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Synthesizer 2: Was ist Subtrakive Synthese?

23. Februar 2018

Wie funktioniert Subtraktive Synthese

Synthesizer 2: Was ist Subtrakive Synthese?

Synthesizer 2: Was ist Subtrakive Synthese?

Synthesizer Wissen Teil 2:

Was ist Subtrakive Synthese?

Nachdem ich in der letzten Folge mit einer Übersicht zu den wichtigsten Formen des Klangsynthese begonnen habe, möchte ich diesmal gleich zur Sache kommen und euch ein wenig über die subtraktive Synthese erzählen. Alle, die schon mehr als nur Presets an den aktuellen Song angepasst haben, hoffe ich nicht allzu sehr zu langweilen, aber vielleicht bringe ich dem einen oder anderen von euch im Laufe des Artikel doch noch eine neue Erkenntnis.

Die subtraktive Synthese

Subtraktive Synthese

Vereinfachte Darstellung der subtraktiven Synthese

So wie man in der Mathematik die Grundrechenarten beherrschen sollte, schon damit man beim Brötchen kaufen nicht übers Ohr gehauen wird, so ist die subtraktive Synthese quasi das Handwerkszeug der Klangprogrammierung. Sie ist relativ leicht zu verstehen und deshalb möchte ich später mit ihrer Hilfe auch die anderen Formen der Klangsynthese erklären.

Der Oszillator

Der Oszillator ist quasi das Herz eines Synthesizers, er schwingt mit einer bestimmten Frequenz und mit einer bestimmten Form vor sich hin. Macht man das Signal eines Oszillators hörbar, so ist das, was man bei einem subtraktiven Oszillator so zu hören bekommt, relativ langweilig. Denn hier werden nur statische Schwingungsformen erzeugt und wenn man Glück hat und einen analogen Synth vor sich hat, „spürt“ man noch ein paar Variationen in Lautstärke und Frequenz der Schwingungsform, was den Sound meist noch ein wenig breiter, druckvoller, lebendiger oder kurz „fetter“ klingen lässt. Da es im Prinzip nichts anderes als zufällige Modulationen sind, aber dazu kommen wir auch noch.
Konnten die ersten Oszillatoren nur sehr simple Schwingungsformen wie Dreieck, Sinus, Sägezahn und Rechteck mit unterschiedlicher Pulsbreite (auch dazu komme ich noch) herstellen, viele der heutigen Synthesizer bieten jedoch eine wesentlich größere Anzahl von Schwingungsform, z.B. bietet der Virus noch 62 weitere Schwingungsformen. Andere Geräte, wie z.B. der Microwave XT, ermöglichen es sogar, eigene Schwingungsformen zu importieren. Wer mehr als einzelne Schwingungsformen will, kann natürlich auch gleich zum Rompler oder Sampler greifen, um ganze Horden von Schwingungen (auch Samples genannt) zu verwursten.

Das Filter

Filtern begegnet man überall in täglichen Leben. Da wird Öl, Wasser, Kaffee oder Luft gefiltert. Allen Filtern gemein ist, dass irgendetwas hineingeschickt wird, aber nur noch ein Teil davon den Ausgang erreicht. Meist bleibt irgendwas im Filter hängen und so viel anders funktioniert das Filter, das man im Synthesizern findet, auch nicht. Bis auf den Unterschied, dass man es nicht ausleeren oder wechseln muss, zum Glück ist das nicht mal bei den wirklich analogen Synths nötig, wäre bei manchen Sounds vielleicht sogar eine recht unangenehme Angelegenheit ;-)
Aber beim Synthesizer wird kein Wasser gereinigt, sondern hier werden elektrische Schwingungen hineingeschickt, aber nur bestimmte Frequenzen wieder rausgelassen. Ganz ähnlich wie bei einem Radio, durch die Antenne kommen alle möglichen Sender (auch das sind elektrische bzw. elektromagnetische Schwingungen), die auf unterschiedlichen Frequenzen liegen, aber ein Filter lässt gerade die Frequenz passieren, die man hören möchte oder wie ein Equalizer, der bestimmte Frequenzen filtern kann.
Ist es beim Equalizer so, dass man meist einen aus vielen Komponenten bestehenden Klang in bestimmten Bereichen (oft nur Bass und Höhen) verstärkt und in anderen (vielleicht den Mitten ;)) dämpft. Das zu filternde Signal bei Synthesizern besteht oft (aber zum Glück nicht immer) nur aus einer Schwingungsform und unser Pendant zum Equalizer hat für die verschiedenen Frequenzen eine unterschiedliche Dämpfung, die aber nicht verändert werden kann. Das ist so, als wenn wir bei einem Equalizer eine Kurve (Kennlinie des Filters) einstellen würden und dann die Regler festkleben, aber dafür einen Knopf hätten, mit dem man die Frequenz der Bänder verschieben könnte, an irgendeinem Punkt hat man den Equalizer in einem Bereich geschoben, an dem es nix mehr zu dämpfen bzw. filtern gibt, es damit wirkungslos ist. In etwa so kann man sich die Wirkungsweise eines Filters vorstellen.
Damit das Ganze nicht zu langweilig wird, gibt’s unterschiedliche Arten von Filtern, die nur bestimmte Frequenzbereiche blockieren bzw. durchlassen und unterschiedliche Filterkurven, die das Signal um die Filterfrequenz mehr oder weniger stark filtern.

