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Workshop Modular Synthesizer: Grundlagen CV-Steuerung

15. Mai 2021

Was genau ist eine CV-Steuerung?

Willkommen zu den Modular-Grundlagen. In dieser kleinen Workshop-Serie wollen wir uns mal ganz gemütlich den absoluten Grundlagen der Modular-Technik widmen und führen damit auch gleichzeitig die Modular-Workshop-Serie fort, die Theo Bloderer vor über 10 Jahren für AMAZONA.de verfasst hat. Ein Blick in diese spannende Serie ist auf jeden Fall eine Empfehlung wert:

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An der Stelle seien auch unsere Einsteiger-Workshops für Eurorack-Neulinge genannt, die viele Grundlagen erklären und wertvolle Tipps geben:

Nun aber los mit dem neuen Teil von Thilo Goldschmitz:

Unterschiede Stromversorgung Eurorack und 5U-Modularsystem

Für diese Reihe wurde uns von Moon Modular aus Berlin extra ein kleines Rack zusammengestellt, an dem alle Modular-Grundlagen wunderbar erklärt werden können. Wenn hier alles etwas größer aussieht: Das ist es auch. Im Gegensatz zum Eurorack-System, das die Höhe der Module auf 3 HE beschränkt, haben wir es hier mit einem 5 HE Modular-System zu tun. Das bedeutet wesentlich größere Module, große Klinkenbuchsen und vor allem viel Platz zum Greifen, Zeigen, Erklären. Alle hier vorgestellten Grundlagen sind aber natürlich auch für ein Eurorack-Modular-System gültig.

Modular-Grundlagen: Die Sache mit der Spannung

Nun ja, dennoch muss ich gleich hier eine Einschränkung machen: Ein 5 HE Modular-System, so auch das Moon Modular, setzt andere Spannungen zur Versorgung der Module ein als ein Eurorack. Da das direkt wichtig für das Thema des Workshops, CV-Steuerung ist, muss ich darauf eingehen. Das Moon Modular, übrigens dem Namen der Firma und der Module nach unschwer als Klon eines Moog Modular-Systems zu erkennen, arbeitet mit einer Versorgungsspannung von +/-15 V. Das bedeutet für jegliche Signale, dass diese weder größer als +15 V, noch kleiner als -15 V werden dürfen. Ansonsten stoßen die CV-Signale „mit dem Kopf an die Decke“ oder „küssen den Boden“. In beiden Fällen ist eine Verfälschung des CV-Signals die Folge. Der Unterschied zum Eurorack-System: Dieses bietet eine Versorgungsspannung von lediglich +/-12 V.

Moon Modular System, 5 HE

Grenzgänger

Damit haben wir und also schon eine der Modular-Grundlagen erarbeitet: Die CV-Spannung darf nicht ober- oder unterhalb der Versorgungsspannung liegen, sonst kommt es zu Problemen. Diese können von seltsamen Verhalten bis hin zu rauchenden Modulen reichen. Generell ist man aber sicher, es sei denn, man fügt extern mutwillig eine höhere Spannung zu – innerhalb des Systems bleibt man auch immer innerhalb dieser Spannungsgrenzen.

Manche Signale sind gleicher

Nachdem wir also die Grenze ausgelotet haben: Was macht man eigentlich mit einer solchen Spannung, wozu ist sie da? Auch hier folgt am besten eine kleine Einordnung der verschiedenen Signale. Denn um die große Stärke eines Modular-Systems, das beliebige Mischen verschiedener Signaltypen zur Erzeugung ungewöhnliche Klänge, nutzen zu können, muss man sie erst einmal unterscheiden können.

Dabei ist interessant, dass man Signale innerhalb eines Modular-Systems auf zwei unterschiedliche Arten Kategorisieren kann. Und diese Einordnung bestimmt dann meist auch automatisch das Einsatzgebiet. Zunächst mal unterschiedet man zwischen Wechselspannungs- und Gleichspannungssignalen (AC/DC irgendwer?).

Wechselspannungssignale

Eine Wechselspannung pendelt immer um eine bestimmte Spannung herum, diese Mittelpunktsspannung ist häufig eben die 0 V Marke. Je schneller das Pendel um diesen Punkt herumschwingt, desto höher ist die Frequenz eben dieser Wechselspannung.

