Hands-on Sounddesign: So gelingt der Einstieg in die additive Synthese
Wie funktioniert additive Synthese: einfach erklärt
In diesem Workshop wollen wir uns mit der additiven Synthese beschäftigen. Dabei gibt es wieder ein wenig Theorie und anschließend Handfestes mit zwei Freeware-Synthesizern. Außerdem gibt es einen kleinen Exkurs zu Hardware- und Software-Synthesizern, die mit additiver Synthese arbeiten.
Kurz & knapp
-
- Additive Synthese verstehen: Klänge werden durch Addition einzelner Teiltöne konstruiert – ein alternatives Konzept zur subtraktiven Synthese.
- Praxis mit Freeware: Das Plug-in Colours von TeMuFa veranschaulicht die additive Arbeitsweise auf intuitive Weise.
- Realismus durch Modulation: Die Nachbildung natürlicher Klänge wie Geigen erfordert dynamische Lautstärkeschwankungen – realisiert über LFOs.
- Spektrale Kreativität mit Vaporizer 2: VASTDynamics Vaporizer 2 erlaubt komplexe spektrale Übergänge durch manuelle Teiltongestaltung und Wavetable-Frames.
- Fazit: Ein lehrreicher Einstieg in die additive Synthese mit kreativen Möglichkeiten – aber auch mit hohem Detailaufwand.
Inhaltsverzeichnis
- Kurz & knapp
- Wie funktioniert additive Synthese?
- Exkurs: Synthesizer mit additiver Synthese
- Installation von TeMuFa Colours
- Erste Schritte in der additiven Synthese
- Modulation der Teiltöne
- Resynthese – eine Form der additiven Synthese?
- Die Werkzeuge sind entscheidend
- VASTDynamics Vaporizer 2
- Erstellen von Übergängen mit Vaporizer 2
Wie funktioniert additive Synthese?
Zunächst einmal ist additive Synthese ein Oberbegriff – und steht im Kontrast zur subtraktiven Synthese. Die grundsätzliche Idee der additiven Synthese ist, dass ein Klang aus seinen einzelnen Teiltönen aufgebaut wird. Beim Gegenspieler beginnt man mit einem Klang, der bereits viele Teiltöne enthält, und entfernt diese mit verschiedenen Mitteln (hauptsächlich Filtern).
Damit wird auch sofort klar, dass wir in unserer Workshop-Serie die additive Synthese in einigen ihrer Ausprägungen bereits behandelt haben – denn FM-Synthese ist eine Art der additiven Synthese. Oder besser gesagt: eine Möglichkeit, einen Klang aus Teiltönen aufzubauen. Diese neuen Teiltöne werden durch FM (oder Phasenmodulation, wie es in den meisten Fällen zutrifft) erzeugt.
Die rein subtraktive Synthese, wie der Name schon sagt, subtrahiert lediglich vorhandene Teiltöne oder betont deren Stärke unterschiedlich – ein resonierendes Filter macht genau das. Es hebt die Teiltöne um den Cutoff-Punkt herum an und senkt die dahinterliegenden, fügt aber keine neuen hinzu.
Wir werden schnell feststellen, dass eine manuelle Zusammenstellung eines Klangs aus Teiltönen zwar möglich, aber selten sinnvoll ist. Dennoch eignet sich das erste Freeware-Plug-in Colours von TeMuFa hervorragend dazu, die Grundlagen zu besprechen.
Hier findet ihr alle Patches im VST3-Format als ZIP-Datei. Im Laufe des Workshops werde ich auf die einzelnen Patches verweisen.
Exkurs: Synthesizer mit additiver Synthese
Bevor wir uns in den Workshop stürzen, ein kleiner redaktioneller Exkurs in die Welt der additiven Synthesizer.
Hardware-Synthesizer mit additiver Synthese
Zu nennen wären zum Beispiel der Kawai K5 sowie Kawai K5000. Beide sind als Vintage-Synthesizer heute nur noch auf dem Gebrauchtmarkt zu bekommen und wenig benutzerfreundlich. Auch das Synclavier II konnte neben FM auch additive Synthese, indem sich die Teiltöne manipulieren ließen.
Wesentlich älter als diese digitalen Geräte ist ein anderer Synthesizer, den jeder schon einmal gehört hat und der seit mehreren Jahrhunderten fast unverändert im Einsatz ist: die Pfeifenorgel – oft auch wegen ihrer Verwendung als Kirchenorgel bezeichnet. Dabei ist das Instrument, das seinen Ursprung in der Antike hat, ursprünglich ein weltliches. Ab dem 15. Jahrhundert sind erste Orgeln mit Registern belegt, die durch unterschiedliche Arten von Pfeifen erzeugte Teiltöne zum Gesamtklang kombinieren. Die ursprünglich als Pfeifenorgelersatz gedachte „Hammond-Orgel“ mit ihren Zugriegeln macht ebenfalls genau das: Sie kombiniert mehrere Teiltöne zu einem Gesamtklang.