Subtrakive Synthese

Frequenzspektrum vor und nach dem Einsatz des Lowpass-Filters

Die Resonanz

Hier wird eine phasengedrehte Version des Ausgang des Filters anliegenden Signals rückgekoppelt, also wieder in den Eingang geschickt. Je nach Stärke der Rückkopplung erhält man dabei immer mehr Obertöne im Bereich der Filterfrequenz. Der Ton wird dadurch schärfer im Bereich bis zum Bereich der Selbstoszillation, bei der man nur noch einen Sinus mit der Tonhöhe der Filterfrequenz zu hören bekommt. Doch, doch! Den Satz kann man nach einiger Zeit, wenn man schon ein paar Sounds programmiert hat, tatsächlich verstehen ;)
Aber für den Moment reicht es aus, wenn man weiß, dass die Resonanz oft nuanciert eingesetzt wird, um ein wenig Schärfe in den Klang zu bekommen. Auch beim Programmieren von Bässen ist der Resonanz-Parameter oft für den Charakter des Klangs verantwortlich. Ebenfalls immer gerne in Ambient-Tracks eingesetzt wird der „resonant sweependen Pad Sounds“.

Prominenter Vertreter der subtraktiven Synthese, der ARP 2600

Low Frequency Oszillator (LFO)

Unter einem LFO versteht man in den meisten Fällen einen Oszillator, der nur zu Modulationszwecken eingesetzt wird und der in der Regel langsamer (daher auch das Low Frequency im Namen) als einer der eigentlichen Oszillatoren ist. Mit ihm kann man meist Tonhöhe (Vibrato), Lautstärke (Tremolo), Filter (Wah Wah oder Growl) oder Pulsbreite (dazu kommen wir noch) beeinflussen. Wie ihre schnellen Gegenstücke kann man auch bei den LFOs unter mehreren Schwingungsformen auswählen. Typisch sind Sinus, Sägezahn aufsteigend, Sägezahn absteigend, Dreieck, Rechteck und Zufall.

Die Hüllkurve

Die Hüllkurve oder Envelope ist ein nicht gerade ein unwichtiger Teil eines Synthesizers. Mit ihr kann man in den meisten Fällen den Verlauf der Lautstärke, des Filters oder der Tonhöhe (bei einige Geräten sogar fast beliebige Parameter) steuern. Es gibt sie in unterschiedlichen Ausführungen, von zwei Parameter-Versionen bis zu mehrstufigen Hüllkurven (Multistage Envelopes), wobei manche sogar das Programmierung von Schleifen für Sustain (Haltephase) und Release (in der Ausklingphase) ermöglichen. Einige Geräte bieten einem sogar die Möglichkeit, Hüllkurvenverläufe mit der Hand zu zeichnen.

… aber auch der Korg M1 ist ein subtraktiver Synthesizer

Die ADSR-Hüllkurve

Am Gebräuchlichsten ist die ADSR-Hüllkurve (Attack, Decay, Sustain, Release), sie enthält nur die notwendigsten Parameter zur Kontrolle des Klangs. Spezielle Funktionen wie Echos, Pseudo-Hall oder Schleifen sind mit ihr natürlich nicht möglich, aber man kommt mit ihr recht schnell ans Ziel und kann während einer Live-Performance den Klang problemlos nachbearbeiten.
Mit dem Parameter für den Attack gibt man an, wie lange die Hüllkurve benötigt, um ihre lauteste Phase zu erreichen. Die Decay-Phase gibt an, wie lange die Hüllkurve braucht, bis sie den Haltepunkt erreicht. Der Parameter für das Sustain-Level oder Haltepunkt bestimmt, auf welchen Wert die Hüllkurve nach Ablauf des Decays sinkt. Der Sustain-Wert wird bis zum Loslassen der Taste gehalten. Die Hüllkurve sinkt dann in der durch die Release-Zeit bestimmten Wert wieder auf Null.

