Test: U-He ACE Software-Synthesizer

U-He ACE ist ein semimodularer Software-Synthesizer mit virtuell-analoger Klangerzeugung. Er stammt aus der Byteschmiede von Urs Heckmann, der mit dem eher auf digitale Synthesearten spezialisierten Zebra einen der wohl innovativsten Synths der letzten Jahre programmiert hat. Nun geht es „back to the roots“, der ACE entspricht den kleinen analogen Modularsystemen der 70er Jahre, wie sie z.B. Roland gebaut hat.

ACE steht für „Any Cable Everywhere“, das heißt, zwischen Audio- und Modulationssignalen wird wie bei einem analogen System nicht unterschieden und es lässt sich jeder Ausgang in jeden Eingang routen. Dabei werden alle Signale mit mindestens der doppelten Frequenz der Sample-Rate des Hostprogramms abgetastet, die Oszillatoren werden sogar mit 500-fachem Oversampling betrieben.

Beim ACE kann man alles Modulierbare auch mit Audiofrequenzen modulieren, beispielsweise Filter-Cutoff und -Resonanz, Pulsweite bei den Oszillatoren, Mixerpegel und so weiter. Außerdem sind die Modulationsquellen schnell, die Hüllkurven machen „Knack“ und nicht „Schwupp“, die LFOs sind sogar als vollwertige Oszillatoren einsetzbar.

Das hat natürlich seinen Preis, ACE ist sehr prozessorhungrig. Auf der höchsten Qualitätsstufe verfrühstückt er die Gigahertz wie Appetithäppchen. Dafür ist der Klang fast frei von digitalen Unreinheiten. Auch wurden die Module nach dem „true analog modeling“-Prinzip programmiert, also mit analogen Nichtlinearitäten, Übersteuerungsverhalten etc., was natürlich ebenfalls rechenintensiv ist.

Technische Daten

Software Synthesizer Plugin mit virtuell-analoger semimodularer Klangerzeugung

Formate: VST (Windows XP), VST/AU/RTAS (MacOS X 10.4), kein Standalone
Systemvoraussetzungen: VST2-kompatible Host-Software, Prozessor mit SSE2-Befehlssatz bzw G4.
Stimmenzahl: Abhängig von PC-Prozessor und der gewählten Qualitätsstufe.
Effekte: Zwei plus Equalizer
Installation und Freischaltung mit Codenummer verliefen kurz und schmerzlos.

Bedienung und Oberfläche

Die Größe des ACE-Fensters kann in sieben Schritten von 512×288 bis zu kinoformatigen 2560×1440 Pixel geändert werden.

Die Soundqualität lässt sich in vier Stufen einstellen, auf „good“ und „accurate“ kann man aus einem 3GHz-Rechner 6-8 Stimmen holen. Auf „standard“ und „draft“ sind viel mehr möglich, wobei die obere Grenzfrequenz aber deutlich beschnitten wird. Für die meisten Sounds reicht standard aber aus.

Auf der ersten Edit-Page befinden sich die Module. Mittig ist ein Oszilloskop platziert, das das Ausgangssignal anzeigt. Für Feineinstellungen ist es wirklich nützlich und für das Verständnis der Klangsynthese sehr förderlich, leider hapert es noch ein wenig mit der Auto-Synchronisation, man muss bei hoher Auflösung oft manuell nachregeln.

Immer nützlich: Das Oszilloskop

Die Knöpfe lassen sich auch per Mausrad drehen und bei gehaltener Shift-Taste hat man Feineinstellung (die leider nicht per Rad). Mit einem Doppelklick stellt man sie zurück auf Default, Rechtsklick auf einen Regler öffnet das MIDI-Learn-Popup.

Die zweite Edit-Page beherbergt den Mapping-Generator, das Unisono- und Micro-Tuning sowie einige Circuit-Bending- und Tweak-Einstellungen.

Auf der dritten ist das Patch-Managemant untergebracht, übersichtlich, einfach und großformatig. Die Patches kann man mit den Up/Down-Tasten der PC-Tastatur schnell durchprobieren. Nur der Kontrast könnte etwas besser sein.