Ein aktueller Synthesizer, der additive Synthese unterstützt, ist das Haken Audio EaganMatrix Micro Expandermodul, das sich über eine Software bedienen lässt.
Auch Eurorack-Besitzer kommen auf Wunsch in den Genuss der additiven Synthese, zum Beispiel mit diesem Modul hier:
Software-Synthesizer mit additiver Synthese
Jeder Ableton-Live-Nutzer hat einen erstklassigen additiven Synthesizer gleich mit an Bord: Operator. Operator erlaubt nämlich nicht nur FM-Synthese, sondern auch das Einzeichnen der Teiltöne ins Gesamtspektrum.
Native Instruments Razor ist ebenfalls ein erstklassiger additiver Synthesizer, der darüber hinaus angesichts des Leistungsumfangs noch recht preisgünstig ist.
Für einen ähnlichen Preis bekommt man den Tone2 Nemesis, der gleich mehrere Synthesearten beherrscht, darunter auch additive Synthese und einen Spektraleditor besitzt.
Natürlich muss auch das Arturia Synclavier V genannt werden – die moderne Software-Reinkarnation des Hardware-Synclaviers.
Installation von TeMuFa Colours
Colours von TeMuFa ist ein Freeware-Plug-in, das ihr auf gumroad.com herunterladen könnt. Es ist erhältlich für macOS und Windows. Der Link dazu lautet:
https://temufra.gumroad.com/l/colours
Wie immer wäre es natürlich toll, wenn ihr dem Autor etwas Geld zukommen lasst – Pflicht ist es jedoch nicht. Nachdem ihr einen Preis angegeben habt, gelangt ihr zur Download-Seite.
Bevor ihr die Installationsdateien herunterladen könnt, müsst ihr noch eure E-Mail-Adresse und einen Trinkgeldbetrag eingeben – dieser kann auch 0 sein. Danach werden die verschiedenen Dateien zum Download angeboten. Je nachdem, wie „robotisch“ ihr euch verhalten habt, müsst ihr eventuell noch ein Captcha lösen. Wenn ihr auch nie wisst, ob die letzten drei Pixel vom Fahrrad im Bildkasten noch dazugehören, dann geht es euch wie mir.
Nun steht euch das Plug-in unter „Colours (TeMuFa)“ zur Verfügung.
Erste Schritte in der additiven Synthese
Um besser nachvollziehen zu können, wie das Plug-in Colours von TeMuFa funktioniert, empfehle ich, ein Spektrumanalyse-Plug-in hinter den Software-Synth zu schalten. So könnt ihr sehr gut erkennen, welche Auswirkungen die einzelnen Regler haben. Colours besitzt zwar eine Schwingungsformdarstellung, doch die Aufschlüsselung nach Frequenzen ist deutlich hilfreicher.
Damit wir alle von denselben Einstellungen ausgehen, hier laden wir das Init-Preset Colours Init.vstpreset
Schauen wir zunächst auf die minimalistische Oberfläche. Sehr prominent ist die namensgebende Sektion mit den Farben, die die einzelnen Teiltöne repräsentieren. Über den Greifer könnt ihr alle Regenbogenfarben ansteuern, wobei die Farbe Fuchsia die höchsten Teiltöne und Scarlett die tiefsten darstellt.
Wie funktioniert additive Synthese – Colours Plug-In
Hinter dem einzelnen Regler einer Farbe verbirgt sich im Grunde eine ganze Reihe von Reglern, die sämtliche geradzahligen Vielfachen eines Teiltons darstellen – ihr erreicht sie, indem ihr das Häkchen im Farbbalken entfernt. Der einzelne Farbregler agiert also wie ein Makro, das alle geradzahligen Vielfachen dieses Teiltons gleichzeitig anhebt.
Wenn euer erster Eindruck war – „klingt ja wie eine Heimorgel“ – dann liegt ihr genau richtig. Im Grunde machen die Zugriegel einer Orgel genau das. Schauen wir uns einmal näher an, welche Teiltöne hier angehoben wurden.
Hinter den Häkchen verbergen sich die Einstellungen aller doppelten Teiltöne
Dazu schalten wir Scarlett in den Expander-Modus, indem wir das Häkchen entfernen. Jetzt können alle Teiltöne, die auf der Fundamentalen – also der Grundfrequenz – beruhen, einzeln verändert werden. Aus praktischen Gründen habe ich hier ein A1 gewählt, da wir damit schön runde 55 Hz erhalten.
Bedient nun alle Regler der Reihe nach. Ihr werdet feststellen, dass jeder Regler immer die doppelte Frequenz des vorherigen hinzufügt. In unserem Fall von 55 Hz wären das also: 110 Hz, 220 Hz, 440 Hz, 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz und 7040 Hz – zumindest sollte das der letzte Teilton sein. Aus irgendeinem Grund landet der siebte Teilton jedoch bei 7074 Hz. Ob das Absicht ist oder ein Versehen, kann ich nicht sagen. Auf jeden Fall reibt dieser letzte Teilton deutlich.