Hüllkurve ist nicht gleich Hüllkurve

Wenn jemand schon mit unterschiedlichen Synthesizern und Samplern gearbeitet hat, wird er feststellen, dass die Hüllkurven der Geräte auch recht verschieden reagieren. Das liegt zum großen Teil an den unterschiedlichen Steigungsfunktionen, die bei vielen Samplern und Synths aus 80ern linear ist, bei den analogen (und den meisten virtuell analogen) Synthesizern jedoch logarithmisch ansteigt, was dem menschlichen Hörempfinden entgegenkommt. Einige Geräte ermöglichen es sogar, die Steigungsfunktion der Hüllkurven auf unterschiedlichste Weise zu manipulieren. Bei Geräten mit linear ansteigenden Kurven kann man nur hoffen, dass das Gerät mit einem Multistage Envelope ausgerüstet ist, dann hier kann man das Verhalten durch das Verteilen der einzelnen Phasen auf mehrere Stufen nachahmen, ansonsten hat man beim Erstellen von einigen Sound so seine Probleme oder muss den entsprechenden Parameter zusätzlich mit einem LFO modulieren (beeinflussen), um zum Ziel zu kommen. Natürlich hat man bei den meisten Geräten auch keine unbegrenzte Anzahl von LFOs ;-)

Cwejman S1 - Version MK2

Dem Cwejman S1 sagt man besonders schnelle Hüllkurven nach

Bipolare Hüllkurve

Das Besondere an einer bipolaren Hüllkurve ist, dass ihre Werte sowohl in den positiven als auch in den negativen Bereich hineinragen, sich also um einen Mittelwert bewegen. Was z.B. bei der Modulation der Tonhöhe oder der Filter von Vorteil sein kann. So kann man den Wert um einen bestimmten Bereich wie z.B. der aktuellen Filterfrequenz oder der eingestellten Tonhöhe wandern lassen. Ebenfalls interessant sind bipolare Hüllkurven immer dann, wenn ein Parameter von mehreren Quellen moduliert wird und man sicherstellen will, dass der jeweilige Parameter trotzdem immer wieder zu einem Nullpunkt oder das Maximum erreicht. Zum Beispiel ein Bass-Sound, dessen Filter sich im Ausklang immer „schließen“ soll, egal wie sehr der Sound von anderen Modulationsquellen beeinflusst wird. Natürlich kann man vieles, was man mit einer bipolaren Hüllkurve machen kann, auch dann erreichen, wenn man den Parameter, den man per Hüllkurve moduliert, einen bestimmten Wert subtrahiert und damit den eigentlichen Nullpunkt nach oben verschiebt. Aber es ist einfach schöner, wenn man bei der Soundprogrammierung mehr hören und weniger rechnen muss.

Modulation

Bei der Modulation beeinflusst ein Bauteil des Synthesizers einen anderen. So beeinflusst üblicherweise eine Hüllkurve die Lautstärke, um deren Verlauf zu bestimmten. Diese Verbindung ist bei den meisten Synthesizern (mit Ausnahme von Modularsystemen) fest und kann von außen nicht verändert werden. Meist gilt das auch für die Filterhüllkurve, die gelegentlich auch Tonhöhe oder Lautstärke beeinflussen kann. Ähnlich sieht es mit den LFOs aus, auch hier kann man, wie oben schon erwähnt, Lautstärke, Tonhöhe, Filter und oft auch die Pulsbreite modulieren.
Aber es geht auch noch einen Schritt weiter. Auch ein regulärer Oszillator kann die Lautstärke (Amplituden-Modulation), die Frequenz (Frequenz-Modulation) eines anderen Oszillators oder gar das Filter (Filterfrequenz-Modulation) modulieren. Da ein Oszillator meist recht schnell schwingt, passiert das im hörbaren Bereich, was dazu führt, dass sich die Schwingungsform des modulierten Oszillators verändert. Aber FM, Filter FM, AM und Ringmodulation werde ich an einer anderen Stelle noch ganz ausführlich behandeln.

Warum modulieren?

