Historische Kirchenorgeln wie die Walcker-Orgel in Ilmenau sind faszinierende, komplexe Klangmaschinen und bedeutende Zeugnisse europäischer Kulturgeschichte. Im Gegensatz zu vielen Instrumenten, die sich über die Jahrhunderte langsam verändert haben, bewahren Kirchenorgeln ihre Grundprinzipien und passen sich zugleich stetig neuen Technologien an. Schon die frühesten Orgeln des Mittelalters verbanden aufwendige Handwerkskunst mit natürlichen Materialien wie Holz, Leder und Metallpfeifen. Ihre organische Beschaffenheit macht es jedoch auch besonders schwierig, sie zu erhalten, denn ihre Materialien altern und empfindliche mechanische Systeme verschleißen. Viele historische Orgeln sind daher bereits verloren gegangen, durch Kriege, Brände oder natürliche Abnutzung - und überlebende Instrumente sind seltene Schätze europäischer Musikkultur.
Ein interdisziplinäres Forschungsteam im europäischen Projekt ,, MusicSphere " unter Leitung des Centre for Research & Technology Hellas (CERTH) - Information Technologies Institute hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, digitale Methoden zu entwickeln, um ihre Bauweise, Mechanik und ihren Klang präzise zu erfassen, ihre Restaurierung zu unterstützen und die kostbaren Schätze auch über ihre physische Lebensdauer hinweg als digitale Zwillinge zu bewahren. Insgesamt zwölf Partner aus Belgien, Deutschland, Griechenland, Spanien und Zypern mit Expertise in Akustik, audiovisueller Digitalisierung, KI-gestützter Datenanalyse, Orgelbau und Kulturerbe-Management arbeiten dreieinhalb Jahre lang an der Erstellung detailgetreuer digitaler 3D-Modelle solcher Blasinstrumente.
Dafür kombinieren sie 3D-Aufnahmen, präzise akustische Simulationen und interaktive digitale Werkzeuge. Ihr Ziel: Orgeln und andere historische Instrumente in immersiven Umgebungen virtuell wissenschaftlich untersuchbar und auch für eine breitere öffentlichkeit erlebbar zu machen.
Ihren Klang zu dokumentieren ist dabei besonders herausfordernd, weil er stark mit der Architektur des jeweiligen Raumes zusammenwirkt. In Ilmenau haben sich daher zwei lokale Forschungspartner mit langjähriger Expertise in der Erforschung und Entwicklung zukunftsweisender digitaler Audiotechnologien zusammengetan, um diese Instrumente möglichst präzise akustisch zu erfassen: das Fraunhofer IDMT und die TU Ilmenau.
Wie bedeutend solche Forschungen sind, zeigt ein weltweit bekanntes Beispiel der jüngsten Geschichte: ,,Das Feuer in der Kathedrale Notre-Dame de Paris im April 2019 hat nicht nur zahlreiche Kunstschätze zerstört, sondern auch die einzigartige Akustik des Bauwerks verändert", erklärt Stephan Werner, Fachgebietsleiter Elektronische Medientechnik und MusicSphere-Teilprojektleiter an der TU Ilmenau:
Nur weil zufälligerweise Akustik-Experte Brian F.G. Katz von der Universität Sorbonne in Frankreich den Klang der Notre-Dame Kathedrale bereits Jahre vor der verheerenden Brandkatastrophe detailliert vermessen hatte, konnte beim Wiederaufbau auch ihre historische Akustik rekonstruiert werden.
Anfang März führten Dr. Lukas Treybig und Georg Stolz vom Fachgebiet Elektronische Medientechnik gemeinsam mit Florian Klein und Andrew McLeod vom Fraunhofer IDMT nun auch an der Orgel und im Kirchenraum der Ilmenauer St. Jakobuskirche erste akustische Messungen durch. Zum Einsatz kamen dabei ein gemeinsam mit der Ilmenauer MetraLabs GmbH entwickelter autonom navigierender Akustikmessroboter , um den Klang der Orgel und dessen Wechselwirkungen mit der Umgebung der Orgel und dem ganzen Raum präzise zu erfassen. Georg Stolz erklärt:
Mit unseren Mikrophonen können wir sowohl einzelne Töne verschiedener Register aber auch den Raum messen und sehen: Aus welcher Richtung kommt wann wie viel Schall zurück? So können wir später auch die anderen Töne ableiten und simulieren.