Zunächst präsentiert sich der ACE ganz aufgeräumt, er ist unter der Haube vorverkabelt und man kann ohne Strippen loslegen. Neue Verbindungen werden einfach per drag&drop von Buchse zu Buchse gezogen und unterbrechen die vorhandenen, ein Ausgang kann in beliebig viele Eingänge geroutet werden. Die Kabel versperren natürlich den Blick auf Anzeigen und Regler, deshalb kann man sie mit Rechtsklick auf irgendein Kabelende transparent/dünn schalten oder ganz ausblenden, auch die Farbe ist mit Linksklick auf das Kabelende frei wählbar.

Die Kabel-Ansicht ist umschaltbar

Klangerzeugung

Der ACE hat fest vorgegeben je zwei Oszillatoren, Filter, Amplifier, LFOs und Envelopes, dazu Noise, Mixer und ein paar Hilfsmodule. Das mag in den Augen verwöhnter Modular-Freaks nicht gerade reichhaltig aussehen. Beim ersten Anblick dachte ich, ich wäre schnell durch mit dem Test, aber weit gefehlt. Nicht nur die LFOs lassen sich als VCOs betreiben und umgekehrt, auch andere Module haben zusätzliche Funktionen.

Die VCOs

Sie sind unterschiedlich aufgebaut, VCO 1 hat neben Sägezahn und pulsweitenmodulierbarem Rechteck noch Dreieck und einen gleichgerichteten Sinus sowie mehrstufigen Suboszillator im Angebot, dafür gibt es bei VCO 2 eine FM/Ringmodulator/Sync-Abteilung. Beide können mit zufälligen Phasenwerten starten oder durch Tastenanschlag gesynct werden.

Oszis mit 500-fachem Oversampling

Eine Besonderheit der ACE-Oszillatoren ist das Tuning. Sie können ganz konventionell in Halbtonschritten gestimmt werden, aber auch in Hertz, Partial (Obertonreihe), Subharmonic (Untertonreihe) und synchronisiert zum Host-Tempo, was z.B. bei Einsatz als LFO von Nutzen ist. Ein Link zum Thema Untertöne findet sich am Ende des Tests.
Die Frequenz läßt sich sogar bis auf Null herunterschrauben, was theoretisch „Gleichstrom“ ergäbe, der bei den VCOs im Gegensatz zu den LFOs aber ausgefiltert wird.

Der Ringmodulator in VCO 2 ist fest mit dem Ausgang von VCO 1 verbunden und hat keinen zusätzlichen Eingang, was seine Funktionalität einschränkt. Aber der ACE hat in den Multiples noch weitere Ringmodulatoren versteckt.

Die Synchronisation ist nicht nur wie üblich „hard“ möglich, sondern auch „soft“ und es gibt einen Eingang für die Modulation der Sync-Hardness. Ein Eingang für andere Sync-Quellen wäre hier nach meiner Meinung sinnvoller.
Da Soft-Sync ein wenig geheimnisumwittert ist, hier eine kurze Erläuterung:
Der Slave-Oszi wird nicht bei jedem Wellenanfang des Masters zurückgesetzt, sondern nur, wenn die Phasenwerte beider Oszis zu einem einstellbaren Grad übereinstimmen. Beim Durchstimmen des Slaves wird auf Frequenzverhältnisse gesynct, beispielsweise 2:3 und es fallen auf X Durchgänge des Masters Y des Slaves.

Die Frequenzmodulation (Cross genannt) ist linear, was natürlicherweise erst mal ziemlich chaotische Frequenzgemische hervorbringt. Da das Ergebnis auch von der Wellenform abhängt, ist bei den auf analog getrimmten und je nach Tonhöhe unterschiedlichen Wellen des ACE auch erst mal nichts anderes zu erwarten, es sei denn, man hard-synchronisiert gleichzeitig.
VCO 2 kann nur von VCO 1 moduliert werden, das ist fest verdrahtet. Der Eingang neben dem FM-Regler dient der Amplitudenmodulation des FM-Signals, beispielsweise mit einer Hüllkurve, bei bipolaren Quellen wie einem VCO oder LFO wird ringmoduliert.