Sinn der ganzen Modulationen ist es, den Sound in Bewegung zu halten, denn ein statischer Klang ist für das Ohr meist recht langweilig. Ich habe oft genug Klänge gehört, welche die erste halbe Sekunde wirklich interessant waren, aber dann in einem statischen Klang endeten, was dem Klang den Charakter nimmt. Auch wenn die Attack-Phase eines Klangs die für das Ohr prägende eines Sounds ist, sollte ein guter Soundprogrammierer den Sound so lange wie nur möglich lebendig halten. Das schafft er meist durch Modulationen oder durch Effekte, die mittlerweile bei vielen Geräten ein fester Bestandteil der Klangerzeugung sind. Eine weitere Möglichkeit, den Klang zu verändern, ohne den jeweiligen Parameter direkt zu modulieren, ist das dynamische Verändern der Lautstärkenverhältnisse von Oszillatoren. Aber dazu gibt’s mehr, wenn wir bei der additiven Synthese angekommen sind.

Ein echtes Modulationsmonster, der Access Virus

Externe Modulation

Natürlich gibt es auch Klänge, die recht statisch sind, aber von der Art her so ausgelegt sind, dass man ihnen durch die Steuerung der entsprechenden Controller Leben einhauchen kann. Viele der Parameter (Filter, Hüllkurve, Panorama, Lautstärke, LFO uvm.) der aktuellen Klangerzeuger lassen sich durch die entsprechenden MIDI-Controller steuern. Da die meisten Keyboarder aber nur mit 2 Händen ausgestattet sind, ist es bei vielen Sounds sehr sinnvoll – sofern es das Geräte zulässt – wenn man mehrere Parameter gleichzeitig über einen oder zwei Controller steuern kann. Hier bieten sich meist Modulationsrad, Aftertouch oder Regler an, die man frei belegen kann. Bei einigen Geräten kann man bei entsprechend programmierten Sounds auf diese Weise schon durch das Verändern von einem oder zwei Reglern sehr extreme und auch interessante Klangveränderungen erzeugen. Ebenfalls wichtig und bei älteren Geräten oft die einzige Möglichkeit, den Klang dynamisch zu steuern, ist die Velocity, mit der man nicht nur die Lautstärke des Gesamtklangs, sondern meist auch die Lautstärkenverhältnisse zwischen den Oszillatoren, Tonhöhe oder Filter (!) steuern kann.

Nachdem wir die Basis nun hinter uns haben und jetzt hoffentlich jeder weiß, wozu Oszillatoren, Filter und Hüllkurven so da sind, geht es nun um den praktischen Einsatz dieser „seltsamen“ Bauteile:

Die Subtraktive Synthese in der Praxis

Die Qualität eines Klangs wird oft durch Kleinigkeiten bestimmt, die aber zusammengenommen eine große Wirkung haben können. Daher reicht es meist nicht einfach nur Oszillator und Filter zu nehmen, die Hüllkurven notdürftig einzustellen und das Ganze vielleicht noch mit einem LFO zu beeinflussen. Zu einem guten Sound gehört schon noch etwas mehr, und darum geht es in dieser Folge.

Lass es Schweben

Nicht nur für Flächen, aber für die ganz besonders, ist die Schwebung interessant.
Dabei werden in der Regel zwei Oszillatoren – meist mit einem speziellen Detune Parameter-
ganz leicht gegeneinander verstimmt (in der Tonhöhe verschoben). Für unser Ohr entsteht
dabei eine so genannte Schwebung, es entstehen Auslöschungen, auch wenn die beiden Oszillatoren nicht direkt miteinander verbunden sind. Je nach der Intensität der Verstimmung
erhöht sich die Frequenz, in der Wellenberge von Tälern abgelöst werden. Zwei überlagerte Sägezahn-Wellenformen mit unterschiedlicher Verstimmung.

Man sieht deutlich die Auslöschungen, die beim Verstimmen zweier Oszillatoren
entstehen und wie sich bei zunehmendem Abstand der Oszillator-Frequenzen Berge
und Täler immer schneller abwechseln.

Schweben in Stereo

Bringt man mehr als zwei Oszillatoren in Schwebung, so können diese Auslöschungen zu einem matschigen Sound führen. Deshalb ist es in einigen Fällen recht sinnvoll, die Oszillatoren im Panorama zu verteilen und auf diese Weise die Auslöschungen zu verringern. Interessanterweise schwebt der Sound auch ohne echte Berge und Täler.