Schauen wir uns alle anderen Farben an, so entsprechen sie in etwa den Naturtonverhältnissen, wie sie bei stehenden Luftsäulen in einem Rohr oder bei stehenden Schwingungen auf einer Saite auftreten.
Von https://de.wikipedia.org/wiki/Naturtonreihe, zuletzt am 5. Februar 2025 um 00:33 Uhr bearbeitet
Schauen wir uns das einmal für den Grundton C2 an:
- Scarlett – C2
- Red – G3 +2 Cent
- Brown – E4 −13 Cent
- Bronze – A♯4 −30 Cent
- Orange – D5 +3 Cent
- Yellow – F♯5 −49 Cent
- Spring – G♯5 +40 Cent
- Green – B5 −11 Cent
- Sea – C♯6 +5 Cent
- Teal – D♯6 −2 Cent
- Cadet – F6 −28 Cent
- Blue – F♯6 +29 Cent
- Midnight – G♯6 −27 Cent
- Purple – A6 +7 Cent
- Pink – A♯6 +30 Cent
- Fuchsia – B6 +45 Cent
Je höher der Naturton, desto weniger doppelte Vielfache stehen in der Expanded-Ansicht der jeweiligen Farbe zur Verfügung – logisch, denn das würde beträchtlich über die Hörgrenze von idealerweise 20 kHz hinausgehen.
Wenn ihr die doppelten Vielfachen in der Expanded-Ansicht einzeln verstellt, werdet ihr feststellen, dass Colours erstens ein wenig verzögert reagieren kann und zweitens automatisch eine Gewichtung der Teiltöne vornimmt. Dreht ihr z. B. nacheinander die einzelnen doppelten Vielfachen hoch, seht ihr, wie auch andere Spitzen im Spektrogramm beeinflusst werden. Das ist unter anderem notwendig, um Übersteuerungen zu vermeiden – ihr fügt ja immer mehr hinzu, wodurch es zunehmend lauter wird, bis schließlich die 0-dBFS-Grenze erreicht ist und Verzerrungen auftreten. Leider macht das auch das direkte Nachbauen eines Obertonspektrums recht mühselig.
Modulation der Teiltöne
Ihr seht bestimmt bereits, dass die einfache Addition verschiedener Teiltöne kaum zielgerichtet ist. Um damit überzeugende Ergebnisse zu erzielen, müsstet ihr ein sehr tiefes Verständnis darüber haben, wie sich Klänge aus Teiltönen zusammensetzen – ein Grund übrigens, warum FM so erfolgreich ist. Dennoch wollen wir versuchen, das Obertonspektrum einer Geige nachzubauen. Zu diesem Zweck habe ich das Spektrum einer Geige aufgenommen und möchte es nun rekonstruieren.
Spektrum eines Geigentons
Allein schon der Screenshot des Spektrums war schwierig, da es beim Streichen mit dem Bogen zu natürlichen Schwankungen in der Lautstärke der Teiltöne kommt. Anschließend habe ich versucht, mit den Reglern die entsprechenden Teiltöne einzustellen. Aufgrund des automatischen Lautstärkeausgleichs war das recht umständlich. Am Ende habe ich alle identifizierten Teiltöne auf 50 % gesetzt und die übrigen Regler heruntergedreht.
Kaum überraschend ergab sich als Ergebnis eine Kombination aus geradzahligen Vielfachen des Grundtons und den ersten Naturtonreihentönen – wie in der Abbildung zu sehen.
Wie funktioniert additive Synthese – Spektrum der nachgebauten Geige in Colours
Der statische Ton ging bereits in die richtige Richtung, doch einen entscheidenden Schritt näher komme ich, wenn ich versuche, die Lautstärkeschwankungen nachzuempfinden. Dafür bietet Colours von TeMuFa eine einfache Modulationsmatrix.
Wie funktioniert additive Synthese – Reglereinstellungen unserer Synth-Geige
Hier habe ich dann die beiden LFOs auf 3,95 Hz und 3,51 Hz eingestellt und wechselseitig auf die Teiltöne gelegt. Leider reagiert die Lautstärke der Teiltöne etwas träge auf den LFO, sodass höhere Frequenzen den Modulationseffekt abschwächen. Deshalb konnte ich die LFO-Frequenz nicht so hoch einstellen, wie es eigentlich nötig gewesen wäre.
Wie funktioniert additive Synthese – Colours Modulations-Matrix
Hier also das Original und der von Grund auf aufgebaute synthetische Klang im Vergleich. Zum besseren Vergleich habe ich dem additiven Synth-Sound auch ein wenig Raumhall hinzugefügt.
Zugegeben – wie eine Stradivari klingt das nicht, aber es ist dennoch ein netter Synth-String-Sound. Zu bedenken ist allerdings, dass sich das Obertonspektrum einer echten Geige verändert – je nachdem, wo die Saiten gestrichen werden, welcher Ton und welche Saite gespielt wird. Dann kommt nämlich auch der Korpus ins Spiel. Für ein glaubwürdiges Faksimile müsstet ihr also praktisch jeden Ton der Geige einzeln modellieren.
