Synthesizer Know How 4: Additive Synthese kurz erklärt

18. Juni 2002

Additive Synthese

Workshop Synthesen

Vorwort

Hallo liebe Freunde der Soundprogrammierung, die letzten Wochen und Monate waren etwas stressig für mich und wie das oft so ist folgt nach der Unruhe eine vom Körper erzwungene Ruhepause. Aber aufgehoben ist nicht aufgeschoben und nachdem der Körper seinen Willen hatte gibt’s wieder etwas Futter für Kopf und Synthesizer.

Zum Glück höre ich erst dann auf zu schrauben wenn ich mit Fieber im Bett liege ;)

Entgegen der Subtraktiven Synthese wird bei der Additiven Synthese nichts vom Sound abgezogen sondern addiert. Meist werden zwei oder mehrere Wellenformen gleicher oder unterschiedlicher Frequenz überlagert. Wenn man dabei nicht gerade nur mit reinen Sinus – Wellenformen arbeitet (dazu kommen wir in der nächsten Folge) werden bei solchen Überlagerungen bestimmte Obertöne ausgelöscht (also doch nicht nur addiert;)) und andere hinzugefügt. Auf diese Weise kann man sehr einfach neue Wellenformen erzeugen und diese dynamisch verändern.

Additiver Klassiker, der Kawai K5000S

Nebenbei vermittelt dieser Artikel auch die Grundlagen für den zum späteren Zeitpunkt folgenden Artikel zur Frequenz- bzw. Phasenmodulation. Ebenfalls interessant dürfte der Artikel interessant für Besitzer Sample basierter Synths – manchmal „liebevoll“ Rompler genannt – sein, die hier lernen können wie sie ihren Schätzchen noch den einen oder anderen interessanten Sound entlocken können ohne gleich einen Haufen Geld für ROM – Erweiterungen ausgeben zu müssen.

Die Anforderungen an ein Gerät um additive Wellenformen mischen zu können sind sehr gering. Im Prinzip reicht es vollkommen aus wenn der jeweilige Synth mindestens 2 Oszillatoren mit unterschiedlicher Lautstärke überlagen kann. Günstiger ist es natürlich wenn man dabei auch die Frequenz verändern kann und der Oszillator mehr als nur eine Wellenform beherrscht. Das sind Voraussetzungen kann natürlich auch Sampler erfüllen, wenn man sie mit den entsprechenden Wellenformen füttert.

2_2osz.jpg

Richtig interessant wird es erst dann wenn man das Mischungsverhältnis der Oszillatoren dynamisch verändern kann. Entweder per Velocity oder besser noch mit einem Controller der es einem ermöglicht die Mischung der Oszillatoren während des Spielens steuern zu können.

Das dynamische Mischen von mehreren Wellenformen wurde Mitte der 80er beim Sequetial Circuits Prophet VS *1) eingesetzt und unter dem Namen Vektorsynthese bekannt. Der VS ermöglicht es 4 Wellenformen dynamisch zu mischen. Die Steuerung erfolgt dabei über eine Art Joystick, wobei man 5 Mischungsverhältnisse abspeichern und per Loopbaren – Mixer – Hüllkurve steuern kann. Nebenbei ist es sogar möglich eigenen Wellenformen in den VS zu importieren oder selbst zu erstellen.

Die Technik die beim programmieren der VS – Sounds verwendet wird kann man natürlich auch mit herkömmlichen Synthesizern verwenden, nur ist er hier etwas mühsamer, weil sich die Lautstärken Verhältnisse mit einem Joystick natürlich viel Einfacher einstellen lassen und man sich mit der Hüllkurve die Lautstärkenverhältnisse jedes mal neu zusammenbasteln muss. Besonders ohne Multistage Hüllkurve sind die Ergebnisse oft nicht vergleichbar mit den Sounds die man mit einem Vektorsynthesizer erzeugen kann.