Das Gehirn scheint dazu fähig zu sein, die Differenz in der Frequenz, so lange sie nicht
allzu groß ist, zwischen dem im linken und rechten Ohr ankommenden Signale zu erkennen
und intern eine Schwebung auch ohne Auslöschungen wahrzunehmen. Allerdings muss
man unter Umständen darauf achten, dass der Sounds sich auch in Mono halbwegs
gut anhört, um die Mono – Kompatibilität zu gewährleisten. Oszillator 1 und 2 mit steigender Verstimmung im Panorama hart nach links und rechts verteilt (Entschuldigt bitte die Größe, aber mit bestimmten Stereo Sounds scheint das MP3-Format so seine Probleme zu haben).

Trotz der im Audio-Beispiel zumindest am Anfang wahrnehmbaren Schwebung sind hier keine Auslöschungen vorhanden. Flächensounds, deren Oszillatoren im Panorama verteilt sind
PanningBesonders Atmos und FX – Sounds klingen dann so richtig gut, wenn sie nicht nur
aus der Mitte kommen, sondern einem so richtig um die Ohren fliegen, aber auch Pads
tut etwas Bewegung gut. Daher macht es durchaus Sinn, darauf zu achten, diese Sounds
per LFO ein wenig in Bewegung zu bringen. Dies klingt besonders dann interessant,
wenn man mehr als nur an einem Block zur Klangerzeugung arbeitet, die sich dann
unterschiedlich im Panorama bewegt. Bei einigen Geräten, bei dem sich das Panning
nicht durch ein LFO steuern lässt, kann man diesen Effekt erreichen, indem man die
Blöcke durch unterschiedlich eingestellte „Panning“ oder „Rotary“ – Effekte schickt. „Panning“ – Effekt – Sound… Lead – Sound mit per Hüllkurve und LFO simuliertem Pseudo- Hall – Effekt.

Subtraktiv mit digitalen Wellenformen und analoger Nachbearbeitung, der OSCar

LFO vs. LFO

Ist der klassische Ansatz beim Programmieren von Flächen die gesamte Tonhöhe so
einfach mal mit ’nem LFO zu modulieren, so lohnt es sich in vielen Fällen jeden Oszillator
mit einem eigenen LFO und (nicht all zu) unterschiedlicher LFO – Frequenz /Auslenkung zu modulieren, besonders wenn der Grundsound der Oszillatoren ein wenig dünn klingt.

Wenn der Synthesizer die entsprechende Architektur besitzt, kann man mit Hilfe der
entsprechenden Filter-, Tonhöhen -, Amplituden – Modulationen den Grundklang durchaus
ein wenig anfetten, selbst wenn es sich dabei nicht unbedingt um „typische LFO – Sounds“
handelt. Auf diese Weise kann man aber auch chorartige Sounds oder „Texturen“ erzeugen.

Dieses Beispiel ist ein Chor-Sound, der einen großen Teil seines Charakters den LFOs zu verdanken hat. Außerdem verwende ich eine Hüllkurve um durch die Beeinflussung der Tonhöhe in der Attack – Phase den stimmenähnlichen Charakter noch ein wenig zu verstärken (siehe dazu auch Pitch – Hüllkurve richtig eingesetzt). Mit Hilfe der LFOs werden Texturen erzeugt, die sich zwischen dem linken und rechten Kanal verschieben und durch Beeinflussung des Filters gleichzeitig auch eine Art „Panning“ erzeugen. Schweben auch ohne VerstimmungWer seinen Sound schön breit haben will, wird immer wieder gerne die Pulsweitenmodulation (kurz PWM) verwenden. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um eine Rechteck Wellenform, deren Pulsweite – also der Abstand zwischen den beiden Halbwellen – verändert wird, was eine Sonderform der Phasenmodulation (dazu mehr im FM – Artikel) ist.

Einige Synths bieten die PWM aber auch für andere Wellenform wie z.B. Sägezahn, an der sich durch Ändern des Pulsweite-Parameters meist von einem Fallenden in ein Dreieck
und weiter von in einen ansteigenden Sägezahn verwandelt. In den meisten Fällen verwendet
man einen LFO zum Modulieren der Pulsweite, wobei man es hier – um den typischen Sound zu erreichen – mit der Auslenkung nicht übertreiben und den Pulsweite – Parameter auf etwa 50% bringen sollte.

