Du kratzt synthesizermäßig gerade erst an der Oberfläche. Es gibt noch viel, viel, viel mehr als die Subtraktive Synthese (Oszillator[en], Filter, Verstärker), und selbst da gibt's Variationen. Man könnte sagen: Wenn es möglich ist, ist es schon gemacht worden. Beispiele, die Synthos teilweise schon gebracht hat:
- FM-Synthese (Frequenzmodulations-Synthese). Die Frequenz eines Oszillators (Sinus) wird durch einen anderen Oszillator (Sinus) moduliert. Der Witz: Der modulierende Oszillator ist kein LFO, sondern schwingt wie der modulierte mit einer hörbaren Frequenz Stell dir vor, du spielst auf der Gitarre ein A und ziehst 440mal pro Sekunde die Saite hin und her. Der zweite Witz: Das sind insgesamt nicht zwei Oszillatoren, sondern vier, die dann auch noch verschieden verschaltet sein können.
- Phasenmodulations-Synthese. Dito, aber was moduliert wird, ist die Phasenlage, d. h. die Wellenform wird auf der Zeitachse hin- und hergeschoben. Schon die erste Generation Synths (Yamaha DX7 & Co.) hatte bis zu sechs Oszillatoren pro Stimme, und spätere Generationen konnten das Spielchen auch mit anderen Wellenformen als Sinus und zusätzlich auch noch subtraktiv mit Filter.
- Additive Synthese. Funktioniert umgekehrt wie die Subtraktive: Die Obertöne werden nicht von einem obertonreichen Signal abgefiltert, sondern zusammengebaut. Klassischerweise hat man, sagen wir, 32 Oszillatoren (pro Stimme natürlich), die in harmonischen Intervallen gestimmt sind. Das wurde dann mit der Zeit ausgebaut zu auch mal 128 frei stimmbaren Oszillatoren mit jeweils einer eigenen Lautstärkehüllkurve. Filter gibt's nicht, denn warum sollte man Obertöne absäbeln, die man gerade erst absichtlich gebaut hat? Kann man auch mit Hüllkurvenfahrten hinkriegen, wenn man muß.
- Wavetable. Arbeitet für gewöhnlich auch subtraktiv, der Teufel steckt hier im (durchweg digitalen) Oszillator: Der kann nicht nur sehr viel mehr Wellenformen als die analogen Grundwellenformen, sondern die sind in Wavetables à, sagen wir, 64 Stück angeordnet. Der Unterschied von Wellenform zu Wellenform ist sehr gering. Der Trick ist jetzt, daß innerhalb einer Wavetable die Wellenformwahl moduliert werden kann. Du kannst also per Modwheel, Aftertouch, LFO, Hüllkurve, whatever in der Wavetable spazierenfahren und den Klang verändern, wie du es mit Filterei nie könntest.
- Granularsynthese. Jetzt kommt für Erwachsene. Man stelle sich ein Audio-Sample vor, das in winzigkleine Abschnitte zerhäckselt ist. Diese Schnipsel, die Grains, kann man mit normaler Geschwindigkeit durchfahren, dann klingt es wie vorher. Muß man aber nicht. Man kann sie langsamer durchfahren oder schneller oder rückwärts oder auch mal gar nicht, dann friert der Klang ein. Je kleiner die Grains sind, desto weniger störende Artefakte entstehen beim Durchfahren.
- Physical Modeling. Wie imitiert man ein akustisches Instrument? Man ahmt sein Schwingungs- und Resonanzverhalten nach. Grundsätzlich fängt das an mit einem Erregersignal, das etwa dem Stick aufs Trommelfell, dem Plek an der Gitarrensaite oder dem Bogen an der Violinenseite entspricht. Damit da was schwingt, geht das Signal in ein Delay (hochpräzises Digitaldelay, nicht Gitarrentretmine) mit Feedbackschleife. Die Delayzeit entspricht der Wellenlänge eines hörbaren Tons, also extrem kurz. Normal würde das Signal ewig so weiterschwingen. Also kommt einiges an Filtern in die Feedbackschleife rein, die das Signal allmählich ausdünnen und abschwächen. Der Trick (tricky genug) ist, mit dieser Anordnung eine Saite, ein Blasinstrument oder einen Resonanzkörper zu imitieren. Ist bisher nicht immer absolut überzeugend gelungen. Vorteil dieses Verfahrens gegenüber Sampling ist, daß es dynamischer spielbar ist, während Samples statische Schnappschüsse eines Klangs darstellen.
