Was muss man tun, um ein Naturschlagzeug elektrisch nachzubilden?
Im Wesentlichen gliedert sich die Aufgabenstellung in drei Punkte:
• Die Bereitstellung von geeigneten Spielflächen
• Die Sensortechnik, um die Schläge zu detektieren
• Die Klangerzeugung
Im Folgenden wollen wir uns dem Gebiet der Sensortechnik widmen. Was also muss getan werden, um Schläge auf eine Spielfläche zu detektieren? Oder anders gefragt, worauf kommt es denn bei einem Schlag auf eine Trommel tatsächlich an? In allererster Linie auf die Kraft, mit der auf die Spielfläche geschlagen wird, die Anschlagposition und die Beschaffenheit des Klangkörpers. Gehen wir in einem ersten Schritt davon aus, dass primär die Kraft entscheidend ist und zunächst die Angabe ausreicht, auf welche Spielfläche geschlagen wurde. Bei der Detektion eines Schlages benötigen wir also ein Sensorelement, mit der auf die Schlagstärke geschlossen werden kann.
Piezoelemente
Es gibt eine ganze Palette von Sensoren, die grundsätzlich für eine solche Aufgabenstellung geeignet wären. Angefangen bei induktiven und kapazitiven Sensoren über Dehnungsmessstreifen bis hin zu optischen Messsystemen. Tatsächlich stellt sich vor allem vor dem wirtschaftlichen Hintergrund eine Sensorgruppe als besonders geeignet heraus, nämlich die der Piezoelemente. Diese basieren auf dem so genannten Piezoelektrischen Effekt bei dem durch Verformung des Sensors eine elektrische Spannung erzeugt wird. Die im Rahmen der Edrumtechnologie verwendeten Piezosensoren bestehen aus einem metallischen Trägerplättchen und einem darauf befindlichen piezoelektrischen Material. Hält man dieses Plättchen zwischen Daumen und Zeigefinger und übt einen Druck aus, so kann man zwischen beiden Schichten eine Spannung messen, die dem aufgebrachten Druck weitest gehend proportional ist. Je stärker der Druck, desto höher die elektrische Spannung. Wenn wir voraussetzen, dass wir eine elektrische Spannung in einen Drumsound umsetzen können, denn die Digitalisierung mit anschließender Klangerzeugung wollen wir an dieser Stelle ja nicht betrachten, so sind wir schon fast fertig. Im Grunde müsste man ein Piezoelement einfach nur auf ein Schlagfell einer gewöhnlichen Trommel kleben und fertig wären wir. Schlägt der Spieler mit dem Stock auf das Fell, so wird dieses zu Schwingungen angeregt. Durch die Schwingungen wird ein Druck auf das Piezoelement übertragen, das diesen Druck in eine elektrische Spannung umsetzt und so weiter und so fort. Tatsächlich finden sich Billig-Hersteller, die eine solche einfache Sensorprinzipien für Edrums anbieten. Doch der Teufel steckt wie immer im Detail.
Die verwendeten Trigger (von engl. trigger: auslösen), die Piezoelemente, sind nicht unkaputtbar. Ein Schlag auf das Plättchen führt zur Zerstörung. Gut dass einfache Piezoelemente meist weniger als einen Euro kosten. Aber Spaß beiseite. Ein Piezoelement muss in jedem Fall durch ein robustes Gehäuse gegen Beschädigung geschützt werden oder so angebracht sein, dass ein Schlag auf das Element selbst nicht erfolgen kann. Kommen wir aber zum viel bedeutenderen Punkt. Das Sensorelement zeichnet natürlich nicht überall den gleichen Druck auf. Dies hängt stark von der Position ab, wo der Sensor angebracht wird, wie er dort befestigt ist und mit welcher Kraft auf das Schlagfell geschlagen wird. Augenscheinlich ist richtige Position zum Anbringen des Sensors in der Mitte des Schlagfells. Wie bei einer gewöhnlichen Trommel wird hier der größte Druck detektiert, wenn der Spieler mittig auf die Trommel haut und entsprechend weniger - auch das in Übereinstimmung zum natürlichen Pendant - wenn der Spieler die Trommel weiter außen anschlägt.