Die PWM eignet sich besonders gut zum Erzeugen breiter Pad und Lead-Sounds. Besitzer von Romplern sind dabei allerdings meist auf die mitgelieferten PCMs angewiesen
und auch FM – Synthesizer haben mit der PWM ihre Probleme. Wenn der Rompler jedoch
zum eigentlichen Sägezahn noch eine invertierte Version der Wellenform anbietet, kann
man die PWM auch durch Überlagern und Verstimmen der beiden Wellenformen erzeugen.
Was dabei entsteht, ist ein pulsweitenmoduliertes Rechteck, das nach einem
Durchlauf invertiert. Die Geschwindigkeit (vergleichbar mit der LFO Geschwindigkeit)
lässt sich dabei durch das Detune und die Stärke (vergleichbar mit der Auslenkung
des LFOs) durch die Veränderung der Lautstärke eines Oszillators bestimmen.

Leider nimmt die Geschwindigkeit der PWM mit der Tonhöhe zu, wobei man das bei einigen Synthesizer mit dem Keyfollow – Parameter für Tonhöhe der Oszillatoren korrigieren kann. Pulsweitenmodulierter Rechteck WellenformSimulation der Pulsweitenmodulation durch Überlagerung und Verstimmung eines Sägezahns mit seinem invertiertem Gegenstück Filter x 2 Im klassischen Synthesizer Modell werden alle Oszillatoren auf nur einen Filter geschickt.

Edler subtraktiver Klassiker, der Roland JX-10 mit Remote-Control

Dieses Modell erleichtert einem vielleicht die Soundprogrammierung, ist aber nicht sonderlich flexibel. Gerade wenn man mehrere unterschiedliche Wellenformen miteinander mischen will (dazu kommen wir in der nächsten Folge), fällt einem die Mischung mit einem
Filter pro Oszillator (oder einem speziellen Parameter, mit dem man die vom Oszillator
erzeugten Obertöne reduzieren kann) deutlich leichter. Parallel verschaltete Filter können
auch für Bellstrings & Co, Drum-Sounds und andere Klängen, die aus mehreren
Komponenten bestehen, sehr nützlich sein.

Auch wenn der erste Filter durch hohe Resonanz – Einstellungen nicht mehr richtig dämpft,
kann ein zweiter in Reihe geschaltet zur Steuerung des Klangs nützlich sein. Eine andere interessante Anwendung einer solcher Verschaltung wäre z.B. einen typischen LP – Sound in
einen HP – Filter zu schicken und zu modulieren. Obgleich der Sound mehrerer gestackter (übereinander gelegter) Oszillatoren ziemlich matschig klingt, können verschiedene oder
besser zeitlich versetzt wirkende Filterverläufe den Sound transparenter klingen lassen.
Ebenfalls interessant sind parallel geschaltete Filter, wenn deren Ausgang ringmoduliert wird.
Hier hat man deutlich mehr Einfluss auf den Klang als wenn der Ringmodulator einfach
das Signal hinter den Oszillatoren „verwurstet“.

Auf die Ringmodulation möchte ich in einem gesonderten Artikel eingehen…

Mehr Spaß mit Hüllkurven

Das Ohr bzw. das Gehirn bewertet den Charakter eines Klangs besonders in der Attack – Phase, das kann man sich natürlich auch bei der Programmierung von Sounds zu Nutze machen, z.B. durch die entsprechend geschickte Programmierung der Hüllkurven. -Pitch Hüllkurve richtig eingesetztEinige Synthesizer bieten dem Soundprogrammierer eine eigene Pitch – Hüllkurve oder freie Hüllkurven, mit der man bei Bedarf die Tonhöhe entsprechend beeinflussen kann. Mit ihr kann man z.B. einem Drum-, Lead, Bell- oder Plucked – String – Sound das letzte Quäntchen Druck geben oder eine Fläche deutlich breiter erscheinen lassen.

In vielen Fällen kann es auch sinnvoll sein, die Oszillatoren mit Hilfe der Pitch Hüllkurve(n) in der Attack – Phase ein wenig mehr gegeneinander zu verstimmen. Dadurch kann man kann den Sound etwas breiter wirken lassen ohne dass er im Verlauf zu extrem verstimmt klingt. -Hüllkurven DelayEinige Synthesizer bieten für ihre Hüllkurven einen Delay-Parameter, mit ihm lassen
sich mit sehr einfach „gestrickten“ Envelopes abgedrehte „Echo“ – Effekte erzeugen
oder -wie schon unter Filter x2 beschrieben- das „Vermatschen“ der Sounds vermeiden.
Wenn der Synth einen Pan-Parameter pro Oszillator bietet und der Sound aus entsprechend
vielen Oszillatoren besteht kann man mit Hilfe des Hüllkurven-Delays auch nette Stereo-Effekte erzeugen, selbst wenn man die Stereo-Position eines Oszillators nicht per LFO steuern kann.
Sinus ohne OszillatorIn einigen Fällen, z.B. beim Erzeugen von Synth – Drum/Percussion – Sounds oder eines Sub – Basses, ist der Sinus die bevorzugte Wellenform. Nur wird diese von den Oszillatoren vieler Synthesizer nicht zur Auswahl angeboten.