PRESET: Geige.vstpreset
Im Prinzip könntet ihr so bei allen möglichen Instrumenten vorgehen – und das ist sicherlich ein lehrreicher Moment. So richtig Synthesefreude kommt dabei jedoch nicht auf.
Resynthese – eine Form der additiven Synthese?
Im Prinzip ja. Die meisten Resynthese-Synthesizer analysieren das Eingangsmaterial und extrahieren die Frequenzspektren – sie automatisieren also genau das, was wir gerade manuell erreicht haben. Auch hier gilt: Für eine gute Resynthese natürlicher Instrumente müssen mehrere Noten verarbeitet werden. Bei synthetischen Klängen ist das nicht in gleichem Maße nötig, da deren Obertonverhalten weniger komplex ist.
Die Werkzeuge sind entscheidend
Das Prinzip der additiven Synthese haben wir nun nachvollzogen. Jetzt ist es an der Zeit, das Ganze in einem anderen Plug-in anzuwenden, das einen besseren Ein- und Zugriff auf die Teiltöne erlaubt. Als kommerzielles Plug-in möchte ich LOOM II von AIR nennen, das explizit direkt auf die Teiltonspektren einwirkt und diese manipuliert. Die Art und Weise, wie hier Klänge ineinander übergehen können, ist wirklich einzigartig.
Die zweite Komponente der additiven Synthese ist also die direkte Manipulation des Spektrums mit verschiedenen Funktionen. Hier gibt es zahlreiche Möglichkeiten, da direkt auf die Teiltöne eingewirkt werden kann – wir befinden uns in der Frequenzdomäne und haben somit ganz andere Optionen zur Klangveränderung. Dasselbe Prinzip haben wir bereits bei Colours gesehen, indem wir den LFO direkt auf spezifische Teiltöne wirken ließen.
Wie wäre es, wenn wir nur die Lautstärke jedes zweiten Teiltons erhöhen oder bei jedem dritten Teilton einen weiteren hinzufügen, der die 1,5-fache Frequenz besitzt? Oder wir nehmen das Spektrum und lassen eine La-Ola-Welle darüberrollen – und so weiter.
Leider konnte ich keinen Freeware-Synthesizer finden, der exakt diese Möglichkeiten bietet, obwohl es einige Synths gibt, bei denen ihr direkten manuellen Zugriff auf das Spektrum habt. Hier sind Vital Audio Vital, U-He Zebralette und Vaporizer 2 von VAST Dynamics zu nennen – alle kostenlos erhältlich.
VASTDynamics Vaporizer 2
Meine Wahl fiel auf den Freeware-/Open-Source-Synth Vaporizer 2 von VASTDynamics. Dieser ist eigentlich eher als Wavetable-Synth konzipiert – was er auch ist. In der Schwingungsformansicht könnt ihr jedoch genau das tun, was auch Colours ermöglicht: einzelne Teiltöne manuell einstellen, um damit Klänge zu erzeugen. Was Vaporizer 2 besonders interessant macht, ist die Möglichkeit, die Verteilung der Teiltöne in Echtzeit zu verändern.
DISCLAIMER: Ich muss an dieser Stelle zugeben, dass das ein wenig geschummelt ist. Die meisten der direkt zugänglichen Teiltonveränderungen wirken im Prinzip auf die Schwingungsform – was wiederum das Spektrum beeinflusst. Allerdings könnt ihr stets genau sehen, was die Änderung der Schwingungsform bewirkt, und so eine Intuition für Teiltonspektren entwickeln.
VASTDynamics Vaporizer 2 ist für Windows und macOS erhältlich und lässt sich leicht installieren, nachdem ihr die Installationsdateien von der GitHub-Seite heruntergeladen habt.
https://github.com/VASTDynamics/Vaporizer2/releases/tag/v3.5.0
Dort findet ihr auch den Quell-Code, wenn euch danach ist.
Damit wir von derselben Basis ausgehen, hier das Init-Preset:
PRESET: Vaporizer2 SAW Init Patch.vstpreset
Orientieren wir uns zunächst ein wenig, da das GUI doch sehr vollgeladen ist. In der Abbildung seht ihr die Bereiche, die für unseren Workshop relevant sind – nämlich den ersten Oszillator sowie den Bereich, in dem ihr die Teiltöne einzeichnen und mehrere Schwingungsformen zu einem Wavetable kombinieren könnt. Wie bereits erwähnt: Hier ist additive Synthese mit Wavetables kombiniert. Das bedeutet, ihr könnt eigene Spektren erzeugen und fließend ineinander übergehen lassen.
Die ausgegrauten Bereiche des Vaporizer2 interessieren uns erstmal nicht
Über den sehr unscheinbaren Button, der oben rechts gelb markiert ist, gelangt ihr in eine Zoom-Ansicht der Spektrums- und Schwingungsformdarstellung.
Nun könnt ihr einfach mit den verschiedenen Reglern (ebenfalls gelb markiert) experimentieren und beobachten, wie sie das Spektrum verändern. Hier eine kleine optische Auswahl klanglicher Veränderungen.