Ganz andere Ergebnisse erzielt man mit exponentieller FM, die dank des „All Cables Everywhere“-Prinzips mit ACE möglich ist. Dazu verbindet man den Ausgang eines Oszis mit dem Pitch-Modulationseingang des anderen. Hier ein Beispiel, bei dem ich die LFOs verwendet habe, da sie beide digital-exakte Wellen liefern können und bei den VCOs durch die Gleichstromfilterung unerwünschte Tonhöhenmodulationen entstehen.

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Die verschiedenen Arten der FM wären auch noch mal einen Artikel wert, da sie in vielen verschiedenen Varianten anzutreffen sind und die Nomenklatur nicht gerade sauber ist. Der Begriff „Crossmodulation“ z.B. bezeichnet genau genommen zwei Oszis, die sich gegenseitig frequenzmodulieren, was beim Cross-Parameter des ACE nicht der Fall ist.
Aber man kann es ja stöpseln, wenn auch „nur“ exponentiell:

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Die Filter

Sie sind identisch, Cutoff von Filter 2 lässt sich unabhängig betreiben oder hat dieselbe/gegenläufige Frequenz wie Filter1 und haben die Betriebsarten

Tiefpass mit 6/12/18/24 dB
Hochpass/Bandpass/Bandsperre

und einen Gain-Regler für die amtlich-analoge Filterübersteuerung.
Die Typen in obiger Reihenfolge mit je einem Sweep bei mittlerer Resonanz:

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Der Tiefpass und die anderen Filtertypen besitzen separate Ausgänge, sind also gleichzeitig verfügbar und man kann mit den beiden Filtern komplexe Verschaltungen realisieren. Bemerkenswert ist, dass alle Typen zur Selbstoszillation fähig sind, auch die Bandsperre!

Die Multimode-Filter

Nicht nur Cutoff, sondern auch die Resonanz ist mit Audio-Frequenzen modulierbar. Das kann so schnell kein anderer.
Der Bereich der Resonanz vor der Selbstoszillation ist gut dosierbar und sehr gelungen. Im Zusammenspiel mit der Übersteuerung („Gain“) kann man hier wirklich wie mit einem analogen Filter arbeiten und zwar bis in die höchsten Frequenzbereiche. Zwischen Null-Resonanz und beginnender Oszillation sinkt der Pegel stark, ähnlich wie bei einem Moog-Filter.

Allerdings muss ich sagen, das Filter verhält sich wie ein analoges, es klingt aber ein bißchen zu neutral. Normalerweise würde ich ihm ein „sehr gut“ geben, aber da der ACE den Anspruch hat, ein high-end virtuell-analoger zu sein, muss er sich hier einen kritischen Blick gefallen lassen. Es mag mit meinen Hörgewohnheiten zusammenhängen, aber richtig prägnant oder fett klingt es nicht in meinen Ohren. Der analoge Schmutz fehlt mir genauso wie der digitale. Aber das ist letztendlich Geschmackssache und ja auch nicht immer erwünscht. Klar und brillant klingt es auf jeden Fall und jeder kann anhand der Soundbeispiele selbst urteilen.

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Das kann man allerdings auch ändern. Eine Prise Übersteuerung mit dem Gain-Regler und es hört sich schon anders an. Erst ohne, dann mit und zum Schluss mit asymmetrischer Verzerrung (siehe Kapitel Multiples):

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Das Resonanzverhalten lässt sich mit Modulation durch einen Oszi beeinflussen. Hier wird ein Sägezahn gefiltert und moduliert gleichzeitig die Resonanz:

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Und ein Highlight ist der „Crosstalk“-Regler auf der Tweak Page: Wenn man daran dreht, ändert sich der Soundcharakter drastisch. Ohne, wenig, viel und zum Schluss zusätzlich mit asymmetrischer Übersteuerung:

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Das muss man allerdings sorgfältig abstimmen mit Gain und Resonance.
Die drei Circuit-Bending-Parameter sind noch nicht erwähnt in der Anleitung, auf meine Nachfrage gab Urs Heckmann folgende Erläuterung:
„Crosstalk ist ein Übersprechen der Module untereinander. Im Grunde genommen bildet sich eine Feedback-Schleife, da die Filter wieder in die Oszillatorausgänge eingespeist werden und diese wieder durch die Filter laufen. Ist ziemlich komplex was da abläuft, als ob jemand den Synthie aufgeschraubt hätte und zufällig ein paar Drähte reingepackt hätte.“
Auf jeden Fall liefert es den nötigen analogen Schub. Sehr gelungen! Nur müsste der Crosstalk-Regler eigentlich neben die Filter, so muss man beim Abstimmen der Parameter immer die Page wechseln .

