Synthesizer 1
Das Prinzip der subtraktiven Klangsynthese
Als Ausgangsmaterial liefert ein Oszillator (VCO = voltage controlled oscillator) eine obertonreiche Schwingung.
Ein nachgeschaltetes Filter (VCF = voltage controlled filter) entfernt (subtrahiert) bestimmte Anteile dieser Obertöne indem es ihre Lautstärke absenkt und formt somit den entstehenden Klang.
Ein Verstärker (VCA = voltage controlled amplifier) kontrolliert schließlich die Ausgangslautstärke des Klangs.
Da das Prinzip der subtraktiven Synthese mit Analogtechnik realisiert wurde, basieren auch heute noch die Paradigmen im Aufbau und Umgang mit der subtraktiven Synthese auf den Metaphern der analogen Bausteine.
VCO
Diese vier analogen Grundwellenformen, die der spannungsgesteuerte Oszillator bereitstellt, dienen als Material für den Synthesizer zur weiteren Bearbeitung. Die obertonlose Sinusschwingung ist zur Filterung natürlich ungeeignet.
Sinusschwingung
Dreiecksschwingung
Sägezahnschwingung
Hörbeispiel Rechteck (Pulsweite 30%)
Hörbeispiel Pulsweitenmodulation
Rechteckschwingung
VCF
Es gibt vier klassische Filter-Varianten:
- das Lowpass-Filter, das alle Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz (Cutoff) durchlässt
- das Hipass-Filter, das alle Frequenzen oberhalb der Cutoff-Frequenz durchlässt
- das Bandpass-Filter, das die beiden ersten Filtertypen in Reihe schaltet und so den Bereich zwischen den Cutoff-Frequenzen durchlässt
- das Bandsperre-Filter, das die beiden ersten Filtertypen parallel schaltet und so alles außer dem Bereich zwischen den Cutoff-Frequenzen durchlässt
- ein weiterer wichtiger Parameter des VCF ist die Resonanz. Mit ihr kann der Grad der Verstärkung des Signals an der Cutoff-Frequenz geregelt werden.
Hörbeispiel Lowpass-Filter (zur Rechteckwelle)
Lowpass-Filter
Hipass-Filter
Bandpass-Filter
Bandsperre-Filter
Hörbeispiel Lowpass-Filter mit Resonanz
Anhebung der Resonanz bei der Cutoff-Frequenz eines Lowpass-Filters
Beispiel für den musikalischen Einsatz verschiedener Filter:
VCA
Dem Filter nachgeschaltet findet sich ein spannungsgesteuerter Verstärker (voltage controlled amplifier = VCA), welcher die Lautstärke des vom Filter geformten Klanges bestimmt.
Hüllkurven
Spannungsgesteuerte Bauteile in Synthesizern (vor allem Filter und Verstärker) werden häufig nicht direkt durch das Steuersignal der Klaviatur angesprochen, sondern mittels einer sog. Hüllkurve (Envelope). Diese Hüllkurve bietet die Möglichkeit, statt einer kontinuierlichen Steuerspannung einen in wesentlichen Parametern regelbaren Verlauf der Steuerspannung zur Klangformung zu verwenden. Dieser Verlauf der Steuerspannung bleibt jedoch meist von der Klaviatur aus zusätzlich beeinflussbar. So sendet die Klaviatur zunächst einen Triggerimpuls, der den Ablauf der Hüllkurve auslöst:
- Attack - Zeit zwischen Tastendruck und maximalem Pegel der Steuerspannung.
- Decay - Zeit zwischen maximalem Pegel der Steuerspannung und des mit dem Sustain-Wert eingestellten Pegels. Bei maximal eingestelltem Sustain-Wert verliert der Decay-Wert seine Wirkung.
- Sustain - Pegel der Steuerspannung, der nach dem Durchlaufen der Attack- und Decay-Phase für die Dauer des Tastendrucks erhalten bleibt
- Release - Zeit zwischen Loslassen der Taste und Absinken der Steuerspannung auf 0 Volt.
Hörbeispiel: ADSR-Hüllkurve steuert den Verstärker
ADSR Hüllkurve
LFO
Zusätzlich zu den VCOs kommt ein weiterer Oszillator zum Einsatz, der im Gegensatz zu den VCOs Frequenzen unterhalb des Hörbereichs (unter 20 Hz) generiert und dessen Schwingung nicht als Klangsignal, sondern als Steuerspannung genutzt wird. Dieser Oszillator heißt Niederfrequenzoszillator (Low Frequency Oscillator = LFO). Die Einsatzpunkte dieser Steuerspannung sind generell dieselben wie bei den Hüllkurven (Steuerung von VCO, VCF, VCA), z.B. dient LFO zur Erzeugung eines Vibrato-Effekts zur Modulation der Frequenz des VCO.
Hörbeispiel: LFO moduliert den Oszillator