(pre)Filtered „Vektorsynthese“

Beim mischen eigener Wellenformen passiert es doch recht oft, dass bestimmte Anteile eines Klangs zu laut oder zu leise sind, wohl dem der einen Synthesizer hat bei dem sich die Oszillatoren getrennt Filtern oder zumindest bis zu einem Sinus reduzieren lassen. Das ist besonders interessant, weil man bei vielen Synthesizern auch jeden Filter (z.B. mit einer eigenen Hüllkurve oder eigene Controller) einzeln steuern kann, man also durch Filter und Amplitude (Lautstärke) gleich zwei Möglichkeiten zur Beeinflussung des Klangs hat. Stehen entsprechende Controller zur Verfügung kann man damit sehr interessante Klangveränderungen erreichen. Selbst wenn man die Beeinflussung, wie bei vielen älteren Romplern, etwas spärlicher ausgefallen sein sollte, so ist kann selbst eine Steuerung der Parameter per Velocity den Klang interessanter machen.

 

3_2Osz_2filt_kl.jpg

 

Beide Oszillatoren erzeugen eine Rechteck – Wellenform, jedoch mit unterschiedlicher Tonhöhe, Filterfrequenz und Resonanz Einstellung.

Analoge- oder Virtuell – Analoge – Synthesizer bieten meist nicht sehr viele Wellenformen aber dafür Parameter wie Pulsweiten Modulation und oft auch einen „Wave Shape“ (gelegentlich auch unter einem anderem Parameter Namen zu finden) um das Aussehen der aktuellen Wellenform fliesend in eine Andere zu überführen. Bei jedem Schritt dieser Verwandlung verändern sich die Harmonischen zum Teil sehr extrem, daher lohnt es sich beim Überlagern der Oszillatoren unterschiedliche PWM und Wave Shape – Einstellungen durchzutesten. Das macht natürlich auch und besonders bei Synthesizern Sinn deren Klangerzeugung auf der Wavetable – Synthese basiert, aber diese Art der Synthese hebe ich mir für einen eigenen Artikel auf ;)

Leider viel zu selten bieten einem die Synthesizer einen Parameter zum verschieben der Phasen an, denn gerade wenn man Wellenformen mit der selben Frequenz mischt kann ein Verschieben der Phase das Resultat noch mal deutlich verändern. Zwar wird das harmonische Spektrum durch das verändern der Phasenlage einer Wellenform nicht beeinflusst aber die Phase aller Harmonischen verschoben, wodurch sich beim Überlagern unterschiedliche Bereiche addieren oder auslöschen. Der Effekt entspricht in etwa der Momentaufnahme des Phasings zweier leicht verstimmter Oszillatoren.

Hier ein Beispiel das zeigt welche Veränderungen im Klang schon durch das überlagern von zwei gegeneinander Phasenverschobenen Sägezahn Wellenformen entstehen können. Dabei wurde die Phasenlage einer der beiden Wellenformen mit einem Stepsequenzer moduliert. Das bei jedem Umschalten hörbare „klicken“ entsteht durch die unterschiedlichen Lautstärken die beim verschieben des Loop – Starts aufeinandertreffen.

Seiner Zeit weit voraus … der Kawai K5

Neben Wellenformen lassen sich natürlich auch Samples mischen. So lassen sich durch das überlagern einiger mehr oder weniger schwachbrüstiger Drum – Sounds selbst aus dem alten MT-32 noch interessante Percussions raus kitzeln.
Neben Samples und Wellenformen kann man auch die Resultate aus Modulationen dem eigentlichen Signal wieder hinzufügen. So kann das beimischen des FM – Signals einen Lead – Sound verbessern weil er ihm noch ein paar Obertöne und damit nötige Schärfe verschafft. Ganz ähnlich verhält es sich mit der Rindmodulation, nur das die hier hinzugefügten Signal dem Original eine andere Färbung gibt, da bei der RM andere Gruppen von Obertönen erzeugt werden.
Besonders interessant wird es wenn der Synthesizer es einem ermöglicht die FM/RM Signale per Hüllkurve zu steuern, denn so kann man z.B. in der Attack Phase des Lead Sounds das FM – Signal kurzzeitig aufdrehen und es im Verlauf weiter absinken lassen und damit den Klang lebendiger klingen zu lassen. Auch eine Steuerung per Velocity und/oder Modwheel kann den Klang deutlich interessanter klingen lassen.
Das gilt natürlich auch für das Konglomerat aus Drum – Samples das ebenfalls durch unterschiedliche Velocity – Einstellungen der Bestandteile deutlich dynamischer klingen kann.