Und das waren bisher nur Ausschnitte des Möglichen. Gerade an Modulationsmöglichkeiten ist the sky the limit, je nach Synth. Da gibt's schon unter den normalen subtraktiven Synths solche, die ganz brav nur die Standards können, andererseits gibt's Modularsynthesizer, wo fast alles miteinander verdrahtet werden kann. Filter-FM (wie FM, nur daß nicht die Frequenz eines Oszillators moduliert wird, sondern die Cutoff-Frequenz eines Filters, natürlich mit Audiofrequenz) ist inzwischen so weit verbreitet, daß sie einen Namen hat. Ringmodulation kann auch praktisch jeder Synth. Sync ist auch lustig, da sorgt ein Oszillator dafür, daß bei jedem seiner Wellendurchläufe die Wellenform eines anderen Oszillators neu gestartet wird, was wieder für ganz neue Wellenformen sorgt. Ich sag nur Why Can't This Be Love. Ist also auch Standardbesteck (wobei ich dem MicroKorg immer noch nicht verziehen hab, daß er kein Sync kann).
Um mal deine anderen Fragen anzuschneiden:
Der Oszillator erstellt doch das eigentliche Signal, welches durch Filter moduliert wird. Aber wie sieht das Signal aus?
Kommt drauf an. Bei einfachen Analogsynths hast du meist kaum mehr als Sägezahn (steigt allmählich an und fällt schlagartig wieder ab; hat alle Obertöne), Dreieck (steigt doppelt so schnell an und fällt mit derselben Geschwindigkeit wieder ab; hat nur gerade Obertöne) und Rechteck (ist jeweils die Hälfte der Zeit am oberen und unteren Maximum; hat nur ungerade Obertöne) bzw. Puls (wie Rechteck, nur ungleichmäßig verteilt und regelbar). Manche können auch Sinus, ja. Es gibt auch Rauschen, das ist eine chaotische Wellenform und kommt bei Analogsynths eher aus einem eigenen Rauschgenerator.
Bei Digitalsynths kann es schon weitergehen. Entweder errechnen die ihre Wellenformen oder fahren einfach Wertetabellen ab, womit man wieder ganz andere Sachen erzeugen kann (DWGS, Wavetable etc.), oder es sind gleich Sampleplayer, die digital aufgezeichnete Audiodaten wiedergeben.
Ist es eine reine Sinuswelle, die durch die Filter bearbeitet wird?
Wie gesagt, Sinus filtern ist sinnlos, weil Sinus keine Obertöne hat, die man wegfiltern könnte.
Wie viel Oszillatoren hat so ein Synthi normalerweise?
Von bis.
Paar Rechenbeispiele:
- Ein Roland SH-09 (analog) hat nur eine Stimme, und die hat nur einen Oszillator. Also hat der ganze Synth nur einen Oszillator. (Macht aber nix, der macht Bässe, da fliegt einem die Mütze weg.)
- Ein Moog Minimoog Model D (analog) hat nur eine Stimme, aber mit drei Oszillatoren. Also hat er eben diese drei Oszillatoren.
- Ein Korg MicroKorg (virtuell-analog) hat vier Stimmen mit jeweils zwei Oszillatoren. Das ergibt acht Oszillatoren. Sind zwar nur Rechenmodelle und keine tatsächlichen Oszillatorschaltkreise, aber das Prinzip ist dasselbe.
- Ein Roland Jupiter-8 (analog) hat acht Stimmen, die jeweils zwei Oszillatoren haben. Macht zusammen 16 Oszillatoren.
- Ein Yamaha CS80 (analog) hat acht Stimmen, die jeweils zwei Sounds à einen Oszillator spielen können. Macht zusammen wieder 16 Oszillatoren.
- Ein Yamaha DX7 (digital, "FM") hat 16 Stimmen, die jeweils auf sechs Oszillatoren (a.k.a. "Operatoren") zurückgreifen. Das sind dann 96 Oszillatoren, die aber alle nur Sinus können und wieder nur digitale Rechenmodelle sind.
- Ein Korg Mono/Poly (analog) hat vier Oszillatoren, die entweder vier Stimmen mit je einem Oszillator oder eine Stimme mit allen vier Oszillatoren bedienen können.
- Moderne Workstations (samplebasiert) können insgesamt auch mal 256 und mehr "Oszillatoren" haben, die sich frei aufteilen lassen auf einen bis 16 Sounds mit fast beliebig vielen Stimmen.
- Luxus-Digitalpianos wie das Kawai DP1 haben manchmal über 1000 Oszillatoren, die schwingen aber auch mal beim Glissando bei gehaltenem Sustainpedal bis zu acht Sekunden lang aus.