Gemeinsam testeten und verfeinerten die Wissenschaftler ihre Methodik, um sie später bei weiteren Aufnahmesessions an einer Orgel in Belgien einzusetzen, so Dr. Stephan Werner:
Die Herausforderung dabei ist, das große Schallobjekt Orgel von der Raumakustik zu trennen und die Varianz der Raumakustik präzise zu erfassen. Die in Ilmenau gesammelten Daten können dann unsere Partner, die Universität Málaga und das Fraunhofer IDMT nutzen, um den Raumklang und die Orgelpfeifen des belgischen Instruments zu simulieren. Diese Simulationsdaten gehen dann an die zwei im Projekt beteiligten Orgelbauer, die mit diesem Digitalen Zwilling einzelne Orgelpfeifen mit dem richtigen Klang nachbauen können.
Parallel erforschen die Kollegen des Fraunhofer IDMT KI-Methoden zur automatischen Transkription und Klangsynthese, um die historischen Klangcharakteristika naturgetreu zu rekonstruieren, damit sie später in virtuellen Instrumenten sowie immersiven VR- und AR-Anwendungen erlebbar gemacht werden können.
Die Ilmenauer Wissenschaftler sehen in MusicSphere großes Potenzial für Musikforschung, Restaurierung und Kulturvermittlung: Durch präzise digitale Datensätze könnten historische Orgeln originalgetreu dokumentiert, für Forschung und Lehre nutzbar gemacht und in virtuellen Präsentationen für Besucher erlebbar werden. Auch unvollständig erhaltene Instrumente lassen sich digital rekonstruieren.
So ist es auch ein besonderes Ziel der zwölf Projektpartner, die antike Hydraulis, den frühesten bekannten Orgel-Vorläufer, zu digitalisieren. Das 1992 entdeckte Fragment, das heute im Museum von Dion in Griechenland ausgestellt ist, ist unvollständig und nicht spielbar. Mithilfe der Forschungen und Entwicklungen im MusicSphere-Projekt sollen fehlende Teile virtuell ergänzt, physikalische Eigenschaften rekonstruiert und die Akustik der ursprünglichen Räume simuliert werden. Dadurch könnte die Hydraulis weltweit digital erfahrbar werden - ein neuer Zugang zur antiken Musik und ein Beitrag zum Erhalt kulturellen Erbes.
Den Beginn dieser ambitionierten Forschungsreise in Ilmenau erlebte auch junge Menschen des Excellence-Schulnetzwerks MINT-EC aktiv mit, die für ein fünftägiges Science Camp aus ganz Deutschland an die TU Ilmenau gekommen waren. Für beide Seiten eine Win-win-Situation: Sie gewannen hautnah Einblicke in Hightech-Forschung und die TU Ilmenau und das Fraunhofer IDMT können sich in naher Zukunft möglicherweise über ambitionierte wissenschaftliche Mitarbeitende freuen. Angelina vom Johannes-Keppler-Gymnasium in Lebach im Saarland:
Für uns junge Leute ist es wichtig, darüber nachzudenken, wie wir unsere Zukunft mit solchen Technologien noch besser gestalten können. Ich finde es richtig cool, dass wir hier auch selbst Sachen machen und die Forschung miterleben können. Das ist wirklich etwas Besonderes und das hat man in der Schule so nicht.
000 Euro für die TU Ilmenau, gefördert.
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Mehr im MDR-Beitrag "Orgelklänge werden mit Ilmenauer Hilfe digitalisiert"