Modular-Grundlagen - Teil 1 CV - Ausgänge des LFO/OSC

Modular-Grundlagen – Teil 1 CV – Ausgänge LFO/OSC

Je weiter das Pendel ausschlägt, desto höher die Amplitude, was häufig mit Lautstärke gleichzusetzen ist. Dabei sind den Geschwindigkeiten theoretisch zunächst mal keine Grenzen gesetzt. Wird das Pendel aber sehr langsam, so können wir seine Bewegung gar nicht mehr wahrnehmen, wird es zu schnell, können unsere Ohren irgendwann auch nicht mehr mithalten, ganz zu schweigen davon, dass auch die elektronischen Komponenten eines Systems ihre Geschwindigkeitsgrenzen besitzen.

Gleichspannungssignale

Obwohl man theoretisieren könnte, dass Gleichspannungssignale lediglich unendlich langsame Wechselspannungssignale sind, ist diese Einteilung kaum sinnvoll. Deswegen wollen wir diese als Signale einstufen, deren Spannung eben nicht um einen bestimmten Punkt pendeln, sondern innerhalb der Versorgungsspannung feststehen. Dafür steht uns die ganze Bandbreite zwischen den beiden Spannungspolen zur Verfügung.

Nun könnte man spitzfindig sein und sagen: Aber wenn ich mit der Hand ein Poti ständig von rechts nach links bewege, dann ist das doch auch eine Wechselspannung! Und das ist im Ergebnis auch richtig, aber versucht das doch 100-mal in der Sekunde zu bewerkstelligen. Aus diesem Grund möchte ich also einschränkend sagen, dass Wechselspannungssignale, so wie wir sie verstehen wollen, immer automatisch erzeugt werden.

Audiosignale

Was unterscheidet nun ein CV-Signal von einem Audiosignal? Nun – grundsätzlich nichts, das Audiosignal ist jedoch auf Wechselspannung festgelegt. Und die Schwingungen eines Audiosignals bewegen sich innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches.

In der Technik unterscheidet man daher auch niederfrequente von mittel- oder hochfrequenten Signalen; allerdings sind diese Bereiche nicht für unseren Musikeralltag gedacht, so dass das komplette hörbare Spektrum (20 Hz bis 20 kHz) bei den Physikern unter „Niederfrequenz“ fällt. Für uns ist eine Einteilung nach dem Umfang unseres Hörvermögens sinnvoller. Alles was innerhalb dieses Bereiches schwingt, können wir als hörbaren Oszillator auffassen, alles darunter als niederfrequenten Oszillator. Siehe da, wir haben soeben den LFO hergeleitet.

Modular-Grundlagen - Teil 1 CV - OSC Solo

Modular-Grundlagen – Teil 1 CV – der LFO kann auch im Audiobereich arbeiten

Nun da wir geklärt haben, welche grundsätzlichen Arten von Signalen in einem Modular-System überhaupt auftauchen, können wir nun auch alle Ein- und Ausgänge verstehen. Diese Teilen sich danach auf in Audioeingänge und Audioausgänge und Steuerungseingänge und Steuerungsusgänge. Wobei die Audio-I/Os ausschließlich Wechselspannung verstehen und alle anderen sowohl Gleich- als auch Wechselspannungssignale akzeptieren. Sicherlich gibt es Ausnahmen, in den meisten Fällen trifft das aber zu.

Die abschließenden Beispiele am Moon Modular System sollen dann auch einige Arten von Steuerungssignalen demonstrieren.

An den Ausgängen des Oszillators liegt ein Wechselspannungssignal an. Beim verwendeten Modul: Moon Modular 524, handelt es nominell um einen LFO, wie die Bezeichnung „Quad Voltage Controlled Low Frequency Oscillator“ verrät – er hat aber einen Clou. Über einen Kippschalter kann man den Oszillator so schnell schwingen lassen, dass die Schwingung in den für uns hörbaren Bereich rückt.

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Die folgenden Absätze erläutern die Abschnitte in dem Video.