- Einige Modularsynthesizer sind dahingehend extrem flexibel. Sie sind zwar für gewöhnlich nur einstimmig, aber man kann nach Belieben Oszillatoren in seine Sounds einbauen man kann auch Oszillatoren in den Synthesizer rein- (wenn Platz und Oszillatoren verfügbar sind) und wieder rausschrauben.
Macht der Filter noch andere Sachen, abgesehen von bestimmte Frequenzspektren zu filtern (Cut-Off)?
Was bewirkt der Filter Resonance?
Resonance zieht, einfach ausgedrückt, das Signal um die Cutoff-Frequenz hoch. Damit kann man den Frequenzbereich zusätzlich hervorheben.
Envelope Generator:
Was macht ein Envelope Generator mit dem Signal?
Mit dem Audiosignal selbst gar nix. Ein Envelope Generator oder Hüllkurvengenerator ist ein reines Steuerelement und moduliert nur Klangparameter die Verstärkerhüllkurve regelt die Lautstärke, die Filterhüllkurve regelt die Cutoff-Frequenz, und man kann Hüllkurven allen möglichen Sachen zuweisen, wie gesagt, je nach Synth.
Die Hüllkurve selbst fährt im Prinzip eine Reihe Werte ab. Beispiel ADSR (Attack, Decay, Sustain, Release): Sie beginnt bei null, steigt in der Attack-Zeit auf maximal, fällt in der Decay-Zeit auf den Sustain-Wert, bleibt da, bis z. B. die Taste losgelassen wird, und fällt dann in der Release-Zeit wieder auf null.
In welcher Reihenfolge werden die verschiedenen Stufen zusammengeschaltet?
Der einfachste Analogsynthesizer-Weg mit mehreren Oszillatoren pro Stimme sieht so aus:
2-3 Oszillatoren → Mixer (regelt die Lautstärkeverhältnisse der Oszillatoren) → Filter → Verstärker (macht das Signal nicht lauter, sondern leiser, regelt also nur zwischen 0 und Eingangslautstärke).
Am Filter hängt die Filterhüllkurve.
Am Verstärker hängt die Verstärkerhüllkurve.
Zusätzlich gibt's noch einen oder mehrere Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs), die man auch noch zum Modulieren nehmen kann. Siehe weiter unten.
Was gibt es noch für Filter oder klangmodulierenden Effekten?
Filterbauarten gibt's ja einige.
- Hochpaßfilter, schneidet alles unterhalb von Cutoff ab
- Bandpaßfilter, schneidet alles unterhalb und oberhalb von Cutoff ab
- Tiefpaßfilter, schneidet alles oberhalb von Cutoff ab
- Kerbfilter, schneidet an Cutoff eine Kerbe in die Frequenzen
- Kammfilter, das sind mehrere Kerbfilter
- Formantfilter, eine lustige Kombination aus z. B. mehreren Bandpaßfiltern, um damit Vokale zu bauen
- Vocoder, z. B. 16 Bandpaßfilter, die das Signal in Frequenzbereiche aufteilen, die dann einzeln in der Lautstärke geregelt und wieder gemischt werden
- usw. usf.
Beim Modulieren kann man statt Hüllkurven auch, sagen wir, kontinuierliche bzw. sich wiederholende Signalquellen nehmen. Zunächst mal den LFO, den Niederfrequenzoszillator. Ist im Prinzip ein Oszillator, schwingt aber langsamer. Das ist der Motor im Auto-Wah (= LFO an der Cutoff-Frequenz eines Filters mit aufgerissener Resonanz), nur elektronisch. Bei manchen Synths kann man zum Modulieren auch normal schnelle Oszillatoren nehmen, so funktioniert z. B. FM, Ringmodulation oder Sync. Da nimmt man nicht mehr die Wertänderung selbst wahr, weil sie so schnell ist, daß sie selbst hörbar schwingt und Teil des Klangs wird. Oder man nimmt dafür einen Rauschgenerator. Dann gibt's noch Sample & Hold, das nimmt ein eingehendes Signal, pickt sich in regelmäßigen Abständen oder bei Tastendruck dessen Wert und gibt den dann aus, bis der nächste Wert gepickt wird; mit Rauschen als Eingang hat man einen Zufallsgenerator, mit einem LFO hat man einen treppenartigen Effekt.
Von hand- oder anderweitig vom Spieler bedienten Sachen mal ganz zu schweigen Anschlagdynamik, Aftertouch, Pitch Bend, Modwheel, bei einigen wenigen Synths das dritte Wheel, Fußcontroller, Blaswandler, Ribbon, X/Y-Pad (vulgo Hubschrauberlandeplatz)...
Martman
Ich möchte vor allem verstehen, wie ein analoger Synti funktioniert, deswegen habe ich ein paar fragen.