Die meisten dieser Einstellungen klingen mit einer grundlegenden Schwingungsform wie dem Sägezahn nicht besonders spektakulär – ihre Wirkung entfalten sie erst mit komplexerem Ausgangsmaterial. Hier ein Beispiel, bei dem der Sägezahn zunächst mit FMOD und danach mit BEND verändert wurde.
Eine kleine Warnung: In der aktuellen Version von Vaporizer scheint es einen Bug zu geben. Wenn ihr die Schwingungsform über die Modifier verändert, springt der zuletzt benutzte Regler (z. B. FMOD) auf seine Nullposition zurück, sobald ihr einen anderen betätigt. Leider bleibt die Wirkung aber bestehen, sodass ihr nur umständlich wieder zur Ausgangsschwingungsform zurückgelangt. Zum Glück gibt es in diesem Bereich zehn kleine Buttons, mit denen ihr jederzeit auf eine Basisschwingungsform zurückgreifen könnt.
Wie funktioniert additive Synthese – hier könnt ihr jederzeit wieder zu Basisschwingungsformen zurück
Der Fairness halber sei gesagt, dass diese Regler eigentlich nicht für eine Echtzeitmanipulation gedacht sind, ihr könnt sie auch nicht automatisieren. Sie dienen dazu, Schwingungsformen für die Wavetable-Funktion zu erstellen. Mit dieser könnt ihr dann Echtzeitübergänge realisieren.
Erstellen von Übergängen mit Vaporizer 2
Zum Abschluss wollen wir eine Basisschwingungsform in eine komplexere überführen und diesen Übergang über ein Wavetable animieren.
Nehmen wir unser Init-Preset und fügen eine neue Schwingungsform (bzw. einen Frame) hinzu, indem wir auf das große Pulssymbol neben der Miniaturansicht klicken. Nun füllen wir diesen Frame erneut mit einem Sägezahn (ich empfehle, das nicht in der Zoom-Ansicht zu tun – dort scheint es Probleme zu geben). Danach selektiert ihr den zweiten Frame. Das sollte dann so aussehen:
Stellt den WTPOS-Regler in der Oszillator-Sektion nun auf 100, damit ihr den nächsten Schritt auch akustisch wahrnehmen könnt.
Nun nutzt ihr die zuvor besprochenen Manipulationen, um den Teiltongehalt des zweiten Frames zu verändern.
Bei mir sieht der zweite Frame jetzt so aus:
Wie funktioniert additive Synthese – so sieht mein zweiter Frame aus
PRESET: Vaporizer2 2ter Frame.vstpreset
Nun könnt ihr mit dem WTPOS-Regler stufenlos zwischen den beiden Frames überblenden. Schließlich wollen wir diesen Übergang automatisieren und den WTPOS-Parameter über einen der LFOs modulieren.
Dazu müsst ihr erneut einen unscheinbaren Button oben rechts unter dem Oszilloskop klicken.
Ihr seht nun rechts alle verfügbaren Modulationsquellen. Die Zuweisung erfolgt ganz intuitiv per Drag-and-Drop auf den Zielparameter. Die Einstellungen des LFOs erreicht ihr über die Seitenreiter neben dem Spektrumfenster.
PRESET: Vaporizer2 2ter Frame LFO1 mod.vstpreset
Es erscheint eine Liste mit allen Modulationsquellen
Ich mache den LFO etwas langsamer und garniere das Ganze mit etwas Chorus, Delay und Reverb – et voilà: Ein schmackhafter Klang ist entstanden.
Hier könnt ihr den LFO einstellen
Von hier aus ist es für euch ein Leichtes, neue Frames einzufügen und die Teiltonspektren weiter zu manipulieren. Vergesst dabei aber nicht die charmante Einfachheit der Klänge des Colours-Plug-ins.
PRESET: Vaporizer2 2ter Frame LFO1 mod + FX.vstpreset
Wie immer bei T. Goldschmitz, ein sehr schöner Artikel. FM Synthese allerdings als Spielart der additiven Synthese zu betrachten, ist doch eine eher ungewöhnliche Interpretation.
Charakteristisches Merkmal der additiven Synthese ist das Aufsummieren von Teiltönen (ursprünglich: Sinuswellen). Bei FM hingegen werden dem Ursprungssignal zwar neue Teiltöne hinzugefügt, nicht aber durch simple Addition.
@camarillo Klassische additive Synthese ist ein Spezialfall von FM, bei dem alle Operatoren parallel geschaltet sind, also alle als Carrier funktionieren.