Nun war unsere Forderung, dass das Sensorelement durch ein stabiles Gehäuse geschützt sein muss, um dieses vor Beschädigung zu schützen. Das Gehäuse würde aber natürlich stören, wenn man den Sensor mittig auf dem Schlagfell anbringen wollte. Darum muss der Sensor unterhalb vom Fell angebracht werden. Nun stoßen wir allerdings auf das nächste Problem. Bei einem kräftigen Schlag auf das Schlagfell kann sich dieses durchaus einige Millimeter bewegen. Das Piezoelement kann aber keineswegs einige Millimeter eingedrückt werden, sondern nur einen kleinen Bruchteil eines Millimeters. Darum muss zwischen Schlagfell und Sensor eine Zwischenschicht, eine Dämmschicht, eingebracht werden um die Kraft auf den Sensor abzumildern. Dies wird in der Praxis in unterschiedlicher Form gewährleistet. Roland montiert zwischen Schlagfellmitte und Sensor einen kleinen Schaumstoffkegel, den so genannten Cushion. Andere Hersteller unterlegen die gesamte Schlagfläche mit Schaumstoff oder mehreren Schaumstoffschichten. Bei handelsüblichen Gummipads, befindet sich der Sensor in der Regel unterhalb einer Metallplatte auf die das Gummi aufgezogen ist. Eine Montage des Sensors in der Mitte des Schlagfells ist für Nachrüstungen schwierig. Darum werden darüber hinaus auch Trigger angeboten, die sich am Rand der Trommel anbringen lassen. Auch diese sind in der Lage Schläge sensibel zu detektieren, doch sind sie prinzipbedingt nicht optimal angeordnet.
Fehltriggerungen
Ein großes Problem bei der Triggerung besteht in dem Auslösen von Fehltriggerungen. Piezoelemente sind in der Regel sehr empfindlich, damit sie auch geringste Schläge detektieren. Wann ein Schlag detektiert wird und wann nicht, wird durch einen unteren Schwellwert bestimmt. Überschreitet der Druck auf den Sensor einen festgelegten Wert, dann löst dieser im Klangerzeuger einen Drumsound aus. Dieser Schwellwert kann in der Regel vom Benutzer im Steuerteil des Edrums angepasst werden. Jedenfalls ist die hohe Sensibilität der Sensoren gleichsam Fluch und Segen. Denn nicht jeder Druck auf das Sensorelement muss von einem bewusst durchgeführten Schlag auf die Trommel herrühren. Vibrationen im Boden oder Schläge auf andere Spielflächen können sich auf den Sensor übertragen und dazu führen, dass dieser auslöst. Genauso kann ein einzelner harter Schlag dazu führen, dass ein Sensor zweimal auslöst. Moderne Steuerteile bieten verschiedene Funktionen an, mit denen man diese Fehltrigger unterdrücken kann. Gerade bei hochwertigen Produkten gelingt es, Fehltrigger praktisch ganz zu vermeiden. Eine wichtige konstruktive Maßnahme zur Vermeidung von Fehltriggern ist allerdings noch folgende: Der Trigger sollte möglichst schwingungsentkoppelt in der Trommel befestigt werden, so dass nur der Schlag auf die Schlagfläche Druck auf den Sensor ausübt. Bei hochwertigen Edrum Pads sind die Piezotrigger daher federnd gelagert, auf Gummi oder Schaumstoffschichten aufgeklebt. Keinesfalls darf der Sensor starr über die Befestigungsstrebe des Sensors mit dem Kessel der Trommel verbunden sein. Denn dann übertragen sich einzelne Schläge vom Fell über den Kessel in die Strebe und damit zum Sensor, der eine Fehltriggerung auslösen kann.
Der Hot Spot Effekt
Bei einigen Pads gibt es mittig auf der Spielfläche eine Stelle - den so genannten Hot Spot (von engl. hot spot: kritischer Punkt) -, wo das Pad unverhältnismäßig sensibel reagiert. Ein Schlag genau auf den Hot Spot löst also einen sehr lauten Sound aus, ein Schlag nur wenig daneben einen wesentlich leiseren.