Moderner Subtraktiver, der Sequential Prophet 6

Auf den ersten Blick gibt für dieses Problem keine Lösung, trotzdem konnten auch Geräte aus der Steinzeit der Synthesizergeschichte die entsprechenden Sounds erzeugen, obwohl man bei ihren Oszillatoren keinen Sinus zur Auswahl hatte.

Die Lösung ist hingegen recht einfach, wenn man erst mal darauf gekommen ist, denn sie
steckt im Filter. Bei entsprechend hoher Resonanz bringt man diesen zur Selbstoszillation
und er erzeugt den ersehnten Sinus von ganz alleine. Dessen Frequenz hängt dabei von der Filterfrequenz ab, stellt man diese und den Keytracking/Keyfollow – Parameter für den Filter entsprechend ein, kann man den Sinus meist über das ganze Keyboard spielen.
Die Filterhüllkurve kann dabei wie die Frequenz oder Pitch – Hüllkurve wirken,
die ich weiter oben schon angesprochen habe.

Per Selbstoszillation eines 24dB Filter erzeugter Sinus Sound

Dieses Bild zeigt den durch Selbstoszillation eines 24dB – Filter entstandenen Sinus
SyncSeit Darudes Sandstorm und den unzähligen Kopien sind auch Sync-Sounds
wieder so richtig in Mode gekommen.

Beim Sync – Parameter werden zwei Oszillatoren miteinander synchronisiert, so dass
der Master den Slave dazu zwingt, seine Wellenform mit ihm zu starten. Wurde dieser
Parameter in der Anfangszeit der Synthesizergeschichte dazu eingeführt um unerwünschte Schwebung zwischen zwei (zur damaligen Zeit) ewig in der Tonhöhe driftenden
Oszillatoren zu vermeiden, so stellte sich schnell heraus, dass man auf diese Weise
schöne kreischende Sounds aus den Kisten – oder Schränken – herauskitzeln konnte,
indem man die Tonhöhe (z.B. per LFO) und damit die resultierende Wellenform des
Sklaven stetig veränderte. Auch wenn man heutige Oszillatoren nicht mehr Synchronisieren
muss, machen kreischende Sounds doch immer noch Sinn. Slave – Oszillator auf Rechteck eingestellt und mit Pitch – Hüllkurve gegen seinen Master verstimmt

Zeigt eine synchronisierte Rechteck – Wellenform, deren Tonhöhe sich verschiebt
um den typischen Syc – Sound zu erzeugen.

Wie oben, nur mit Sägezahn

Phasing ohne Phaser

Besitzt man einen Synth, der einem vier oder mehr Oszillatoren pro Stimme (oder einen Modus, in dem man den Sound doppeln und mit sich selbst verstimmen kann) bietet, kann man, indem man die Oszillatoren in Gruppen von zwei leicht gegeneinander verstimmt und diese Pärchen wie einen Oszillator behandelt und entsprechende gegeneinander verstimmt auch ohne Phaser z.B. die durch J.M. Jarre bekannten Pad Sounds erzeugen. Zwar klingt ein echter Phaser doch noch ein wenig
besser, man kommt der Sache damit aber schon recht nah. Zudem kann man damit, bei vorsichtigem Einsatz, den Klang eines digitalen Filters wenig „analog“ erscheinen lassen. Mit acht verstimmten Oszillatoren erzeugte ohne Filter und ohne Effekte erzeugter Phasing-Sound.

Power is nothing without control

Was nützt einem der beste Klang, wenn er statisch ist? Naja gut, oft macht auch ein statischer Klang, an der richtigen Stelle eingesetzt wirklich Sinn, aber viel schöner ist es doch, wenn es lebendig klingt und man einen Sound mit viel Gefühl einsetzen kann. Zumindest bei Lead-Sounds kann das einen großen Unterschied machen und spätestens wenn man ein markantes Sample ein zweites mal einsetzt, wird’s doch irgendwo langweilig.