@susuexp Klar, ein DX7 ist zu additiver Synthese mit bis zu 6 Sinustönen fähig. Wenn du ihn so nutzt, ist das nur halt keine FM-Synthese mehr ;-)
@susuexp Und was mich in diesem Kontext verblüfft: „SolPhase“ auf Bank4 Platz1 ist einer meiner Lieblinge unter den 32 Werks-Presets des refaceDX – vier Operatoren parallel als pure Carrier ohne FM 🙂
@camarillo Vielen Dank für das Lob 🙌
Hm, die FM Synthese baut den Klang ja aus Einzeltönen zusammen (wie Du selbst sagst), die eben bei der FM (oder der Phasenmodulation) als Seitenbänder auftreten. Insofern addiert man einzelne Töne, obwohl die sich ergebenden Frequenzen aus einer Multiplikation stammen. Diese können dann harmonisch oder nicht harmonisch sein.
Das ist immer noch eine additive Syntheseform (die der Oberbegriff ist) allerdings ist der Zugang zu den neuen Teiltönen, bzw. deren Erzeugung eine andere. WIE Du die Teiltöne erzeugst, die letztendlich das Signal ergeben, ist zweitrangig für die Einordnung. Am Ende erzeugst Du das Signal aus einzelnen Sinus-Tönen.
Was Du ansprichst ist vielleicht die Möglichkeit „neuerer“ FM-Synths. Diese können ja auch ein Dreieck oder Sägezahn, etc. als Modulator oder OP-Schwingungsform hernehmen. Das macht das Ergebnis dann komplexer – das Prinzip ändert sich aber nicht.
Wo wäre denn Deiner Ansicht nach die FM zu verorten?
@t.goldschmitz FM baut den Klang eben nicht aus Einzeltönen zusammen. Du erzeugst immer Seitenbänder, also ein ganzes Bündel von Obertönen. Die Amplituden der darin enthaltenen Obertöne können dann nicht unabhängig voneinander kontrolliert werden (Stichwort: Bessel-Funktionen).
Du kannst auch nicht einfach ein Seitenband quasi additiv dazumischen. Bei hohem Modulationsindex (Level des Modulators im DX7-Sprech) geht übrigens auch die Amplitude des Grundtons deutlich runter. Dadurch wird es aber noch keine subtraktive Synthese ;-)
Wenn du FM unbedingt irgendwo verorten möchtest, dann wäre die Kategorie dafür „Nichtlineare Synthese“.
Additive Synthese als Oberbegriff wiederum umfasst heutzutage neben der auf reinen Sinus-Tönen basierenden ursprünglichen Form auch die additive Synthese mit Hilfe anderer Wellenformen (Stichwort: Walsh Funktionen; siehe auch die Oszillatoren des Poly-800).
Es geht bei additiver Synthese also nicht um das reine Hinzufügen irgendwelchen neuen Tonmaterials, sondern um tatsächlich die Addition von grundlegenden Tönen – auch wenn die dann letztlich bei vielen genutzten Obertönen auf FFT abgebildet wird (ist halt weniger rechenaufwendig).
@camarillo Wie gesagt ich verstehe Deinen Standpunkt und würde die FM rein praktisch auch von der additiven Synthese, wie sie im ersten Teil des Workshops gezeigt wurde, deutlich unterscheiden. Und vielleicht mache ich aus den Fehler, den Begriff einfach zu weit zu fassen. Dann wäre es nach deiner Definition tatsächlich keine additive Synthese, da diese nur durch „händische“ Addition einzelner Teiltöne definiert ist.
Du hast mich also fast überzeugt :) Allerdings werfe ich in den Ring, dass ich mit genug Aufwand jeden Klang der FM Synthese mit der additiven auch erreichen kann – es ist halt einfach nicht praktikabel, das zu tun.
Umgekehrt ist, es wegen der Bündel, wie Du sagst, der FM nicht möglich alle Klänge der additiven Synthese zu erzeugen, da die beiden entstehenden Seitenbänder im 2OP Modell (wie auch von Dir beschrieben) nicht unabhängig voneinander beeinflusst werden können (es sei denn man programmiert das in einem digitalem Synth so ein).
Von dieser Perspektive sieht es für mich so aus, dass die FM eine Unterform der additiven Synthese ist. Und ganz spitzfindig könnte ich sagen: Multiplikation ist auch nur eine Art der wiederholten Addition.
Im Prinzip glaube ich einfach, dass wir ein wenig aneinander vorbeireden. Dir geht es darum WIE die neuen Teiltöne erzeugt werden (durch Modulation), mir darum DASS sie erzeugt werden. So gesehen haben wir beide recht.
@t.goldschmitz da die beiden entstehenden Seitenbänder -> „beiden“ bitte streichen :D
@t.goldschmitz Eigentlich geht es viel mehr darum, was die klangbestimmenden Parameter in einem Synthesemodell sind. Bei der additiven Synthese hast du eine bestimmte Zahl von Sinustönen (oder anderen grundlegenden Tönen), deren Amplituden du über die Zeit steuerst.
Bei FM hast du die Frequenzen von Carriern und Modulatoren und schließlich den Modulationsindex (Modulator-Level). Das sind grundsätzlich unterschiedliche Synthesemodelle.