Frequenz-Kontrolle (DC)

Somit ist der Oszillator-Ausgang ein Audioausgang (nach obiger Definition) und wir können das Ergebnis in Form (oder besser „im Laut“) einer Dreieckschwingung direkt hören. Der Drehregler am Oszillator bestimmt nun die eigentliche Frequenz. Intern wird dabei ein DC-Signal benutzt. Je höher die Spannung des DC-Signals, desto höher die Frequenz der Oszillatorschwingung.

Amplituden-Kontrolle (DC)

Hier haben wir unseren eigentlichen ersten Patch. Der Ausgang des Audiooszillators ist an den Eingang des Mixers angeschlossen. Dieser Mixer, genau wie an einem Mischpult, lässt das Signal nur zu einem bestimmten Anteil passieren. Im Video drehe ich ihn auch rückwärts, denn es ist ein sogenannter Attenuverter (ein Kofferwort aus Attenuater und Inverter).

Modular-Grundlagen - Teil 1 CV - Mixer Solo

Modular-Grundlagen – Teil 1 CV – der Attenuverter, hier als Reversible Mixer bezeichnet

Was es genau damit auf sich hat, wird in einem späteren Teil besprochen. Auch dieser Mischer arbeitet intern mit einer DC-Spannung. Diese Art der Modulation nennt man Amplitudenmodulation, da das Z i e l der Modulation die Amplitude ist.

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DC-Signal kontrolliert OSC-Frequenz

Das Ergebnis entspricht exakt dem im Abschnitt „Frequenz-Kontrolle (DC)“, jedoch nutzen wir hier eine externe Gleichspannung in Form einer 9 V Batterie. Diese geht in den Attenuverter. Und dieser schickt das veränderte DC-Signal an den Oszillator. Ich hätte die Batterie auch direkt in den CV-Eingang patchen können, denn wie ihr bestimmt schon entdeckt habt, hat der Oszillator einen eigenen Attenuverter.

LFO-Amplitude kontrolliert OSC-Frequenz (AC)

Zeit für unser erstes AC-Signal. Ich wähle einen der Schwingungsgeneratoren, schalte ihn in den LFO-Modus und patche ihn in den CV-Eingang des ersten Oszillators. Der LFO schwingt dabei immer in derselben Frequenz. Was ich über den Attenuverter ändere, ist einfach, wie groß die Amplitude ist, die zur Steuerung genutzt wird. Ganz wie im Beispiel „Amplituden-Kontrolle (DC)“.

LFO-Frequenz kontrolliert OSC-Frequenz (AC)

Der letzte Abschnitt stellt nun die Amplitude fest ein. Stattdessen verändere ich nun die Schwingungsfrequenz des LFOs, der zur Steuerung genutzt wird. Man kann auch in diesem recht kurzen Bereich schon gut hören, dass sich diese Modulation im Ergebnis von der vorherigen unterscheidet.

Die beiden letzten Beispiele sind Formen der Frequenzmodulation, denn das Z i e l ist die Frequenz des Oszillators.

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Fazit

In diesem ersten Teil unserer Modular-Grundlagen haben wir uns mit den eigentlichen Steuerungssignalen eines Modular-Systems befasst. Dabei haben wir festgestellt, dass die eigentliche Stärke eines solchen Systems darin besteht, verschiedene Signale frei patchen zu können. Es ist also durchaus möglich, ein Audiosignal zur Steuerung eines anderen Parameters zu verwenden, aber nicht immer sinnvoll.

Diese Unterteilung scheint zunächst nicht so wichtig oder uninteressant, wird aber immens wichtig, wenn wir uns an komplexere Patches heranwagen. Nur mit dem Verständnis der Grundlagen ist es überhaupt möglich, modulare Synthese zu betreiben, die ein bestimmtes Ziel verfolgt. Klar ist es auch möglich, einfach irgendwas zu patchen und sich dann zu freuen, dass es abgefahren klingt.

Verfolgt man aber ein Ziel, ist es eben vorteilhaft, tatsächlich zu wissen, was man da tut. Das gilt nicht nur für den Bereich der Modular-Synthese, sondern generell für den gesamten musikalischen Bereich. Anderenfalls bleiben alle Bemühung reine Zufallstreffer und das erzeugte Musikgut schlicht beliebig.

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