär mir arg peinlich)

cheers, fiddle
 
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Hiho fiddle,

du meinst diesen Vergleich?
MNKSVVergleich.jpg
Ich hab die Signaturen für den 31-Band EQ dringelassen (zur Visualisierung), kann ich natürlich auch weglassen. Die Signale sind mit keinerlei EQ bearbeitet, das einzige ist, dass in der SV200 ja ein interner EQ ist, dessen Drehrad bei dieser Aufnahme auf 6 gestellt. Mir fällt jetzt gerade ein, dass man den ja an der Geige ausschalten kann, das hatte ich bei der Aufnahme völlig vergessen, weil ich das nie mache.
Erste Tests habe ich im Proberaum gemacht, aber (welch Wunder) so richtig weit gekommen bin ich noch nicht, habe das jetzt für Samstag Vormittag geplant. Ergebnisse gibt es dann, die 5kHz Problematik kann ich nach erstem Vergleich aber auch bestätigen.
 
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Ahh, ok, jetzt seh ich es..
Danke nochmal.

Im Signal der akustischen scheinen mehr und stärkere Obertonanteile drin zu stecken.
(also Abstand low-peak)
Das wird man bei der Yamaha mit einem EQ jedenfalls nicht hinbiegen können.
Ich würd das mit einem neuen Steg versuchen. Das Stegholz ist wahrscheinlich recht
weich und dämpft die Obertöne womöglich raus. Auch mit dem Schnitt könnte man was
machen. Würd mich aber dazu mehr aufs Gehör verlassen.

Aber die Kurve der SV200 kommt mir bekannt vor, so wie ich meinen EQ eingestellt hatte.
(ausgehend von der MNK Geige als Referenz)


cheers, fiddle
 
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Nach ein paar Stunden im Proberaum, kann ich jetzt von unserem Praxistest berichten. Wir haben versucht, anhand dieser Signaturlinien den PA Klang (über Mackie Onyx 32 und ERJK F4) zu optimieren. Das Foto zeigt, wie wir die EQs letztendlich eingestellt haben. Der obere Kanal wurde für den NFX an der akustische Geige, der untere Kanal für die SV200 benutzt. Als Regelbereich haben wir +- 12 dB gewählt.
EQ_Ergebnis.jpg
Im Groben gibt es 3 Ergebnisse: Im Bassbereich unter 200 Hz gibt es eigentlich nichts einzustellen, weil dort vom Instrument logischerweise fast keine Signalanteile vorliegen. Neben dem Lowcutfilter, den wir für beide Geigen benutzt haben (so um 150-170 Hz herum), haben wir für den NFX Tonabnehmer die Bassbänder zusätzlich noch abgesenkt, da zumindest bei meiner Spielweise sonst ne Menge Griffgeräusche (vor allem um 100-120 Hz) drinstecken, die dass alles sehr mulmig machen.
Zweite Erkenntnis: Im Bereich der unteren Mitten haben wir uns an den Boost und Absenkvorschlägen der Frequenzsignaturen orientiert und das hat auch ganz gut funktioniert. Zwischen 1 und 3 kHz geben die Signaturen keine besonderen Regelvorschläge, da kann man vorsichtig anheben oder es auch lassen. Bei 5 kHz tritt tatsächlich das Resonanzproblem auf, dass Fiddle beschrieben hat, bei der Yamaha allerdings deutlich ausgeprägter als beim Shadow Tonabnehmer. Um noch einen Rest an Höhen / oberen Mitten zu bewahren, haben wir dann bei 6,3 kHz die Regler noch zumindest auf 0 Stellung belassen.
Die dritte Erkenntnis ist, dass die Frequenzanalyse keine brauchbaren Tipps für die Höhenanteile liefert. Die Signaturen schlagen für beide Geigen eine Höhenanhebung vor, die allerdings nur grausam klingt, was, so vermute ich, vor allem an den kleineren Baseline / Peak Abständen liegt, hier hat man also wie von Fiddle vorhergesagt verloren. Wir haben dann auch großzügig die Highcuts so um 10 kHz angesetzt (ausprobieren mit immer weiter Grenzfrequenz nach unten fahren, bis es am besten klingt). Insgesamt haben wir jetzt einen annehmbaren Kompromiss zwischen Klang mit Präsenz und unangenehmen Störgeräuschen, Kratzen etc.

Wir haben dann auch versucht, die Gesamtkennlinie des 31-Band EQs am Mackiepult mit dem internen semiparametrischen 4-Band EQ nachzubilden, was grundsätzlich auch funktioniert hat und zu wohlklingender Füller verhilft, aber mit dem externen EQ klingt es einfach sauberer und definierter. Ergo wird ab jetzt jeder Mischer (und wenn es mein eigener ist) mit dem EQ bearbeiteten Signalen versorgt.