Reicht es bei einfachen subtraktiven Sounds in vielen Fällen vollkommen aus, einzelne Parameter zu steuern, hilft das bei Klängen, die außerhalb des üblichen Oszillator & Filter – Modells programmiert wurden nur wenig, da hier mehr als nur ein Parameter für den Sound bestimmend sein können. Schon wenn man bei der Programmierung einen zweiten Filter einsetzt, muss man unter Umständen sehen, dass man durch die Veränderung nur eines Controllers beide Filter sinnvoll steuern kann.

Kombiniert man z.B. Wavetables mit Ringmodulation oder FM, ändert man die Lautstärken verschiedener FM – Operatoren (zu beidem kommen wir noch), ist es bei richtiger Programmierung sogar möglich, durch die gleichzeitig Veränderung mehrere Parameter quasi zwischen zwei Sounds zu morphen. Da ein Mensch jedoch nur zwei Hände besitzt, ist angebracht, diese Parameter gleichzeitig zu verändern und dabei gleich die entsprechenden Grenzen festzulegen zu können.

Aus diesem Grund ist es sinnvoll, diese zusammen auf einen freien Controller, Regler etc. zu legen. In vielen Fällen bieten sich dafür auch das Modulationsrad oder Aftertouch an, da diese Signale von fast allen Keyboards an die jeweiligen Klangerzeuger gesendet werden können. Bei bestimmten Sounds ist es für die Spielbarkeit von Vorteil, die Verwandlung (Morphing) über die Anschlagsdynamik zu kontrollieren, was bei einigen Synths aus den 80ern oft die einzige Möglichkeit zur Steuerung des Klangs darstellt ohne gleich haufenweise System-exklusive Daten senden zu müssen.

Vintage Königsklasse unter den Subtraktiven, der Roland Jupiter 8

Guter Sound?

Oft ist es gar nicht so einfach zu sagen, wann ein Sound wirklich gut ist. Sicher, es gibt einige Kriterien, die einen guten Klang ausmachen können. Diese kann man aber alle über den Haufen werfen, wenn irgend ein Klang gerade in Mode gekommen ist, selbst wenn er nur auf Oszillator und Filter eines ganz bestimmten Klangerzeugers basiert.

Ein professioneller Sounddesigner muss sich fast immer am aktuellen Geschmack orientieren oder ihn besser noch voraus ahnen. Bei den ersten Programmierversuchen sollte man das Ganze jedoch ein wenig lockerer angehen und sich von Sound und den Parametern des Synthesizers treiben lassen, was meist mehr Spaß macht als sich verkrampft an einem speziellen Sound zu versuchen. Let it flow!!!

Letztendlich braucht man für die meisten Titel nicht nur geniale Klänge sondern auch ganz viele recht unscheinbare Sounds im Hintergrund, die das Arrangement tragen. Zudem hat jedes Gerät seine Stärken, Schwächen und Besonderheiten, die es zu entdecken und nutzen gilt um die bestmöglichen Klänge aus einem Synthesizer herauszukitzeln und die findet man am ehesten, wenn man ein wenig experimentiert.

Im nächsten Teil beschäftige ich mich mit der additiven Synthese, wobei es dabei nicht nur um Geräte geht, die durch das Überlagern von Sinus-Wellen ihre Klänge erzeugen, sondern auch auf die Art von additiver Synthese, die man mit jedem Synth praktizieren kann, der zumindest über zwei Oszillatoren verfügt. Weitere Tipps zur Soundprogrammierung gibt’s zu den jeweiligen Formen der Soundsynthese.Also dann bis zu nächsten mal und… „Schraubst du weidda!!!“

Klangbeispiele
Forum
  1. Profilbild
    Andi

    Echt Klasse Florian wie anschaulich Du die Soundsynthese-Grundlagen hier beschreibst. Vielen Dank dafür – man lernt einfach nie aus ;-)

  2. Profilbild
    herw  RED

    Ich finde solche Grundsatzartikel sehr gut.
    Trotzdem muss ich in der ersten Grafik einer Fehler vermelden: ein Portamento ist ein kurzes Glissando, d.h. es verändert kurzzeitig die Tonhöhe, besser den Tonhöhenwechsel. Es beeinflusst in keiner Weise die Lautstärke, also den Verstärker, wie in der Grafik dargestellt.
    D.h. es ist auf die gleiche Stufe parallel zum LFO (Vibrato) zu setzen.

    • Profilbild
      drbach  

      so wie es dargestellt ist, müsste es „Tremolo“ statt „Portamento“ heissen, ist wahrscheinlich dies gemeint, ist auch so im Text erklärt

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