Konstruktionsbedingt ist der Hof Spot Effekt typisch für viele Roland Pads und neben den vielen Vorteilen bei der Bauweise mit mittigen Trigger und Cushion (vgl. Beschreibung oben) leider ein nicht zu unterschätzender Nachteil.
Bei den Gummipads oder Pads mit gleichmäßiger Schaumstoffunterlage tritt der Hotspot-Effekt hingegen nicht auf. Dafür büßt man die Schwingungsfreiheit der Schlagfläche ein, was in der Regel zu einem verschlechterten Spielgefühl führt.
Positional Sensing
Moderne Steuerteile verfügen über Algorithmen mit denen aus der Information eines einzelnen Sensors geschlussfolgert werden kann, wo die Trommel angeschlagen wurde (engl. positional sensing, Positionserkennung). Das Steuerteil variiert je nachdem, ob die Trommel mittig oder mehr am Rand angeschlagen wurde, den Klang des Drumgeräuschs, was im Gesamten noch natürlicher klingt. Voraussetzung dafür ist, dass die Parameter von Sensor und Padgehäuse bekannt sind. Deswegen funktioniert diese Funktion in der Regel nur dann korrekt, wenn man die Orginalkomponenten der Hersteller verwendet. Bei Eigenkonstruktionen oder Produkten anderer Hersteller kommt es gewöhnlich zu Fehlern.
Dual Trigger Pad
Neben einem Piezoelement kommt in den so genannten Dual Trigger Pads noch eine andere Sensorart zum Einsatz. Hier gibt es neben dem druckempfindlichen Piezosensor einen weiteren einfachen Sensor, der nur als Schalter fungiert. Bei Beckenpads sitzt der Piezosensor in der Regel mittig auf der Schlagfläche und der als länglich ausgebildete Schaltsensor am Rand. Schlägt man auf die Schlagfläche, so detektiert der Piezosensor den Schlag. Der Schaltsensor befindet sich nach wie vor im Ausgangszustand „aus.“ Schlägt man auf den Rand, so wechselt der Schaltsensor in den Zustand „ein." Auch in diesem Fall detektiert der Piezosensor die Schlagstärke. Durch den Schalter in „ein“ Stellung wird dem Steuersteil aber mitgeteilt, dass es sich um einen Randschlag handelt. Der Piezosensor ist also sowohl für die Flächen- als auch für die Randschläge verantwortlich. Mit dem Schaltsensor wird allerdings zwischen beiden Fällen unterschieden.
Diese Vorgehensweise birgt einen gewaltigen Nachteil. Die Empfindlichkeit des Schaltsensors ist in der Regel deutlich unter dem des Piezosensors. Ein typisches Problem ist daher, dass leise Randschläge oft nicht als solche erkannt werden, sondern als Schläge auf die Spielfläche interpretiert werden.
Choking
Beim Spiel am Naturschlagzeug gibt es oft den Fall, dass man den Klang eines Becken abrupt abstoppen will. Um dies auf dem elektronischen Pendant zu bewerkstelligen, benutzt man ganz einfach den oben beschriebenen Schaltsensor mit der Hand. Insofern das Steuerteil diese Funktion unterstützt, lässt sich ein Beckenschlag bei einem Edrum also abdämpfen, wenn man den Rand des Beckenpads mit der Hand zusammendrückt. Dies bringt den Schalter in „ein“ Stellung, was dem Steuerteil in diesem Fall signalisiert, dass der Beckensound abklingen soll.
Abschlussbemerkung
Mit einer korrekten und sensiblen Triggerung steht und fällt ein gutes Edrum. Schläge, die einmal nicht detektiert worden sind, können auch durch das beste Steuerteil nicht wieder rekonstruiert werden. Es kommt auf das korrekte Zusammenspiel von Piezosensor, Schlagfläche, Dämpfung, Padgehäuse, Steuerteil und den Einstellungen am Steuerteil an. Jeder einzelne dieser Punkte kann zu Fehlverhalten führen. Darum ist die Triggerung grundsätzlich eine heikle Sache, wenn gleich diese bei hochwertigen Produkten renommierter Hersteller bereits gut gelöst ist. Für den eventuellen Selbstbau steht allerdings viel probieren und studieren auf dem Programm.