Vielleicht noch einmal ein anderer Ansatz:
Bei additiver Synthese werden eigentlich überhaupt keine Obertöne hinzugefügt! Die sind alle schon da und vorgegeben (in der Oszillatorbank), alle gleichberechtigt, nur eben ggf. mit Lautstärke 0. Du steuerst am Ende die Amplitude eines jeden vorgegebenen Obertons unabhängig von den anderen. Das macht die additive Synthese aus!
Bei FM hingegen enstehen Obertöne, die weder im Carrier noch im Modulator vorhanden waren allein durch Veränderung des Modulator-Levels! Mit nur einem einzigen Parameter werden dabei die Amplituden der neu entstehenden Obertöne auf komplexe Weise verändert.
Schließlich noch in Lesetipp:
https://ia601607.us.archive.org/26/items/mefamlecs/Moore_Elements%20of%20Computer%20Music_text.pdf
Seite 16 (18 im PDF) könnten dich interessieren.
@camarillo Super. Danke für den Lesetip und vor allem die anregende Diskussion. Es ist immer gut langstehende Gewissheiten ab und an in Frage zu stellen.
(Seite 18 ist allerdings eine Leerseite ;)
Kurz noch zu deinem Beispiel. Es zwingt mich bei additiver Synthese ja auch keiner ausschließlich geradzahlige Vielfache des Grundtons zu erzeugen. Also 1,33333-fach oder andere Ratios. Das einfache Plug-In im Workshop hier gibt das so leider nicht her.
Vlt. einfach: nichtlinear-additive Synthese vs. harmonisch-additive Synthese.
@camarillo Oder anders gefragt: werden durch die FM zusätzliche Teiltöne erzeugt? Ja = Form der additiven Synthese; werden z.B. bei der subtraktiven Synthese zusätzliche Teiltöne erzeugt? Nein = keine additive Synthese (die Teiltongewichtung verschiebt sich lediglich).
Wenn ich das so ne clevere AI frage (Perplexity.ai), bestätigt die mir das auch, nachdem sie zunächst die beiden Syntheseformen strikt getrennt hat:
„ Die FM-Synthese erzeugt eine Trägerfrequenz sowie Seitenbänder, die in ganzzahligen Vielfachen der Modulatorfrequenz angeordnet sind und sinusförmige Komponenten darstellen.
Die additive Synthese kann jeden FM-Klang durch Summierung der richtigen Sinuswellen nachbilden, jedoch in der Regel mit höherem Ressourcenaufwand und größerer Komplexität.
Die FM-Synthese ist eine rechnerisch effizientere Methode, um komplexe Klänge mit reichhaltigen harmonischen und inharmonischen Spektren zu erzeugen, indem Modulation anstelle einer reinen Summierung verwendet wird.
Dies steht im Einklang mit Ihrer Argumentation, dass FM eine Form der Erzeugung additiver Komponenten (Seitenbänder) ist, jedoch durch Modulation anstelle der direkten Addition unabhängiger Sinuswellen.“
„Vlt. einfach: nichtlinear-additive Synthese vs. harmonisch-additive Synthese.“ Sorry, nein, das ergibt überhaupt keinen Sinn.
Hmm, bei mir ist Seite 18 im PDF eine beschriebene Seite aus dem Originalmanuskript mit der Seitennummer 16.
Es steht dort:
„Computer sound synthesis for music generally falls into one or more of four basic categories:
• Additive synthesis models, in which elemental sound components (such as sine waves) are added together in time-varying ways
• subtractive synthesis models, in which complex sound sources (such as harmonic-rich waveforms, white noise) are subjected to the “whittling away” effect of time-varying digital filters
• Nonlinear synthesis models, in which a nonlinear process (such as frequency modulation) is used to synthesize a complex waveform in ways controlled by time-vaiying parameters
• Physical synthesis models, in which the mechanical operation of a real or imaginary instrument is simulated via the (differential equation) techniques of mathematical physics.
[…] Any and all of these techniques may be—and often are combined.
@camarillo Tatsächlich sehe ich auf der PDF Seite eine gescannte leere Seite :) Ich für meinen Teil kann nun beide Argumentationen nachvollziehen und verbleibe somit höflichst in (m)einer kognitiven Dissonanz. 😎👍
@t.goldschmitz „höflichst in kognitiver Dissonanz verbleibend“ 😂 – ich hoffe ich kann mir diese herrliche Formulierung merken und bei passender Gelegenheit verwenden (,wenn ich das darf) (,auch wenn ich argumentativ eher bei camarillo bin) 😉
@SynthNerd Da habe ich mich wohl unglücklich ausgedrückt. Ich wollte damit sagen, dass ich auf jeden Fall camarillos Argumentation folge. Es ist ein qualtitatives Argument. Dennoch werden Teiltöne hinzugefügt und nicht abgezogen. Also stimmt für mich beides.
Das ganze ist ähnlich der Sache, ob man einen Waveshaper einen Verzerrer nennt. Technisch ist das absolut korrekt, aber der Begriff Verzerrer bezieht sich im musikalischen Jargon eben auf die Distortion- und Overdrivepedale – beides ist auch hier richtig.