Mixer

Hier werden die VCOs und Noise plus eine weitere Quelle zusammengemischt. Die Eingänge neben den Reglern sind keine Mischer-, sondern Modulationseingänge. Man kann also den Mix von VCO 1/2 und die Pegel der anderen Eingänge amplitudenmodulieren.
Nur der untere Eingang ist ein zusätzlicher Input. Hier kann man z.B. wieder einen Filter einspeisen.

Der Mixer

Eine kleine Unstimmigkeit gibt es bei der Mix-Modulation. Wenn man dafür einen unipolaren Modulator (z.B. Hüllkurve) verwendet, wird von VCO 1 auf VCO 2 überblendet, bei einem bipolaren (z.B. LFO) wird VCO 1 amplituden-, VCO 2 aber ringmoduliert. Er wird somit nicht ausgeblendet, sondern invertiert. Gleiches gilt für die Modulationen von Suboszi und Noise.
Das will sich Urs Heckmann aber nochmal anhören, mit Bugfixes kann man rechnen.

Voice Mixer

Die beiden Ausgangsverstärker sind recht einfach gehalten, der Pegel kann nur mit einer Hüllkurve oder Gate gesteuert werden, Balance aber wieder mit anderen Quellen. Leider nicht mit Audiofrequenzen, wie ich feststellen musste. Urs Heckmann dazu:
„Die Pan-Modulation war eines der Features, die wirklich auf den letzten Drücker und nur auf Drängen der Sounddesigner reinkamen. Ich weiß nicht, ob ich da noch nachbessern kann, weil das Panning nicht mehr innerhalb der eigentlichen Synthebene liegt.“

Stereo: Der Voice Mixer

LFOs

Sie sind wie erwähnt auch als vollwertige Oszillatoren verwendbar, bei beiden lässt sich der Pegel modulieren und die Phasenlage einstellen, bei LFO 1 ist letztere modulierbar. Kundige Soundtüftler dürften hier hellhörig werden und in der Tat ist er ein Phase-Modulation-Oszi, also ein DX7-FM-Operator (die „Frequenzmodulation“ von Yamaha ist in Wirklichkeit Phasenmodulation, wieder ein Fall von FM-Begriffsklitterung). Leider hat er nur Sinus als Wellenform, eine ziemlich unnötige Einschränkung.
Somit ist der ACE auch in der Lage sehr digitale Sounds zu erzeugen und er ist einer der wenigen Synths mit drei Varianten der FM.
Stellt man LFO 1 auf 0 Hz, wird er zum Sinus-Waveshaper, mit dem man Wellen der Oszis verbiegen oder Modulationssignalen eine völlig andere Form geben kann.

Im Sample&Hold-Modus kann man LFO 1 für das bekannte Zufallsmuster einsetzen. Dazu füttert man den S&H-Eingang mit Rauschen. Der Phase-Regler bekommt dann eine Slew-Rate-Funktion und glättet die Stufen zu Rampen. Das kann man auch mit anderen Wellen machen, im Audiofrequenzbereich wird LFO 1 so zum Samplerate-Reduzierer.

Die mehr-als-nur-LFOs

LFO 2 ist einfacher gehalten, hat aber als Wellenformen Sinus, Dreieck, Sägezahn und Rechteck sowie die frei editierbare Wellenform des Map-Generators der Tweak-Page (s.u.).

Damit sind die beiden LFOs so ziemlich die vielseitigsten, die mir je untergekommen sind. In der Tat ist der ACE „more than meets the eye“, wie es in der Anleitung steht.