Die PCMs wurden alle außerhalb ihrer Originaltonhöhe gespielt und das erste Sample mit der Hüllkurve so bearbeitet dass man fast nur die Attack – Phase zu hören ist.
Übrigens, den hochfrequenten Ton den man Ende der Samples hört erzeugt der MT und nicht meine Wandlern ;)

Hat man mehrere Oszillatoren zur Verfügung deren Lautstärkenverhältnisse sich statisch oder besser noch dynamisch verändern lassen. Meist kann man die Frequenz- und gelegentlich hat man auch die Filtereinstellungen pro Oszillator zu verändern. Will man nun einen bestimmten Klang erzeugen sollte man sich erst mal eine Basis – Wellenform oder Sample suchen die dem angestrebten Klang so nah als nur möglich kommt. Unter Umständen enthält diese Basis unerwünschte Komponenten die man – so fern vorhanden – mit einem Filter eliminieren kann oder es hilft etwas Resonanz um dem erwünschten Klang näher zu kommen. An diesem Punkt kann man sich überlegen welche Komponente dem angestrebten Klang fehlt und hoffen diese entweder in den Wellenformen zu finden oder sich durch weitere Überlagerungen und verschiedener Filtereinstellungen den fehlenden Harmonischen annähern zu können.
Hat man sein Ziel erreicht, kann man durch für die jeweiligen Oszillatoren unterschiedliche Velocity – Einstellungen von Lautstärke und Filter den Klang dynamisch spielbar zu machen. Dabei muss man die Parameter der Oszillatoren unter Umständen leicht anpassen, damit der Klang bei normalem Spiel die erwünschte Klangfarbe besitzt. Je nach Klang bieten sich natürlich auch Controller und Spielhilfen wie Aftertouch und Modwheel zum steuern der Klangfarbe an.

Auch sollte man darauf achten dass der Klang nicht zu statisch wirkt und gerade in der Attack Phase ein wenig Veränderung stattfindet, wie schon im dritten Teil beschrieben wirkt ein Klang auf diese Weise druckvoller.

Casio FZ-1

Und auch der FZ-1 erlaubte eingeschränkt, additive Synthese

Man kann nicht nur Oszillatoren mit gleicher Tonhöhe mischen sinnvoll sind auch Frequenzverhältnisse von einer und mehr Oktaven, wobei gelegentlich auch ein Verstimmen um +3, +5 oder +7 Noten interessante Ergebnisse erzielen kann. Höherer Frequenzen werden meist mit einer geringerer Lautstärke zum Basis Klang gemischt, ansonsten klingt die resultierende Wellenform meist nach Orgel, da man mehr als nur einen Grundton erzeugt.
Es lohnt sich auf jeden Fall viel mit den vorhandenen Wellenformen zu experimentieren um ein Gefühl für die vorhandenen Vorrat zu bekommen und oft entstehen gerade dabei die besten Klänge. Auch sollte man interessante Zwischenergebnisse abspeichern um sie später wieder aufgreifen zu können.
Übrigens, ein Rezept ist da um auch mal von ihm abzuweichen… ;)

In der nächsten Folge gehen wir mit der Additiven Synthese ins Eingemachte. Am besten gleich HIER klicken und von praktischen Anwendungen lernen.

*1) Ich hatte noch nie das Vergnügen an einem Prophet VS zu sitzen, Kenner mögen mir daher Ungenauigkeit oder Fehler verzeihen.

Klangbeispiele
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