Alles in allem also keine großen Überraschungen, aber vor allem für den Hauptklangbereich zwischen 200 Hz und 2 kHz hat die Methode hilfreiche Vorschläge geliefert.

Kleiner Zusatz: Wir haben auch mit der BBE Sonic Stomp Box herumgespielt, die vor allem den Klang bei Akustikgitarren aufbessert / aufbessern soll. Nach der Klangaufbereitung durch die 31-Band EQs bringt diese Box bei den Geigen aber nicht besonders viel, weil man eh schon Probleme mit den Höhen durch die Piezos hat. Bei der Akustikgeige mit NFX hilft sie noch am ehesten, bei der E-Geige nicht wirklich. Danach habe ich die Box dann wieder zum Händler zurückgebracht, lohnt sich für mich nicht.

Noch Fragen, Anmerkungen,... ?

Edith sagt: bei der SV200 haben wir den Highcut vergessen, macht aber auch eh keinen so großen Unterschied, probier ich bei der nächsten Probe noch mal aus.
 
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Im Bassbereich unter 200 Hz gibt es eigentlich nichts einzustellen, weil dort vom Instrument logischerweise fast keine Signalanteile vorliegen.
:D da gibts keine. Leeres g hat 196 Hz. :D
Ich hab alles unter 200 Hz auf -12 db runter gezogen. Sicher ist sicher.
..Die Signaturen schlagen für beide Geigen eine Höhenanhebung vor, die allerdings nur grausam klingt..
Tja, ne PA liefert auch keine superblilliante Wiedergabe. Das ist immer gefärbt, ganz einfach weil Technik. (speaker/box)
Ich beschäftige mich gerade mit Boxenbau und speakern. Wenn die Hörner der PA im Verhältnis etwas zu viel Dampf
liefern, dann tuts mit der Geige schnell weh. Die Trennung von Bass und Hochtönern erfolgt meistens zwischen
1,5 kHz und 3,5 kHz. Ab da setzt alles ein, was einen Geigenklang richtig ekelhaft werden läßt.

Wir haben dann auch großzügig die Highcuts so um 10 kHz angesetzt
Ist bei mir ähnlich. Ich habe bei 10 kHz noch einen leichten peak stehen gelassen und die Flanken davor
und dahinter recht steil eingestellt. Ich bilde mir ein, daß das die Obertöne der tieferen Frequenzen
etwas mit anhebt. Mal sehn, eigentlich gibts nie ne Probe, an der ich nicht irgenwo etwas leicht verändere..

Ich würde mal empfehlen, den 4 kHz Regler weiter runter zu ziehen. Das macht den Geigenklang etwas "samtiger".
Also nun geht es von der authentischen Annäherung weg zu einem Geigen-sound, der im Bandgefüge über
die PA funktionieren soll. Der authentische Klang (selbst wenn man ihn exakt hätte) funktioniert nicht im Bandgefüge.
(wobei das auch stark vom Pegel, der Musik und den anderen Instrumenten abhängt..)

Aufpassen würde ich mit der Anhebung bei 400 Hz. Das kann schnell wummern. Gefährliche Fequenz-Ecke :D

Alles in allem bin ich recht erleichtert, daß meine Ohren auch ohne Messtechnik funktionieren, hehe.
Aber ich find deine/eure Arbeit sehr spannend und es hat sich gelohnt - unbedingt!

Ergo wird ab jetzt jeder Mischer (und wenn es mein eigener ist) mit dem EQ bearbeiteten Signalen versorgt.
Stell dir vor, du hast keinen eigenen EQ und mußt jedesmal bei einem Konzert zum FoH-Mann latschen,
um ihm zu erklären, wie er den Kanal deiner Geige mit einem 2-parametrischen Mitten-EQ einstellen muß.
(wenn sowas überhaupt auf dem Mischer vorhanden ist..)
Soweit ich weiß, gibts 2-parametrische EQs mit q-Regler nur bei seeehr teuren Mischpulten (digital).

Stressfrei wirds, wenn man sagen kann: "hey, alles Mitte, nix machen, nur Lautstärke" :D

Ich will die FoH-Menschen jetzt nicht pauschal runtermachen, aber Fakt ist, daß Geige sehr selten
in ner Band auftaucht. Geigensound ist halt special..
Jede Geige - akku, wie elektrisch - hat ihre eigene Charakteristik. Gerade in diesem hohen
Frequenzbereich sind EQ-Einstellungen sehr kritisch, da ne kleine Abweichung schon extrem viel
bewirkt.


cheers, fiddle
 
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