ADSR

Die Hüllkurven sind tatsächlich nur Hüllkurven und sonst nichts. Man kann sie aber als Impulsgeneratoren für „Key Clicks“ wie bei elektromechanischen Orgeln oder für  Percussion-Sounds zweckentfremden.

Einfach, aber schnell: Die Envelopes

Für Percussionsounds auch sehr geeignet ist der Snap-Modus, bei dem die Attack-Phase linear wird und Decay exponentieller. Das kann man mit dem Oszilloskop sogar sichtbar machen, wobei die Gleichstromfilterung die Form der Hüllkurven allerdings ein wenig verzerrt:

Die Envelopes auf dem Scope, links mit Snap

Schnell genug für synthetische Drumsounds sind sie auf jeden Fall:

Das Sustain hat eine Rise-Fall-Funktion. Normalweise bleibt der Sustain-Level ja, wie er ist, solange man den Ton hält, hier kann er mit einstellbarer Geschwindigkeit steigen oder fallen. Die Differenz zum anfänglichen Sustain-Level stellt man mit Fall/Rise-Range auf der Tweak-Page ein.
Die Pegel der Hüllkurven sowie ihre ADR-Zeiten kann man mit MIDI-Controllern oder Key Follow steuern oder mit wiederum einer Hüllkurve. Dadurch kann man u.a. noch andere Rampen-Formen erzielen.

Ramp Generator

Er kann als lineare AHD-Hüllkurve mit Gate-unabhängiger Hold-Zeit dienen oder als LFO. Mit „Rest“ stellt man die Pausenlänge zwischen den Wiederholungen ein, bei Maximalstellung gibt es nur einen Durchlauf. Auf der Tweak-Page kann man ihn zum Host-Tempo synchronisieren.
Er ist eine prima Ergänzung zu den anderen Modulationsquellen des ACE und auch er kann als Impulsgenerator benutzt werden.

Envelope oder LFO: Der Ramp Generator

Multiples

Sie haben gleich ein ganzes Bündel an Funktionen. Zum einen sind sie modulierbare Signal- oder Modulationsmischer und -Crossfader, daneben kann man sie aber auch für Amplituden- und Ringmodulation einsetzen. Die linke Hälfte eines Multiples ringmoduliert die Inputs 1 und 2, die rechte Hälfte amplitudenmoduliert 3 und 4 mit dem Modulationssignal.

Mischt man Gleichstromhaltiges (ADSR, Controller oder +5V) mit anderen Signalen, kann man z.B. den Ausgang eines LFOs von bipolar auf unipolar (also von +/- auf nur positiv) ändern und die oben erwähnte VCO-Balance im Mixer modulieren wie vorgesehen. Mit Audiosignalen plus Gleichstrom kann man die Filter in asymmetrische Übersteuerung fahren. Das verringert ungeradzahlige Obertöne und klingt meist besser.

Multiple mit multiplen Funktionen

Beim wilden Herumstöpseln ist es mir ein paar Mal passiert, dass ich Feedbackschleifen mit einer Verstärkung größer als 1 zusammengebastelt habe. Das quittierte der ACE verständlicherweise mit Aussetzern. Die verschwanden aber nicht mehr und ein Neustart des Hosts war nötig. Da sollte man also etwas bedacht hantieren.

Was mir beim ACE fehlt, ist ein einfacher Inverter. Eigentlich ist er unnötig, da die Modulationsintensitätsregler diese Aufgabe übernehmen, aber einige Eingänge sind ungeregelt, darunter die der Multiples. Mit den Multiples kann man zwar invertieren, aber dann sind sie belegt. Und für z.B. die Balance-Modulation mit Audiofrequenzen, die im Voice Mixer ja nicht funktioniert, bräuchte man beide.