Und die Phrase darfst Du gern verwenden ;)
@t.goldschmitz Nein, du hast dich nicht unglücklich ausgedrückt. Es war zumindest für mich klar, was du erklären wolltest. 😀
Und ja, es gibt zahlose Beispiele im Kontext der elektronischen Klangerzeugung, wo die verwendeten Vokabeln zu mehr oder weniger hilfreichen Diskussionen bis zur Wortglauberei führen können. Ist ein SubOszillator ein Oszillator? Im engeren schaltungstechnischen Sinn eigentlich nicht, weil es ist nur ein Frequenzteiler, der aus einer bereits existierenden Schwingung eines anderen Oszillators den gleichen Ton auf der Tonleiter eine oder ggf. zwei Oktaven tiefer ableitet. Trotzdem ist es Konsens, das Dingens Suboszillator zu nennen. Oder als Falconi mal schrieb, ein DCO sei eigentlich kein Oszillator, „sondern ein Zähler, der…“, meinte ich besserwisserisch widersprechen zu müssen, weil für mich klar schien, dass jeder DCO Schwingungen erzeugt und damit berechtigterweise Oszillator genannt werden müsse.
Und nicht zu vergessen: Danke für den sehr informativen Artikel und die Freigabe des Zitats 😀
@SynthNerd Ich erinnere mich immer wieder gerne an ein Seminar bei uns an der Uni, bei dem sich theoretisch und experimentell arbeitende Physikprofessoren heftigst, lautstark und spektakulär über die richtige Verwendung des Begriffs „Oszillator“ gestritten haben: Was die Experimentalphysiker Oszillator genannt haben, war aus Sicht der Theoretiker ein Resonator.
Mein damaliger Doktorvater hat das Ganze dann befrieden können, in dem er feststellte, dass die an der Diskussion Beteiligten wohl einfach in verschiedenen Sprachräumen lebten ;-)
@t.goldschmitz Lieber Thilo,
ich habe vielleicht einen Weg gefunden, in dieser Diskussion These und Antithese doch noch zur Synthese zu führen.
Also, man hätte den Begriff „Additive Synthese“ zwar sicherlich in deinem Sinne als Oberbegriff und Gegenteil von subtraktiver Synthese definieren können. Hat man aber nicht, so wird er nicht verwendet.
Ein passenderer Begriff für das, was Du meinst, könnte vielleicht „Spectral Audio Modelling“ sein. Das wäre eine Kategorie, in die sowohl die additive Synthese als auch FM fallen würde.
Ich habe da einen schönen und insgesamt sehr sehenswerten Videovortrag von Julius O. Smith III vom Stanford Center for Computer Research in Music and Acoustics (CCRMA; von John M. „FM“ Chowning gegründet) gefunden, in dem er feststellt, man könne FM in gewissem Sinne als Kompressionsformat für additive Synthese betrachten:
https://www.youtube.com/watch?v=9LbbaXsze9E&t=902s
(Minute 15:03 falls der Timestamp nicht funktioniert)
Da hätten wir dann eine starke Verbindung zwischen FM und additiver Synthese, die aber auch impliziert, dass FM selbst nicht als additive Synthese betrachtet wird.
Die Präsentation dazu als PDF findest du hier:
https://ccrma.stanford.edu/~jos/pdf/ADC23.pdf
Im PDF sind übrigens auch tolle Beispiele für additive Synthese verlinkt (Seite 31).
Vielleicht und hoffentlich sind diese Hinweise geeignet, die bestehende kognitive Dissonanz in allseitige Zufriedenheit aufzulösen ;-)
Schöne Grüße
@camarillo FM als Kompression dazu zu betrachten ist ein toller „Kunstgriff“, und ich liebe diese Definition! Von kognitiver Disso- zu Resonanz. „Spectral Audio Modelling“ umfasst tatsächlich alles, was ich darunter subsummieren würde. Z.B. auch den LOOM2 Synth, der ja eben genau das macht, indem er direkt in das Spektrum mit Funktionen eingreift, ohne den Umweg über die Zeitdomäne zu nehmen.
Danke auch für die super Links. Und danke dafür, dass es hier in der Community möglich ist, sich zivilisert und anregend auseinanderzusetzen um am Ende schlauer dazustehen als zuvor.
@t.goldschmitz Wunderbar :-)
@camarillo Also mein PDF-Reader springt beim Blättern automatisch von Seite 17 auf Seite 19. Das interessiert vielleicht keinen an Musik/Instrumenten/Theorie interessierten Leser dieses Threads, aber wer weiß? 😉
@SynthNerd Seltsam, bei mir wird der Link direkt im Browser (Chrome) geöffnet und Seite 16 bzw. 18 wird problemlos im Chrome-PDF Reader angezeigt.
@camarillo Die Erklärung ist doch einfacher, als zunächst gedacht: Mein Browser zeigt zwei Seiten nebeneinander und der Seitenzähler überspringt in diesem Fall beim Scrollen oder Blättern generell jede zweite Seite. 😀
@SynthNerd Hihi, Danke für die Auflösung dieses Rätsels ;-)