Die Tweak Page

Sie wirkt ein wenig zusammengewürfelt, ist aber ein Leckerbissen für Tüftler. Hier kann man Microtuning-Tabellen laden (mitgeliefert werden in Version 1 leider keine) und das Unisono verarzten. Im Gegensatz zu den meisten anderen Synths hat der ACE keinen Uni-Detune-Parameter, sondern jede Unisono-Voice lässt sich einzeln bis zu plus/minus 24 Halbtöne verstimmen. Damit kann man imposante Stack-Sounds erzeugen, als Spaßbremse erweist sich aber die hohe Prozessorlast. Da hilft nur, die Soundqualität auf eine niedrigere Stufe zu stellen oder einen wirklich schnellen Rechner zu kaufen…

Das Sahnehäubchen: Die Tweak Page

Der Mapping Generator ist ein vielseitiges Tool. Hier kann man mit der Maus und/oder anderen Funktionen Werte einzeichnen und auf verschiedene Weise nutzen, z.B. als Wellenform im LFO 2. Der Ausgang der Map steht auch für Modulationszwecke zur Verfügung. Sie kann mit einem Controller durchfahren werden, mit einer Hüllkurve, aber auch mit Notenwert oder Velocity.
Man kann also z.B. einer Hüllkurve einen ganz anderen Verlauf geben, ein nichtlineares Key Follow herstellen, eine Velocity-Charakteristik oder Zufallsmuster. Interessant ist die Betriebsart „Alternate“, hier wird bei jeder gespielten Note ein Schritt weiter geschaltet.
Die Map kann geglättet oder quantisiert werden, sie hat 2-128 Schritte, es gibt eine copy/paste-Funktion und weitere mit Rechtsklick erreichbare Makros. Sie ist zwar nicht gerade analog, aber eine wirkliche Bereicherung für den ACE. Die vielen Möglichkeiten, die sie bietet, hat man nicht so schnell ausgeschöpft.

Das Circuit-Bending erspart einem die Mühe den ACE „aufzuschrauben“ und die „Hardware“ zu manipulieren.
Crosstalk ist im Filter-Kapitel beschrieben, eine Art Feedback.
Osc Cap Failure simuliert Kondensator-Lecks bei den VCOs und ihre Wellenformen werden verändert, die Grundwelle wird abgeschwächt und der Höhenanteil bleibt. Das ist phasenneutrales Equalizing und gut geeignet, um z.B. Flächensounds zu entdröhnen.
Slop bewirkt eine zufällige Modulation der Parameter, die bei analogen Synths hitzeanfällig sind, speziell die Tonhöhen von VCOs und Filtern. Will man nur die VCOs leicht eiern lassen, kann man Drift bei den Operation Settings aktivieren.

Operation Settings

Ein virtuell-analoger Synth braucht natürlich einen anständigen Mono-Modus. Und der ist hier auch sehr analog implementiert, wahlweise mit Legato- oder Re-Trigger. Außerdem lässt sich der ACE auch duophonisch spielen, dabei wird er zu zwei Synths: Die tiefere Note bekommt VCO/VCF/LFO/ADSR Nummer 1 zugeteilt, die höhere die Module mit Nummer 2.

Die Modus-Einstellungen

Pitchbend ist up/down getrennt einstellbar und das Portamento (hier: Glide) lässt sich von Rate auf Time umstellen – prima, an sowas wird viel zu selten gedacht. Glide 2 gilt für LFO, VCF und VCO mit Nummer 2 und arbeitet relativ zu Glide 1. Auch das Poly-Portamento ist brauchbar, mit dem Range-Parameter kann man es sogar „abkürzen“.

Effekte

Sie sind ein wenig Brot und Butter, Chorus/Phaser sowie Delay und 2-Band Equalizer. Aber sie klingen gut und sind stereo, das Delay lässt sich zum Host-Tempo synchronisieren.

Einfach, aber gut: Die Effekte

Alternativen

ACE ist nicht der einzige VA-Synth ohne Einschränkungen beim Verkabeln, aber die meisten bieten nicht das Oversampling von Signal- und Modulationsquellen, bieten weniger Parameter für Audio-Modulation an, sind nicht so gut anti-aliased oder kosten ein Vielfaches. Zu erwähnen wären hier u.a. die Modular-Emulationen von Arturia, Way Out Ware Timewarp2600 und Martin Fays VAZ modular. ACE ist preiswert, klingt gut und kommt einem echten analogen System schon sehr nahe.

Zum Schluss noch ein Potpourri mit Presets aus der mitgelieferten Soundbibliothek: