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English & German content – Synth Dictionary. Deutscher und Englischer Inhalt – Synthesizer Wörterbuch

Tricks & Tutorials

As the name says – from how to make a bass sound with FM to modular stuff

wie der Name sagt: Tricks aller Art vom Bass mit FM Synthese mit Ableton Live Operator bis …

Sound Synthesis

Lots of synth & synthesis terms

Klangsynthese und Begriffe zum Nachschlagen

Sequencer

All types of Sequencers listed here.

Was gibt es alles für Sequenzer heute und gestern?

MIDI

guess what?

na? was wohl?

Controller

Alternative Controller – !!

Synthmeeting

Find the Happy Knobbing Modular Synth Meeting, Bluesynths and other Meetings here.

Hier gibts Info, Links und Videos zu allen bekannten Synthesizer-Treffen.

Modular

Alles über Modularsynthesizer, Gate und CV.

List

Misc. Lists like “Fast Envelope Synthesizer” etc.

Hier gibt es spezielle Liste wie etwas “Welche Synthesizer haben schnelle LFOs”?

Spezial-Thema

• Analoge Steuersignale // Steuerspannung? CV + Gate – wie geht das?

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Synthesizer History Timeline

1 The First Synthesizer To…

1.1 Notes

If you are going to add to the list please use the same format and insert in chronological order.

1.2 The Synth List – Formating: Year – Manufacturer – Model – First at what..?

• 1837 – C.G. Page (Salem. Mass) – first to produce electronically generated sound (not necessarily associated with a musical instrument). After inventing the Volta in 1800 (an early battery), in 1837 Page was doing experiments with coils and realized when certain coils were attached to a batter they omitted a ringing sound. While he initially thought the ring came from the electrical current was interrupted (battery disconnected), what was actually taking place was the induction through the coils was causing them to vibrate. via Peter Grenader
• 1885 – Person and Ernst Lorenz -’Elektrisches Musikinstrument’ – the first musical instrument designed to produce electrically generated sound. It used electronic vibrations to drive an electromagnet that were connected to resonating boards, which translated these vibrations to sound. via Peter Grenader
• 1897 – Taddaeus Cahills – Telharmonium – electromechanical instrument.
• 1936 – Oskar Sala – Mixturtrautonium – first synth using Subharmonic synthesis
• 1939 – Homer Dudley invents the Parallel Bandpass Vocoder (VODER) – A manually key operated speech synthesizer
• 1940 – Homer Dudley invents the The Voder speech synthesizer – A device which used the human voice and an artificial voice to produce a composite. Both were researched as a way to transmit speech over copper wires (id est, telephone lines)
• 1948 – Hugh LeCaine – Electronic Sackbut – First voltage-controlled synthesizer
• 1948 – Dr. Raymond Scott – Wall of Sound – First polyphonic Sequencing Workstation (electromechanical) and the Electronum – first sequencer.
• 1950 – CSIR – Mk 1 – The first known use of a digital computer for the purpose playing music
• 1956 – Louie and Bebe Barron – Produced the first all-electronic musical score for a major motion picture – MGM’s ‘Forbidden Planet’
• 1957 – Max V. Mathews at Bell Labs – MUSIC – the first digital synthesizer. Technically, it was a computer program, though it set the stage for every digital synthesizer that proceeded it.
• 1963/64 – Buchla – model 100 modular – 1st “modern” modular synth
• 1967 – Moog – Moog modular synthesizer I, II & III – 1st commercial modular synth.
• 1969 – EMS – Synthi VCS-3 – first non-modular mini-synth
• 1970 – Moog – Minimoog – 1st Mono Synth with keys (non-modular)
• 1971 – Tonus/ARP – Soloist – 1st preset mono synth
• 1971 – John Chowning – developed FM synthesis using the MUSIC-IV language (source), a direct descendent of Mathew’s MUSIC program. FM synthesis was later licensed by Yamaha, and used in popular synths such as the DX7.
• 1971 – Buchla – 500 – micro-controlled polyphonic analogue in 1971, it was also programmable as you could save patches to floppy.
• 1972 – Triadex Muse – first of many horrible sounding digital synth/seq workstation thingies
• 1973 – Coupland Digital Music Synthesizer – First Digital (Triadex beat it?) Update via Peter Grenader: “No time to read through all these posts to see if it’s come up yet, but the Coupland was vaporwear…it never existed. I met Mark Vail, who’s now a friend, by writing him a letter informing him that his story about the Coupland in his Vintage Synthesizers book (GREAT book) which mentioned it’s only recorded showing was at the AES show in LA in 1978 was a farce. I was there – at their booth and their suite in the Hilton where the instrument was said to be. I was there on the first day, I was there on the last day. The only thing they had was a small model – about six inches across, sitting on a table. The booth was amazing – this radial orb multiple people could sit in, with a cover that came over each person which played what I remembered was a very impressive demo which swirled around four speakers inside the box. I, and everyone else, were blown away. They kept saying…’it will be here tomorrow, it’ll be here tomorrow’…so I showed up the last day just to see it, figuring by the then it would have arrived…it didn’t. I did see the frst Synclavier at that show however. Their suite was across the hall from the Coupland folk. That completely kicked the crap out of everything else shown that year.”
• 1973 – NED – Synclavier – first digital synth
• 1974 – Roland – SH3a – first commercial additive synth
• 1974 – RMI – Harmonic Synthesizer – first commercial additive synth
• 1976 – Yamaha – CS80 – first synth with poly aftertouch = polypressure
• 1976 – PPG – PPG 1003 sonic carrier – 1st programmable mono/duo synth (this, along with the model 1020, might have been the 1st synths to use DCOs as well)
• 1977 (late) – Oberheim – OB1 – 1st commercial programmable mono synth
• 1978 (late) – PPG – Wavecomputer 360 – 1st wavetable synth
• 1978 – Sequential Circuits – microprocessor control the SCI Prophet10 (briefly) and the P5 — again based on existing E-mu tech stuff
• 1979 – NED – Synclavier – First FM
• 1979 – Fairlight CMI – First Sampler, First Workstation
• 1982 – Sequential Circuits – Prophet600 / First Midi Synthesizer (though some argue the Prophet 5 rev 3.2 is pre-MIDI MIDI)
• 1983 – Yamaha – DX7 – Digital takes over, FM goes mainstream
• 1983 – OSC – OSCar – First real-time additive with analog filters
• 1984 – Sequential Circuits – SixTrak – first multitimbral
• 1985 – Casio – CZ101 – First battery-powered all digital mini-synth
• 1989 – Emu Systems – Proteus – First dedicated ROMpler
• 1994 – Yamaha – VL1 – first physical modelling synth
• 1995 – Clavia – Nord Lead – 1st Virtual Analog (VA)
• 1996 – Rubberduck – still not the first softsynth but came before Seer Systems Reality.
• 1996 – Steinberg – VST – Ok not a synth but enabled a lot to be written as plug-ins and used simultaneously
• 1997 – Seer Systems – Reality – First Modular Soft Synth
• 2912 – KalQuestoTron – the first genetically engineered synth. Each cell is an oscillator, filter, and neural sequencer. Can be delivered via injection to always play ‘hold music’ in your head.

1.3 Related Links – Synthesizer History

• This List via MATRIXSYNTH: [1]
• Pre-Synthesizer Era (german via Moogulator) http://sequencer.de/synth/index.php/Synthesizer_Vorgeschichte

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• • Allgemein Musik / Patches / Sounds..
  • Über EBM / Industrial / Electro..
  • “intelligent beats”..
    
  • Soundtipps – Wo fange ich an?..
  • Tricks..
  • List..

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GESCHICHTE DES SYNTHESIZERS BIS ZU SEINER ENTSTEHUNG!!

Info steht bei /Retrieved from “sequencer.de/synth/index.php/Synthesizer_Vorgeschichte“

WAS ist eigentlich ein Synthesizer? Wo kommt er her Synthesizer – Synthetisieren – Zusammensetzen, künstlich

Mehr über Synthesizer-Geschichte hier: Synthesizer History / Geschichte

Moog und Buchla, Pioniere

Die offizielle Geschichte der Synthesizer ist im WESENTLICHEN mit dem Jahre 1964 verbunden. Genau hier baute Robert A. Moog den Modular aufgebauten Synthesizer aus verschiedenen Grundbausteinen, welche mittels Kabeln “Patchcords” verbunden werden. Jedes Modul entspricht dabei einer Musikalischen Funktion. Einer sehr einfachen. Das Prinzip ist also in der Tat ein zusammensetzen von Klangbausteinen im technischen wie im musikalischen. Aber es gab gleichzeitig (Don Buchla) und vorher auch schon Aktivitäten.

RCA Synthesizer 1955

Dem voran gegangen waren natürlich Vorfahren, die aber nur Teilaspekte des Synthesizers, wie wir ihn heute so kennen: So baute RCA 1955 den Electronic Music Synthesizer, der auch schon Grundlegende Klanggeneratoren für Rauschen und Grundwellenformen hatte. Er ist sogar auch schon mit Filtern ausgestattet (LPF und HPF, Tiefpass und Hochpass) und LFOs gibt es auch schon.. Natürlich auch Mischung und Verstärker. Damit ist er schon sehr nahe dran, jedoch ist seine Steuerung ein Lochstreifensystem “Piano Roll” – ähnlich der Key-Darstellung in Softwaresequencern aber eben mit Papier und Löchern an bestimmten stellen ;) rca synthesizer.

Link + Bild dazu: http://www.sequencer.de/blog/?p=928

–> RCA pic is -> this flickr shot.. http://www.flickr.com/photo_zoom.gne?id=100151861&size=l

Trautonium 1930

Davor war es ansich recht düster, es gab das Trautonium (Trautwein der Erfinder, daher Trautonium, bekanntester Spieler: Oskar Sala “Die Vögel”) 1930 (monophon) und 1952 (2/4 stimmig), welches aber klanglich mit Synthesizer schon nicht mehr korrekt bezeichnet werden kann, eher eine Mischung von Obertönen , ähnlich wie die Orgeln von Hammond (ab 1934).

Ondes Martenot 1928

1928 gab es das Ondes Martenot (“Ondes”, frz “Wellen”), tja aus heutiger sicht eher ein Wimmerkasten (sorry). und ein Jahr später gab es auch schon einen per Lochstreifen gesteuertes etwas mit Oszillatoren von 2 Franzosen (Coupleux-Givelet “WellenOrgel”). Timbre, Lautsärke und 200 Oszillatoren. Das Teil wurde für das Radio geschaffen, Das ganze wurde parametertechnisch mittels Lochstreifen gesteuert. So gesehen durchaus etwas “synthesizerartiges”.. So kann man das schon als eine Art intellektuelle Geburt des Synthesizers sehen. Wenn auch eher rudimentär.

Theremin

davor gab es natürlich das Teil,was auch Moog als erstes baute: Theremin, aber er hat es natürlich nicht erfunden – Das war der Russe Leo Theremin. Das Theremin war klanglich “an sich uninteressant”, es gibt aber irre spielerinnen (ja, meist weiblich und supergut, barbara buchholz, lydia kavina und co..) aus heutiger Sicht im Vergleich mit dem RCA und dem seltsamen frz. Wellenklavier.. DAS THEREMIN aus den 20ern:

Es hatte aber eine Steuerung ,die Ätherophon genannt werden konnte und das Wort Äther das neueste in der Technik und Vorstellungswelt war. Wieso? Das Theremin erzeugt einen “singende Säge” Ton mit ein paar, aber nicht vielen Obertönen. Dieser Ton kann in Tonhöhe und Lautstärke durch 2 Antennen gesteuert werden. Je näher man diesen kommt, desto mehr wird Tonhöhe oder Lautstärke (Vertikale und horzontale Antenne!) verändert. Stufenlos! Ein Instrument für feinsinnig Damen. IRgendwie futuristisch? Denn in StarTrek hört man diesen Sound ja. Ja! du kennst die Melodie!! =/\=

1906 Dynomophon

gibt es ein amerikanisches Instrument, ehm, MONSTER, was das erste mal mit Strom Töne erzeugt. Wog Tonnen und stammt von einem Herrn Namens Cahill. “Dynamophon”.

Pioniere 50er – heute

Das ist es auch schon. Sicher ist elektronische Musik nicht zu wenigen Teilen aus ersten Anläufen dieser Instrumente und musikalischen Strömungen wesentlich geprägt. Es gab vorher ja einfach nichts anderes.. Heutige Elektronik ist eindeutig von Elektro Pionieren wie Stockhausen, viel später dann erst Kraftwerk oder davor Musique Concrete (früh Industrial , quasi) entstanden.

Die elektronische Musik hat natürlich auch eine lange Geschichte, das wäre aber ein weiterer Artikel..

Studio für Elektronische Musik Köln

Natürlich sollen auch Namen wie Herbert Eimert und das Studio für Elektronische Musik Köln hier erwähnung finden. Hier wirkten die Pioniere der Elektronik. Das Studio wurde 1952/53 aufgebaut. Hier arbeiteten Herbert Eimert, Karlheinz Stockhausen, Xenakis oder Ligeti mit Tonband, Impulsgeneratoren und Ringmodulatoren oder auch Filtern. Man hatte sogar das komplette Wissen, was heute jeder Synthesizernutzer haben sollte (mal abgesehen von der dunklen Masse der “Presetuser” und “Schrauber”). Faktisch hatte man aber natürlich in den 50ern noch keinen Synthesizer in kompletter Aufbauweise, dies kam erst mit dem Moog und bestenfalls mit dem RCA.

2 Videos aus dem Studio, bzw. was 2008 davon übrig geblieben ist und von Volker Müller sehr liebevoll gepflegt und unterhalten wird:

Video & Bilder

• http://www.sequencer.de/events/elec_studio_koeln/elektronische_m_koeln08.MP4
• http://www.sequencer.de/events/elec_studio_koeln/elektro_musik_studio_k08.MP4
• Bilder: http://www.sequencer.de/blog/?p=3092

Hinweis

Dieser Artikel ist natürlich nicht “vollständig” im musikhistorischen Sinne.. Über Herbert Eimert und Co. gibt es mehr Infos im Netz..

spätere Phänomene wie das EMS Studio (The Putney Studio) siehe link im EMS Bereich – war aber nach 1964, daher hier mal nicht mit dabei.. sonst müssten hier wesentlich mehr Dinge stehen.. soweit also zunächst..

• Vorgeschichte Synthesizer [1]
• Synthesizer_History_Timeline (Zeitleiste “Der erste Synthesizer der xxx konnte..)
• Einsteiger? dann hier lang: Einsteiger

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The historic Studio of Electronic Music – Cologne, Germany.

Vielen Dank an Volker Müller (WDR) für Führung und Erklärungen. (6/2008)

(Nice visit of the Studio where Stockhausen, Xenakis and others did their works in cologne, germany – it’s not a complete walkthrough, I got some more images of everything there..). Yes, it’s the Synthi 100 in the foreground here and there was more…

Studio für Elektronische Musik Köln 2008 Part 1 VIDEO

Studio für Elektronische Musik Köln 2008 Part 2 VIDEO

Er ( http://www.youtube.com/user/elgauchoandres ) hat 5 dicke und bessere Videos gemacht – He made some much better Vides. So you may see most of us, incl the grea Volker Müller, who did a GREAT Job..

1 – gearpron
http://www.youtube.com/watch?v=ttanIwyblOU&feature=related

2 – gearpron zwo – oldschool galore! “sind ja nur Geräusche” – just noises, huh`?
http://www.youtube.com/watch?v=YSwvW9fNyjI&feature=related

3 – wir reden über Musik.. Talking music now.
http://www.youtube.com/watch?v=Dk3PsRLJ964&feature=related

Rechnerraum (ne Menge Macs) – Der abstimmbare Anzeigeverstärker (hört, hört!).. – lots of Macs in da house
http://www.youtube.com/watch?v=ouO6PooFSps&NR=1

(5 von 5) – Bandmaschinen stabil laufen synchron ab start, some more reel to reel stuff, works sync’ed when you start them – thats quality stuff.
http://www.youtube.com/watch?v=oitHWQPRWwc&feature=related

Info: Privatbesuch beim ‘Studio für elektronische Musik’ in Köln

Wiki: Synthesizer/Elektronische Musik_Vorgeschichte

(Studio für Elektronische Musik Köln (des WDR))

Note: This is not the real PLACE where the original recordings have been made but it’s still in cologne!

Hinweis: Natürlich sind das hier nur einige Geräte und der Originalschauplatz wo die Aufnahmen gemacht wurden ist natürlich nicht genau hier gewesen, dies ist nur eine Art Abstellraum im Keller (ein Jammer) – Aber hier sind alle Sachen versammelt, die noch gerettet wurden. Da Elektronische Musik für die meisten scheinbar weniger zählt, ist es immernoch nicht soetwas wie ein Museum oder Begehbarer Erlebnispark. Wer sich einsetzen will, fragt den WDR nach der Musik aus diesem Studio – Auch für Geld. Nach den Geräten, den Bändern. Man weiss nie, wie lange die Sachen hier noch stehen werden.

erste Bilder von Jan van Volt / Elektrolabel

(Hier als “Stockhausen Studio” bezeichnet. Es handelt sich aber nur um das Studio für Elektronische Musik, wo unter ANDEREN auch Stockhausen gearbeitet hat. Es ist also nicht “sein” Studio.)

Hier ein Rundgang von mir:

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Synthesizer Basiswissen / Synthesizerdiplom

WAS IST EIN SYNTHESIZER?

0 Vorgeschichte des Synthesizers
1. Einleitung Digitale Synthesizer

Hauptteil
2. Digitale Grundlagen / global
2.1 Was ist “digital”?
2.2 Sampling
2.3. Computer
2.3.1 Hardware
2.3.2 Software
2.3.3 Modulation (Performance – Probleme mit digitaler Technik)
3. Synthesetechniken / speziell
3.1 Subtraktive Synthese / Sampling
Grundlagen und wie digitale filter funktionieren
3.1.1 Baugruppen
3.2 Hybridsysteme / Mischformen
3.2.1 Wavetable-Synthese (Wavescanning / Wavesequencing)
(zB in ppg wave und waldorf wave, microwave 1 und 2 und waldorf microwwave xt und xtk)
3.3 Weitere Algorithmen: zB physical modeling (zB. yamaha vl1) und fm-synthese (zB. DX7)
3.3.1 Softwaresynthesizer
4. Schlußbetrachtung / zukunft synthesizer..
6. Literaturverzeichnis

7. Bilderverzeichnis

8. Anhang (Demo-CD Inhalt)
AUDIO DOWNLOAD
9 ) find a complete “how to create a bass sound with FM” tutorial here / Tutorial für FM Bass Sounds hier..

DIGITALE SYNTHESIZER

ALS ERSTES:..habe ich kurz bevor der Mircowave 2 rauskam geschrieben.. geht recht stark auf die Waldorf-Synthesizer /Wavetables ein aber natürlich auch andere… Das Original ist mit einer Audio-Demo-CD.. wegen tod von mp3.com – aber: bis auf meine tracks sind einige sounds ja online.. wenn auch viel kürzer.. ;) CD also direkt bei mir anfordern!! – als “Synthdiplom CD”
WIE FUNKTIONIERTs / WIE KLINGTs? Wie klingt ein Ringmodulator? Was ist ein Wavetable? Filter? Kammfilter? Bandpassfilter? etc.. Die einzelnen Bauteieines Synthesizers und was sie machen in Schrift und Klang.. SYNTHESIZER DIPLOM (download pdf hier)
DASHIER IST EINE NOTVERSION, die ich auf Bitte einiger Leute im “Nacht-und-Nebel”-Verfahren hier einfach umgewandelt habe: die Folgen: die Grafiken sind falsch und auch total mutiert und sowieso an der falschen Position.. das gilt auch für die Formatierung… naja.. IHR wolltet es so.. ich bin erstmal auch zu faul was zu verbessern… keine Zeit.. sorry..

Eine Printfassung mit den fehlenden Foto und den RICHTIGEN Grafiken and den RICHTIGEN Stellen und mit CD gibt es auch…

viel geredet: wird auch über die Waldorf-Synthesizer und deren Wavetablesynthese.. naja.. viel Spaß bei dem Chaos..:

VORWORT

Die folgende Arbeit zum Thema “Digitale Synthesizer” habe ich selbständig verfaßt und ausgewählt, da diese meinem Ziel, neue Klänge zu entwickeln, am nächsten kommt. Mein grundsätzliches Interesse hierfür entwickelte sich schon früh aus Faszination an neuen Klangstrukturen und Sounddesign, denn ohne sie hätte ich vermutlich nie Begeisterung für Musik empfinden können. Der Wunsch, einen Klang weitreichend selbst formen und kontrollieren zu können, ist ebenfalls ein Thema, das mich immer interessierte. Synthesizermusik war zunächst lange eine Art des Protestes gegenüber alten Schemata in der Musik vorher existierender Richtungen und hat die Musikwelt in sehr hohem (und notwendigem) Maße beeinflußt.

Digitale Synthesizer

1. Einleitung

Vorgeschichte der Synthesizer…

Als Synthesizer sind in dieser Arbeit Geräte gemeint, die vom Anwender änderbare Klange, ausgeben. Genauer: dessen Parameteränderung durch real existente Regler und Schalter, wie auch durch Displaymenüs in Form von Zahlen oder Grafiken oder anderer “Mensch – Maschine – Verbindungsmöglichkeiten”. Für die sogenannten “Preset” – Geräte, viele “General – Midi” – Geräte und die “Keyboards” für Alleinunterhalter, wie etwa die Technics KN – Serie (o. yamaha psr serie), die lediglich die Wahl der fest gespeicherten Klänge und nur vergleichbar rudimentäre Steuerungen zulassen, sind ebenfalls die hier beschriebenen Techniken verwendet worden, nur daß sie ihrer Klangparameter “beraubt” wurden oder auf einen bestimmten Wert festgelegt sind. Die Einteilung der verschiedenen Geräte wird letztlich durch ihren Aufbau (analog oder digital) und ihre Methoden der Tonerzeugung und die verwendeten Synthesetechniken, bzw. deren Strukur bestimmt, also Verkopplung der Baugruppen und Module bei analogen Systemen untereinander oder “Verkopplung” der Algorithmen bei digitalen Geräten.
Die Anfänge der Synthesizergeschichte sind durch Analogsynthesizer bestimmt, die zumeist nach dem subtraktiven Prinzip arbeiteten. Die Kontrolle sowie die Steuerung mußte in reinen Analogsynthesizern, mit Spannungs-, bzw. Widerstandswerten /-veränderungen geregelt werden. Daher ist das Speichern und Abrufen von Klangparametern “nicht” möglich. Warum “nicht”? Die Alternative hierzu ist folgendermaßen: Um wenigstens einige Sounds, d.h. Parametereinstellungen von Klängen, analog zu “speichern”, ist beispielsweise bei Yamahas “CS-Serie” (ab 1978) zu sehen: Hier sind alle Potentiometer zusätzlich noch einmal in Miniaturform aufgebaut. Man schaltete also zwischen dem Hauptbedienfeld und dem Alternativbedienfeld um. Es handelt sich bei beiden “Bedienoberflächen” um eine Reihe von regelbaren Widerständen (sogenannte “Potis”, Kurzform für Potentiometer). Die zusätzlichen Preset – Klänge wurden auf fast gleiche Weise durch weitere interne, werkseitig festeingestellte “Potiboards” (“Widerstandsreihenkarten”) ermöglicht. Auch wenn Potis oder Flachbahnregler das Haupteingabemedium darstellten, nennt man die Einstellung der Parameter heute wie damals “Programmierung” oder “Patch” (Der Begriff “Patch” ist aus der modularen Synthesizerwelt entsprungen und steht für die Kabelverbindungen der Module und Reglereinstellungen). Einige legendäre analoge Modelle sind u.a.: MOOG Minimoog, EMS Synthi A (bzw. “AKS” oder “VCS 3″), KORG MS20, ARP2500, ARP2600 (zuvor als “Blue Meanie” ausgeliefert), sowie die Modularsysteme von Roland, E-MU, MOOG, Buchla, Serge, etc…

Man sollte auch beachten, daß mit “analog” die Klangerzeugung gemeint ist denn schon “Analoggeräte”, welche Ende der 70er Jahre gebaut wurden, hatten bereits eine Speichermöglichkeit der Klangparameter (z.B: Sequential Circuits “Prophet 5″), die natürlich digital realisiert wurde, da dies mit Analogtechnik schwer, aufwendig oder (und!) sehr teuer wäre, wie das oben erwähnte doppelte Bedienpanel zeigt. Die Integration komplexer Schaltungen auf kleinem Raum wird mit Digitaltechnik außerdem oft erst möglich: Die Herstellung ist billiger, und die Probleme analoger Schaltungen, wie mangelnde Stimmstabilität, werden eliminiert. Die hundertprozentige Reproduzierbarkeit der Einstellungen, also die Fähigkeit, genau den Klang, den man vor einigen Wochen erstellte, zurückzuholen, ist ebenfalls nur digital sinnvoll unter obigen Bedingungen zu realisieren.

Als digitale Synthesizer können jene Systeme angesehen werden, die komplett digital aufgebaut sind (wie Yamahas DX7, TG77 oder Waldorfs Microwave 2, …) oder deren Syntheseteil größtenteils digital aufgebaut ist (wie auch der Waldorf “Wave” / Microwave …). Die Übergänge sind allerdings fließend, wenn man Instrumente wie den Oberheim Matrix 6 betrachtet, dessen Oszillatoren und Parametereditierung und Steuerung digital, die Filter jedoch analog sind, und man dieses System trotzdem als “analog” bezeichnet!

Analoge Parameterspeicherung: Der Yamaha CS-80 und sein doppeltes Bedienfeld
(unter der Klappe in der linken oberen Bildhälfte).
ZURÜCK ZUM HAUPTMENÜ.. weiter..

©96/97 mic.irmer (www.moogulator.com) – kopieren (auch Auszugsweise) ohne Genehmigung nicht gestattet.
LITERATUR, CD und QUELLENANGABEN hier

kontakt

_________________

©96/97 mic.irmer (www.moogulator.com) – kopieren (auch Auszugsweise) ohne Genehmigung nicht gestattet.
LITERATUR, CD AUDIO DOWNLOAD und QUELLENANGABEN hier

kontakt

ps: sorry einige bilder sind nur in der pdf version (HIER DOWNLOADEN) enthalten.. einige originalfotos gibts auch nicht.. aber die info ist vielleicht trotzdem hilfreich.. ;-))

ein kleines synthesizer-lexikon zu einzelnen begriffen ist natürlich auch hier
du könntest einen workshop / hilfe brauchen? einer, der dir effektiv und individuell erklärt,wie es funktioniert und wie du selber gezielt klänge erstellen kannst?

SYNTHESIZERDIPLOM – synthese und synthesizer
by moogulator / klang agent 001 – dies ist ursprünglich thema “digitale synthesizer” aber es finden auch sehr sehr viele “analoge” themen hier erwähnung..
INHALT: alles ist online, einfach die oberrubrik anklicken! audio unter punkt 8)

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Digitale Synthesizer

3. Synthesetechniken
3.3.1. Softwaresynthesizer

Wie sicher schon zu erkennen war, stellt diese Gattung die Zukunft und die Gegenwart der digitalen Synthesizer dar. Die unspezifische “Verpackung” (Gehäuse) eines Computers als Synthesizer ist natürlich für ein offenes System geeignet. Der Native Instruments “Generator” ist ein Modular – Synthesizer, der komplett auf einem Pentium Rechner (mind. 100 Mhz) “läuft” und in seiner Komplexität und Parametrisierung nur durch die vorhandenen Module (Software), die Kreativität des Benutzers, sowie die Rechenleistung beschränkt wird: Ein Synthesizer der Komplexität eines Sequential Prophet 5 kann auf einem 133Mhz – Pentium – Rechner etwa 6 bis 8 Stimmen haben. Man kann nun “30 LFOs hinzufügen” oder einen “25sten Oszillator frequenzmodulierend wirken lassen” etc.., solange es der Rechner zuläßt (performancemäßig)!

Das zur Zeit leistungsfähigste System, das den Begriff des “Synthesizers” besonders für sich verbuchen kann, dürfte Kyma sein (von Symbolic Sound, USA). Hier gibt es jede oben angedeutete Freiheit, die man möchte. Das System ist ein “Capybara 66″ genannter “DSP – Mainframe” (also eine Digital Signal Prozessor – Basiseinheit), mit max. 8 Stück Motorola (56002) Signalprozessoren mit 66MHz Taktfrequenz , der über den Computer (Mac oder PC) gesteuert wird.
Diese Prozessoren sind besonders für Synthesizeroperationen geeignet und sind, zum Vergleich, in ihrer 40Mhz – Version (also etwas langsamer) dreifach im Nord Lead zu finden.
Da Kyma auch über analoge Eingänge und Ausgänge, sowie eine MIDI- Schnittstelle verfügt, ist er Sampler, Synthesizer, (Harddisk = Festplatten-) Rekorder und Effektgerät in einem, das auch über einen normalen Sequencer gesteuert werden kann. Dieser Sequencer kann auf dem Computer ebenfalls “mitlaufen”, denn die Hauptarbeit wird in den DSPs erledigt.

Eine Vielzahl von Software – “Modulen”, die ständig erweitert werden, sind hier einsetzbar. Auch Vocoder (eine Art “Stimmensynthesizer” auf Basis von Filtern) oder Hall sind vorhanden wie Hüllkurven und Filter usw..

Will man nun einen FM-Synthesizer erzeugen, kann man sich hier einen generieren und benutzen. Man kann nun zu jedem Klang den benötigten Synthesizer entwerfen, indem man die Module am Bildschirm mit der Maus auswählt und in eine grafische Signalflußkette einsetzt, die auch Analogeingänge und Festplattendateien in Echtzeit erfaßt. Die Parameter dieser Module können fest eingestellt werden oder durch MIDI oder andere Module gesteuert werden. Es entspricht einem analogen Modularsystem für den Anwender, wenn seine Technik auch völlig anders ist. Die Verquickung der Effektprozessoren, dem Synthesizerteil und dem Rekorder mit dem Sequencer in einem Gerät wird sicherlich ein Konzept der Zukunft sein; denn man kann so auch z.B. physikalische Modelle konstruieren: eine Verzögerungstrecke kann, wie auch ein “Resonator” (ein simulierter Resonanzraum, z.B. von einer akkustischen Gitarre), leicht mit den “üblichen” Modulen (Oszillatoren etc..) verbunden werden und mit einer Rückkopplung versehen werden. Diese sind im Kapitel über Baugruppen und Filterschaltungen angedeutet! Natürlich auch speziellere Dinge. Stichwortartig erwähnt seien: Granularsynthese, spektrales Morphing zwischen Sounds, Modulieren bestimmter harmonischer Obertöne etc..
Diese Dinge werden nicht erklärt, sondern nur aufgeführt, um das zukünftige Prinzip der Synthesizer zu erklären, da die Seitenzahl dieser Arbeit mehrbändigen Lexika zur Konurrenz wird..

Dies ist zugleich der Beginn der Schlußbetrachtung, denn hier läßt sich die Zukunft schon deutlich erkennen:

Brauche ich oben erwähnten FM-Synthesizer, so nehme ich mit der Maus entsprechend viele Oszillatoren und verknüpfe deren (Frequenz-)Steuerein-/ausgänge miteinander; die Lautstärken werden durch die Hüllkurven gesteuert, die ich aus einer Bibliothek der Module nehme, etc…

die folgenden Schritte ergeben sich einfach aus der verwendeten Technik und müssen sicher nicht mehr kommentiert werden…

Interessant wird so etwas, wenn die unkonventionellen Module noch dazugenommen werden, denn hier beginnt das, wo andere Synthesizer festgelegt sind, z.B.: “Granularsynthese mit einigen Bandpässen” und “Hüllkurven” und “anschließender spektraler Verformung” etc…
mehr zu softwaresynthesizern im softwarebereich!!

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©96/97 mic.irmer (www.moogulator.com) – kopieren (auch Auszugsweise) ohne Genehmigung nicht gestattet.

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Digitale Synthesizer
3. Synthesetechniken
3.3 Weitere Algorithmen
- physical modeling, fm-synthese, etc.

QUICKLINKS tutorial sektion: einfache erklärung fm
fm synthese (mehr infos) fm

find a complete “how to create a bass sound with FM” tutorial here / Tutorial für FM Bass Sounds hier..

Eine absolut vollständige Beschreibung aller existenten Synthesen und Baugruppen ist (in diesem Rahmen) nicht möglich, daher wurde die hier vorliegende Art dieser Arbeit gewählt. Für weitere Informationen empfehle ich einen Blick in die Fachliteratur und Experimentieren mit den Geräten und Programmen, insbesondere für grundlegende Themen wie Filterbau, etc…
Eine Technik, die nicht unerwähnt sein darf, ist die FM-Synthese (Frequenzmodulation), welche vor allem in Yamahas DX Serie, ab 1983, u.a. in Form des wohlbekannten “DX7” Anwendung fand. Hier sind Oszillatoren (bei Yamaha “Operator” genannt), in einer bestimmten Weise miteinander verknüpft (Yamaha nannte dies “Algorithm”.

Die DX und TG / SY serie bis zum FS1R (english)). Die Anzahl der Oszillatoren war bei den meisten Geräten auf sechs oder vier pro Stimme festgelegt. Jeder Oszillator hat eine Lautstärkenhüllkurve und kann in ihrem Frequenzverhältnis zu den anderen Oszillatoren jeweils eingestellt werden, da dies entscheidend für die Klangformung ist: Der unterste der Oszillatoren “in einem Strang” (Algorithm) ist der sogenannte Träger, der durch seine Hüllkurve ein- und ausblendbar ist und für den Lautstärkenverlauf sorgt. Der nächste Oszillator, der den Träger in seiner Frequenz steuert, der Modulator, kann nun durch seine Hüllkurve (obwohl sie, nach wie vor, die Lautstärke dieses Modulators steuert) den Klang verändern, da er ja die Frequenz des Trägers steuert, mit der Intensität des aktuellen Hüllkurvenpegels. Nun kann auch der nächste Oszillator den modulierenden Oszillator abermals modulieren und durch seine Hüllkurve für eine komplexere dynamische Klangsteuerung sorgen. Sechs nebeneinander liegende (parallele) Träger sind genauso möglich (wie bei einer Zugriegelorgel einfach 6 ein- und ausblendbare Töne einer festen Frequenz / keine FM), wie auch sechs sich gegenseitig modulierende, lediglich festgelegt. Durch den “Algorithm”, ein Schaltbild, welches sich auswählen und sogar im Falle der TG /SY (77 und 99) – Modelle frei definieren läßt, kann man alle parallelen und seriellen Kombinationen ausschöpfen.
Die mathematischen Grundlagen dieser und anderer Synthesetechniken sowie der Interpolation sind sehr weitreichend und können unter anderem im “Taschenbuch mathematischer Formeln” von Dr. Ing. Hans-Jochen Bartsch, ISBN 3-343-00876-1, Fachbuchverlag Leipzig – Köln ausführlich untersucht werden.
Die additive Synthese findet zur Zeit neue Beliebtheit in Form der Kawai K5000-Serie, dem “Emulator IV” (bedingt) und Computersystemen wie etwa “Kyma” und “Generator”.. Hier werden eine Anzahl von meist 64 oder 128 Obertönen (Teiltönen) mit je einer Hüllkurve versehen(!) und einzeln editiert(!). Die Zusammensetzung dieser Teiltöne (in “Reintheorie” Sinusschwingungen der x-ten Vielfachen des Grundtons!) ergibt den komplexen Gesamtklang und erhält seinen Namen aufgrund der Addition der Einzelteiltöne. Wenn man eine dreidimensionale Landschaft (entsprechend den Achsen: Amplitude, Frequenz und Zeit) aufgezeichnet hat, so bekommt man einen Eindruck dieser Synthese: Die Amplituden über der Zeit (ein zeitlicher Hüllkurvenverlauf der Amplitude einer Frequenz / die zweite Dimension im Gebirge) sind einzelne Scheiben in diesem Gebirge. Jede Scheibe steuert die Lautstärke eines Oszillators einer bestimmten Frequenz, der dritten Dimension in diesem Gebirge entsprechend. Nachteile sind: sehr viele Parameter, denn, genaugenommen, müssen noch diese Dinge geschaffen werden:-
Phasensteuerungshüllkurven-
Frequenzhüllkurven
- Gegen “unendlich” viele Oszillatoren, auch mit nicht ganzzahligen Frequenzen
- Jemand, der dies überschauen kann
In der Praxis werden Makros (Ein Befehl für viele Einzeloperationen) benutzt, dafür keine der genannten letzten Punkte realisiert (bisher). Kawai versucht es mit einem Spektrum, welches als “Filter” vom aktuellen Spektrum subtrahiert wird und beweglich ist (frequenzmäßig), dadurch ist ein quasi “charakteristikprogrammierbares” Filter entstanden. Mathematisch ist hier eine (Fourier-)Reihe der einzelnen Sinusfunktionen pro Teilton zu bearbeiten, dessen Umfang ebenfalls enorm ist und durch externe, o.a. Literatur eingesehen werden kann. Der Anwender bekommt natürlich das mathematische Innenleben seiner Geräte nicht mit. -Einen kleinen Eindruck dessen bekommt man jedoch bei Ansicht der Filterkonstruktion (Kapitel 3.1.1.). Korgs Prophecy gab man gleich diese Synthesen mit: FM, subtraktive, VPM (Phasenmodulation), Sync./Ring/Cross, Waveshaping etc.. und eine Entwicklung der neueren Zeit zeichnet sich neben vielen subtraktiven und additiven Mischarten der Klangerzeugung ab: das “physical modelling”. Aufgrund der physikalischen Grundlagen eines akustischen Instrumentes wird ein Algorithmus angewendet, der sich oft auch aus der “real üblichen” Parameterisierung entfernt, jedoch an die physikalisch-mathematischen Grundlagen der Originalinstrumente angelehnt ist. So kann aus dem physikalischen Algorithmus (“Modell”) einer gezupften Saite und einer Luftsäulenschwingung (mit Resonanzraum), aus einem “Flötenmodell” eine “gestrichene Flöte” werden, u.ä. Die so gewonnenen Klänge haben oft ein Höchstmaß an Authentizität bei “wenigen” Parametern, denn die Rechenvorschrift ist ja eine genaue naturwissenschaftliche / mathematische Beschreibung des akustischen Instrumentes. Vertreter dieser Gerätegeneration sind Yamahas VL1, VP1 und VP70m (gegen die die Prophecy-Modelle eher Versuche sind) etc..
Das Selberschaffen dieser Algorithmen erfordert also entsprechende fundierte Kenntnisse im akkustisch / physikalischen Bereich. Man benutzt die vorgegebenen Parameter.
Natürlich ist bei allen Syntheseverfahren in realen Systemen immer nur eine “Teil-Authenzität” anzunehmen, denn das “Original” kann aufgrund seiner physikalischen Existenz nicht zu 100% realisiert werden, jedoch ist (wie generell in der Synthesizertechnik) auch nicht der Ersatz der traditionellen Instrumente das Ziel, allenfalls deren “Simulation” und Verbesserung, um eine Musik Produktion schneller und unkomplizierter zu realisieren. (Bei entsprechender Spielweise kann ein “Modell” trotzdem sehr “echt” klingen.) Die Stärken der synthetischen Klangerzeugung sind neue, vorher “ungehörte” Klänge. Beim physical modelling ist man jedoch sehr gefordert, wenn man dies einfach “heraushören” will. Nichtsdestotrotz ist das wirklich Interessante dieser Technik, die “Grenzbereiche” der Modelle zu finden und sie für ein neues virtuelles akustisches Instrument zu verwenden, das wohl real nie gebaut werden wird.

Dies sind: Algorithmus mit 2 Trägern, der untere Strang wird moduliert. Op.2 von Op.4 und Op.6 etc.. (rechts) und ein Ausschnitt aus dem Hüllkurventeil sowie der Keyboardskalierung eines Yamaha TG77 (links)

find a complete “how to make a bass with FM” tutorial here / Tutorial für FM Bass Sounds hier..

Fs1R Algo-Struktur:
vergrößern = draufklicken..

©96/97 Mic Irmer = MoogulatoR – kopieren (auch Auszugsweise) ohne Genehmigung nicht gestattet.

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Digitale Synthesizer

3. Synthesetechniken
3.1 Subtraktive Synthese / Sampling
3.1.1 Baugruppen (zu DIGITALEN filtern weiter unten) zunächst basiswissen:

Die digitalen Komponenten der subtraktiven Synthese sind mit der gleichen Zielsetzung der entsprechenden Analogbausteine konstruiert worden: Ein oder mehrere Oszillator/en, die klangerzeugenden Teile des Systems, welche meist ein obertonreiches Spektrum besitzen, durchlaufen ein Filter, das einen Teil dieser Obertöne dynamisch -durch Herausfiltern bestimmter Teiltöne- verändert. Der klassische Aufbau besagt die Zusammenmischung der Oszillatoren vor dem Filter in einer Mischstufe, was auch heute die Regel ist. Nachgeschaltet ist ein Vertärker, der dynamisch kontrolliert wird und eine Panoramaeinheit, die die Verteilung zwischen linker und rechter Seite reguliert. So hat man die drei Blöcke aus der Analogwelt auch hier: Oszillatorteil für Tonerzeugung und Tonhöhe, Filterteil für Klang (beziehungsweise Obertonänderungen) und Verstärker- mit Panoramamodulteil für die Lautstärkenkontrolle. Der dynamische Verlauf dieser “Teile” ist dabei der wichtige Faktor. Modulation heißt, eine Steuerung eines Parameters eines Moduls oder Baugruppe durch einen anderen beliebigen oder “festverdrahteten” Parameter, der auch auf einem anderen Modul erzeugt worden sein kann (auch extern durch Schnittstellen.. u.a.).

Die wichtigsten Grundbausteine zur Steuerung der Hauptbauteile aus digitaler Sichtweise:

Hüllkurven (“Envelope”): Eine Liste von Pegeln, die in einer bestimmten, zugehörigen Zeit erreicht werden. Je nach Pegelstand wird ein Steuerwert dementsprechend übergeben (an den zu modulierenden Parameter). Alle resultierenden Zwischenstände sind durch Interpolation immer vorhanden.
Einfachere Formen verwenden die gebräuchlichste Struktur “ADSR” (Attack, Decay, Sustain, Release), der Analogsysteme: Nach einer Zeit “Attack” wird das Steuersignal von Null- auf Maximalpegel gebracht, danach (innerhalb der Zeit “Decay”) erfolgt der Rückfall auf den “Sustain”-Pegel. Die “Release”-Zeit gibt anschließend die Zeit an, die bis zum Erreichen des Nullpegels vergeht (in der Regel nach Loslassen der Klaviaturtaste).
Selbstverständlich gibt es hier noch einige andere Arten, die aber demselben Zweck dienen: Mit Hüllkurven können (Steuerungs-) Verläufe automatisiert werden. Für den Lautstärke- und Filterteil steht meist standardmäßig je eine Hüllkurve zur Verfügung, sie werden dann durch (Klaviatur-) Tastendruck aktiviert (“getriggert”) und gestartet.

LFOs: Im Gegensatz zu den normalen Audiooszillatoren (Schwingungsgeneratoren), schwingen diese “Low Frequency Oscillator”, also “niederfrequente Oszillatoren” genannten Modulationsquellen im unteren Frequenzbereich mit regelbarer Frequenz. Dies würde weniger Rechenleistung als ein dementsprechender (im Hörbereich arbeitender) Oszillator benötigen. Der abgedeckte Frequenzbereich ist etwa zwischen 0,2 bis 30 Hz festgelegt, kann aber auch bei einigen Geräten wesentlich erweitert worden sein und in den Audiobereich hineingehen oder ihn ganz abdecken (für “FM-Synthese” notwendig, s.u.)! Auch hier sind verschiedene Wellenformen im Angebot. Eine immer häufiger in Instrumenten anzutreffende “Minihüllkurve” kann den LFO-Pegel ein- und ausblenden. Etwas wie z.B. “einschwingendes” und “abklingendes” Vibrato läßt sich so einfach simulieren.

Tracking: Dient der Anpassung von Klaviatur (Keyboard) und Controllern (MIDI-Pegellieferanten, die zur Echtzeitmodulation herangezogen werden) und gibt an, wie stark sich ein Parameter durch einen anderen verändern soll und wie (in welchem Verhältnis) er sich ändert, wenn sich der ursprüngliche Parameter ändert (“Skalierung”). Häufig verwendet ist das “Keytracking”, je höher die gespielte Note (o.a. Parameter) auf der Klaviatur ist, desto mehr soll ein Filter öffnen oder bestimmte Hüllkurvenparameter verändert werden, welche dann Filter und Lautstärke steuern; für Pianoklänge ist dies dringend nötig!
Andere Verwendungsformen sind: Anschlagstärkekennlinien, Klaviaturskalierungen, etc…

Für die Oszillatorensektion gibt es ebenfalls vielfältige Oberton-Variationsmöglichkeiten wie:-

Synchronisation eines Oszillators mit einem anderen, also das Erzwingen eines erneuten Wellenformstartes des synchronisierten Oszillators, gesteuert durch den Wellenverlauf (Periodendauer) des ersten (meist bei Nulldurchgang mit steigender Tendenz).-
Waveshaping: Änderung der Wellensymmetrie oder Verformung der Welle nach bestimmten Gesetzen (wie digitale Übersteuerung “clipping”…etc…) -
Frequenzmodulation (FM): In digitalen Geräten oft durch die Möglichkeit gegeben, durch einen Audiooszillator die Frequenz des nächsten zu modulieren. Hier können “metallische” und “glockige” Klänge leicht realisiert werden. Entscheidend ist das Verhältnis der Frequenzen.-
Amplitudenmodulation (AM): dito, jedoch wird die Lautstärke des nächsten Oszillators gesteuert.-
Phasensteuerung- / Modulation: Die Startphase / Phasenlage eines (mehrerer) Oszillators/en kann hier gesteuert werden, (z.B. durch den jeweils anderen Oszillator.)-
Die Oszillatoren haben eine Technik der kontinuierlichen Wellenformveränderung durch mathematische Funktionen oder Wellenformtabellen-
Die Oszillatoren geben Samples wieder, also gespeicherte “Aufnahmen” von Klängen.-
Ringmodulation: Errechnet aus den Eingangsfrequenzen zweier Oszillatoren Summe und Differenz (aus “200Hz” und “150Hz” werden “350Hz” und “50Hz”). Diese resultierenden Frequenzen sind keine Vielfachen der Eingangsfrequenzen, da sie “unharmonische” Klänge erzeugen sollen. Diese Einrichtung kann auch als AM benutzt werden (Zweiter Oszillator ist frequenzmäßig unterhalb des Hörbereichs).

Die Filtersektion ist ein vielgeschätzter Teil und ein erst in letzterer Zeit klanglich ernstnehmbar und konkurrenzfähig zu analogen Pendants gewordenen Hauptbestandteile, denn es gilt nicht nur, einfach die folgenden Typen zu generieren, sondern auch die typischen Verzerrungen, Resonanzen und Rückkopplungen der analogen Vorbilder zu simulieren und zu verbessern. Dabei ist das Filter auch der eigentliche “Synthesen-Namensgeber”, denn er sorgt für das “Subtrahieren”, das “Abziehen” der Teiltöne im Frequenz-Spektrum (Amplituden aufgetragen zu den ganzzahligen x-fachen der Grundfrequenz).
Eine Kurzerklärung der synthesizertypischen Filterarten folgt auf der nächsten Seite… (Rechts daneben findet man eine vereinfachte und stilisierte Prinzip Skizze mit “Resonanzbuckel” im LPF & HPF. Sie zeigt den Obertongehalt im Frequenzverlauf).
LPF: Low Pass Filter (Tiefpaß): Sperrt ab einer
Eckfrequenz mit einer bestimmten Steilheit und

Resonanz (Erhöhung um die Eckfrequenz herum).

HPF: High Pass Filter (Hochpaß): dito, allerdings

sperrt er unterhalb der Eckfrequenz…

BRF: Band Reject Filter (“Notch” / Kerbfilter):

Sperrt von einer unteren Frequenz bis zu einer oberen Frequenz
(Bandbreite) mit einer Flankensteilheit (x dB/Oktave).

(bild zerstört).. entspricht etwa umgekehrtem
BPF: Band Pass Filter (Bandpaß): Entspricht einer
Kombination aus LPF und HPF, dem “Gegenteil” von BRF: Läßt den Bereich zwischen zwei Frequenzen unter Berücksichtigung der Flankensteilheit durch.

Alle Filtertypen können einen “Resonanzbuckel” bekommen, der den typisch “elektronischen” Klang ausmacht. Diese sind Vertärkungen/ Betonungen um die Eckfrequenz herum. Die Resonanz ist bei guten Filtermodellen bis zur Selbstoszillation bringbar, und der kritische Punkt bei Vergleichen ist der Bereich “kurz vor Selbstoszillation”, denn hier sind mathematische Verfahren der “chaotischen” Verzerrungssimulation rechenintensiv und schwierig zu programmieren / algorithmisieren (d.h. “zu mathematisieren”). Ein zweiter Punkt ist, wie stark die Resonanz den Klang “ausdünnt” (Gegenmaßnahme: “Rückkopplung” auf den Eingang / Ausgangsparameter beeinflussen aktuelle Berechnung).

Auch digitale vollparametrische Equalizer oder ganz spezielle Filterdesigns wie in E-mu´s Z-Plane – Synthese sind willkommene Klangdesign-Alternativen; machbar durch die Kombination verschiedener Filtertypen, die parallel oder seriell verschaltet werden.

Die Steilheit der Filter wird durch Anzahl der “Pole” erkennbar (pro Pol: 6 dB pro Oktave Dämpfung). Die gebräuchlichste ist: 4 Pol LPF, also ein 24 dB/Oktave – Tiefpaß-Filter. Die E-mu Filtermodelle haben 14-polige Kombinationen aus obigen Filtertypen, wodurch auch “Kammfilter” (mehrere regelmäßige “Kerben”) und Überblendungen zwischen Filterarten (“Filtermorphing”) etc.. möglich werden. Die sogenannten APF (Allpaßfilter) kommen seltener zum Einsatz, sie haben keine “Filterwirkung”, aber eine Phasenveränderung zur Folge, wie alle anderen Typen ebenfalls, was zusätzlich die oben erwähnte Errechnung erschweren kann.

Zum Abschluß der subtraktiven Systeme die generelle Funktion des digitalen Filters
WIE FUNKTIONIEREN DENN NUN DIGITALE FILTER?

Wie bei den meisten wichtigen Synthesizerbauteilen halten die Firmen aus verständlichen konkurrenz- / markttechnischen Gründen ihre genauen Filteralgorithmen geheim, daher kann ich hier (wie auch auf andere genaue Techniken zutreffend) nur prinzipielle Lösungen geben, die in den fertigen Produkten komplizierter und besser sind (und auch so klingen!)
Für einen Filtereffekt muß man mindestens zwei aufeinanderfolgende “Samplepunkte” verrechnen. Dies sind der aktuelle Wert aus dem Oszillator und sein Vorgängerwert. Das arithmetische Mittel ((Wert1 + akueller Wert) dividiert durch 2) der beiden Punkte ist der nun neue aktuelle Wert. Da hiermit eine Spitzenbildung im Signalverlauf verringert wird und die Spitzen Obertöne im Spektrum repräsentieren, kommt das Ergebnis einer Reduktion der Obertöne, also einer Tiefpaßwirkung gleich!

Die dazugehörige Gleichung ist:

aktuellWert(Sample) = 0.5x(Sample) + 0.5x(VorherigesSample)

Einen Hochpaßeffekt kann man durch Subtraktion anstelle der Addition erreichen.

Eine allgemeine Gleichung mit variablem Durchlaßverhalten (in Form der Koeffizienten) sieht so aus. Achtung! (“VorherigesSample”) entspricht dabei (“Sample”-1):

aktuellWert(Sample) = ax(Sample) – bx(VorherigesSample)

Will man bestimmte Filter-Charakteristika besser bestimmen, braucht man die Betrachtung mehrerer Werte vor dem aktuellen Samplewert:

aktuellWert(Sample) = ax(Sample) + bx(Sample-1) +
cx(Sample-2) + etc..
Diesen Typ nennt man Finite Impulse Response (FIR), welcher noch keine Berücksichtigung der nun nötigen “Rückkopplung” hat, eine mathematische Verbindung von Aus- zu Eingangswerten.
Der Infinite Impulse Response (IIR) genannte Filtertyp hat seinen Namen durch die unendliche (“infinite”) Kette der Vorgängerwerte bekommen, während der FIR-Typ nur eine bestimmte “Stelle” bearbeitet. Es wird der aktuelle Wert aus Anteilen der jeweils vorausgegangenen Werte ermittelt und verwertet:
1
_ x aktueller Samplewert addiert mit
2
1
_ x vorangehender Samplewert addiert mit
4
1
_ x Samplewert vor vorangehendem Samplewert addiert mit etc… –>
8
. .
. .
V V

Dieser Filtertyp (IIR) kann, wie oben erklärt, auch als Hochpaß fungieren, indem man die Brüche entsprechend subtrahiert (anstatt diese zu addieren). Von Vorteil ist also, möglichst viele Werte einzubeziehen (“Rückkopplung”).

Die Nachteile sind in dieser Entwicklungsstufe: -
nichtlinearer Phasengang, -
aufwendige Rückkopplungsprogrammierung nötig-
hohe Auflösung (Wortbreite / Bitbreite)
wegen der Fehlereinberechnung nötig…-
keine Selbstoszillation…

Auch mit anderen Verfahren können Filter verwirklicht werden, wie etwa ein Kammfilter beispielsweise auch durch ein Delay (Verzögerung) mit Rückkopplung auf den Eingang erreicht werden kann. Auch Allpaßfilter können so generiert werden; hier spielen die Dämpfung der Rückkopplung und die Verknüpfung der Signale mit Multiplizierern und Addierern eine wichtige Rolle, dies findet in Korgs “Prophecy” Solosynthesizer eine hörbare Lösung.
Auch Hall- und Echoeffekte (oder ähnlich diesen klingende Effekte) können mit Kamm- und Allpaßfilterkombinationen erzeugt werden, was für einen Synthesizer keine uninteressante Bereicherung darstellt. Viele Hersteller geben ihren Geräten bis zu achtfache Effektprozessoren (so auch die Korg “Trinity”) mit auf den Weg.

Für Aufgaben mit Rechnungen wie obige sind digitale Signal Prozessoren (DSP´s) sehr gut geeignet. In Clavias “Nord Lead” ist ein DSP (aus der meistverwendeten “56000er-Familie”, hier ein 56002 FC40) für jeweils vier Stimmen zuständig. Zusammen mit einem Motorola MC68331(CFC16), einem Hauptprozessor mit der ungefähren Leistung eines Atari Falcon oder eines älteren Apple “68K Macintosh” – Modells hat der Nord Lead mit drei DSPs zwölf Stimmen zur Verfügung. Der benötigte Platz für diese Hardware ist zudem äußerst gering! Wie im nächsten Kapitel näher erläutert, benutzt der Waldorf “Microwave 2″ eine sehr ähnliche Hardware!

Die Oszillator-,Wave-, Misch- und LFO-Sektion des Microwave mit allen Modulationquellen.

Mischer: Osc.Osc.2 Noise: rechts.

Die beiden LFO´s des WALDORF Microwave v.l.n.r.: LFO1,Minihüllkurve und LFO2

von l. nach r. : Lautstärke, Filter und Panorama – Einstellungen

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Digitale Synthesizer

3. Synthesetechniken
3.2 Hybridsysteme / Mischformen
3.2.1 Wavetable-Synthese (Wavescanning / Wavesequencing)

Die im “Wave”, dem “Microwave” und dem “Microwave 2″ der Firma Waldorf verwendete Synthese soll hier nun näher -und stellvertretend für viele andere- exemplarisch beschrieben werden. Auch liegt es nahe, diese Geräte näher zu beleuchten, da es sich (neben Quasimidi) um eine der wenigen deutschen Synthesizer-Herstellerfirmen handelt. Dabei wird der volldigitale Microwave 2 den Hybridsystemen Wave und Microwave gegenübergestellt, die allesamt als Digitalsynthesizer in der Geschichte bereits länger verzeichnet sind: Anfangs noch von Wolfgang Palms Firma “PPG” aus Deutschland entwickelt (Wavecomputer 360/340, Wave 2 – 2.3 & Waveterm; Erscheinungsjahre:1978, ´81-´84) und schließlich von Waldorf aufgegriffen und erweitert, gipfelt in dem zur Zeit aktuellen Microwave 2, der nach Veröffentlichung dieser Arbeit herauskommen wird (ca. März ´97).
“Hybrid” ist eine Mischform aus Digital- und Analogtechnik: Die (zwei) Oszillatoren sowie die komplette Wavetablesynthese- Technik ist dabei schon digital ausgeführt, auch Hüllkurven und LFOs.. Das Signal gelangt über eine Mischeinheit in eine analoge Filtersektion, im Microwave ein 24 dB/Okt. LPF (Tiefpaßfilter), der durch Chips der Firma Curtis gebildet wird. Danach folgt die Vertärkersektion und die Panoramaeinheit (Stereobalance-Modul = Panning), in welcher die gewünschte Stereoposition nach dynamischer Lautstärkebearbeitung eingestellt/moduliert wird.
Die Filtereinheit ist beim Wave um einen resonanzlosen “12dB Hochpaß” erweitert worden, sowie um einige digitale und analoge Zusätze bereichert (zusätzliche Hüllkurve, Analogeingänge, etc…).
Der Microwave 2 ist hingegen “ganz und gar” digital und besitzt zwei digitale Multimodefilter: Mit 24dB/Okt. als HPF/LPF oder 12dB/Okt. Flankensteilheit auch als BPF verwendbar. “Filter 2″ hat lediglich 6dB/Okt., aber auch die Wahlmöglichkeit zwischen HPF und LPF und “festere Verdrahtung” (weniger Modulation!), im Gegensatz zu Filter 1. Wichtig zu wissen ist: Die digitalen Filter klingen natürlich nicht identisch mit den analogen Curtisfiltern im “alten” Microwave, da, wie schon erwähnt, Verzerrungen “chaotisch” und anders “mathematisiert” werden müssen (was in Analogtechnik unnötig ist, sondern einfach schon “da” ist)! Es gibt aber heutzutage keine Argumentationsmöglichkeit mehr, daß “digital” auch “schlechter” sein muß, es wird nur schlicht etwas “anders” klingen (aufgrund der völlig anderen Konstruktion)!
Die Oszillatoren können, wie in subtraktiven Synthesizern, auch moduliert und in ihrer Tönhöhe justiert werden. Die entscheidende Andersartigkeit gegenüber subtraktiven Geräten ist das “Wavescanning” oder auch “Wavetable” (Wellensatztabelle) genannte Verfahren: Ein Wavetable ist eine Sammlung von 64 Wellenformen (“Waves”), welche wiederum aus 128 wählbaren Wellenformdatenschritten, hier “Samples” genannt, bestehen. Die einzelnen Waves sind tatsächlich jeweils ein “Durchlaufzyklus” (Periode) einer vollständigen Welle, welche in einem Computer verändert (editiert) werden können. Die drei Wellenformen Triangle (Dreieck), Square (Rechteck) und Saw (Sägezahn) sind in manchen Geräten in dieser Reihenfolge als Wellen 61 – 63 generell immer anwählbar, wobei die gewählte Wavetable die restlichen Waves liefert (beim Wave sind diese Waves 61-63 frei definierbar). Dies ist lediglich eine Festlegung des Herstellers und könnte softwaremäßig auch im Microwave geändert werden.
Die wirkliche Synthese ist nun dergestalt, daß ein achtstufiger Hüllkurvengenerator (“Wave-Envelope”, welche 8 Zeiten und 8 Pegel hat, die nacheinander angefahren werden) diese Wellentabelle “durchfährt”. Sie schaltet also bei entsprechendem aktuellem Steuerwert der Hüllkurve die dazugehörige Wave proportional zum Steuerwert um und erzeugt den nichtstatischen Klang. Da auch längere Hüllkurven-Zeiten möglich sind, kann so auch ein längerer Verlauf mit unterschiedlichen Wellenformen durchfahren werden. Da ein einfaches Umschalten äußerst “ruckelig” klingen würde, treten hier die “Samples”, die den Waves “untergeordnet” sind, ein, denn sie bilden eine echtzeitberechnete, interpolierte “Brücke” zwischen den einzelnen Waves und sorgen somit für ein weiches Überblenden. Ein Parameter “Wave Mode” kann von stepped (“stufig”) auf smooth (“weich”) geschaltet werden. Dies sorgt dafür, die “Samples” (Wellenperiodendaten einer Wave) zwischen den Waves über den “Computerzwischenspeicher” möglichst gleichformig (entsprechend der o.a. Einstellung) “überlaufen” zu lassen. Werden weniger Waves in ein Wavetable gesetzt (per Computer editierbar) können hier, durch mehr Platz für die Zwischenstufen, weichere Übergänge erzeugt werden, denn die fehlenden Waves werden durch Interpolation (ohne Speicherverlust) errechnet und “virtuell” an den freien Platz gesetzt.
Die Hüllkurve besitzt durch ihre Achtstufigkeit eine große Bandbreite der Variation einer “Wellenfahrt” und die Möglichkeit, eine Schleife (Loop) zwischen zwei beliebige Stufen zu setzen. Die Modulation aller Zeiten gemeinsam und zusätzlich aller Pegel gemeinsam ist ebenfalls möglich. Ein noch größeres Potential ergibt sich durch die Tatsache, daß alle Parameter der Waldorf – Geräte mindestens ein- bis zweimal beliebig moduliert werden können, so auch die Wavetablefahrt!! Der zweite Oszillator muß sich zwar derselben Wavetable bedienen, kann jedoch frei darin “herumfahren” und andersartig moduliert werden.
Ein zweiter Aspekt ist die freie Wahl des “Startsample”, also der Phasenlage der Wellenperiode. Wenn diese auf “free” steht, wird eine zufällige Phasenlage gewählt.
Mindestens 32 Wavetables gibt es. Dazu sind einige benutzerdefinierbar (z.B.: 12 Stück im Microwave).
Die Auflösung der Wavetable-Technik ist 8 Bit, also 256 mögliche Schritte, auf der Auslenkungs-/(y-)Achse. Um andere Töne zu erreichen, wird die Ausleserate verändert und interpoliert (Werte weggelassen bei niedrigen, hinzugefügt bei hohen Tönen!). Diese ist von ca.160kHz auf ca.44kHz geändert worden, denn das 8fache Oversampling wurde hier verwendet (eine Technik im Zusammenhang mit Wandlern zur “Verbesserung” – Hier muß ich auf die Fachliteratur verweisen).
Dies ist auch beim Sampling der Grund, warum Töne, die im Original auf “A” liegen, eine Oktave tiefer schon “verfremdet” wiedergegeben werden, da die Ausleserate dabei reduziert ist, für darüberliegende Oktaven aber zu viele Werte fehlen, um der höheren Ausleserate genügend Werte zu “liefern”. Die Waldorfgeräte haben den sogenannten “Micky-Maus-Effekt” nicht (im Gegensatz zu Samplern), da hier genügend Werte errechnet (interpoliert) werden, die Samplern nicht zur Verfügung stehen und sogar die “Interpolationsqualität” eingestellt werden kann. Oft wird auch die Auslesegeschwindigkeit in Samplern nicht geändert (nur Interpolation).
Doch zurück zum System: Da beim Microwave 2 nicht nur eine gespiegelte Halbwelle benutzt wird (64 Bytes), sondern eine ganze (128 Bytes), ein Relikt aus einer Zeit, in der Speicher noch sehr teuer waren, gibt es eine Verbesserung für viele Sounds (z.B. Pulsbreitenmodulation!). Hieraus ist auch die “Sample” Länge von 128 zu erklären.
Ein weiteres klangerweiterndes Mittel kann die Mischstufe sein. Diese hat eine 3 Bit Auflösung; also kann von 0 bis 7 geregelt werden. Auch ein Noisesignal (Rauschgenerator) läßt sich hier zuregeln (ebenfalls von 0-7). Dies alles ist beim Microwave 2 höher aufgelöst (128 Stufen) und erlaubt bessere Ein- und Ausblendung der drei Klangquellen. Die Besonderheit der Mischeinheit ist nicht nur die Modulierbarkeit, sondern daß sich ab der Summe der beiden Oszillatorenlautstärken von “8″ eine Verzerrung einsetzen läßt (Beim Microwave 2 ist dieser Wert entsprechend höher).
Dies alles wird mit einem Motorola 8 Mhz – 68000 Prozessor erzeugt, der etwa die Leistung eines Atari ST hat -der Microwave 2 wird mit einem 68331 und einem DSP 56303 bestückt und läuft mit 21 Mhz, was erheblich schneller ist, und zudem dieses Prozessorderivat auch Wandler enthält (kosten- / platzsparend).
Auch die zwei LFOs und die zwei Hüllkurven, sowie die achtstufige Wave-Envelope wird durch den Prozessor generiert. Der LFO 1 hat noch eine “Minihüllkurve”, die es ermöglicht, diesen ein- (“Attack”) und auszublenden (“Decay”) und vorher noch zu verzögern (“Delay”). Die Symmetrie ist einstellbar. Dies ist das Verhältnis von “Wellenberg” (“positiver” Teil) zu “Wellental” (“negativer” Teil) in einer Periode. Die Humanizefunktion bringt einen von 0-7 einstellbaren Zufälligkeitseinfluß auf die LFO-Geschwindigkeit mit ein, welche ebenfalls regelbar ist und im typischen LFO – Bereich “bis ca. 25Hz” liegt. Diese ist im Microwave 2 auf 100Hz angehoben worden, womit interessante Amplituden-, Filter-, sowie Wavemodulationen möglich sind, die FM-ähnlich klingen können! Die LFOs, haben fünf Wellenformen: Zufall, Dreieck, Sinus, Rechteck und Sample & Hold (“S/H”). Diese (S/H-) Funktion nimmt einen Zufallswert an und hält diesen, bis der “LFO – Geschwindigkeitszeitraum” abgelaufen ist, während die Einstellung “Zufall” (random) ständige Änderungen produziert. Die LFOs lassen sich miteinander synchronisieren (Gleichlauf), womit rhythmisch abhängige Modulationen möglich sind. Auch gibt es eine Phasenverschiebung gegeneinander, die in Grad eingestellt wird. Der LFO1 kann zusätzlich in seiner Geschwindigkeit und Intensität auch moduliert werden.
Die restlichen Hüllkurven sind in “ADSR”-Bauweise aufgebaut (siehe “3.1.1 Baugruppen”); die Filterhüllkurve hat noch einen Delayparameter vorgeschaltet, der den Pegel auf Null hält, bis die Attackzeit beginnt (“DADSR”). Alle Hüllkurvenparameter sind modulierbar, was extrem flexibel ist und mit sehr wenigen anderen Geräten überhaupt machbar ist! Der Wave und Microwave 2 haben eine zusätzliche erweiterte Hüllkurve, dafür keine Minihüllkurve in LFO1 und kleine Abweichungen bezüglich der Modulation des Delayparameters. Es gibt, wie im Wave auch im Microwave 2, sogenannte Modifier, die verschiedene Bearbeitungen der Modulationssignale zulassen (mathematisch / logische Operationen, Verzögerungsgeneratoren, u.a..) und eine Minihüllkurve ebenfalls simulieren lassen, kurz: vergleichbaren und verbesserten Ersatz bieten. Die Modulationen werden im Microwave 2 über eine (auf 16 Verbindungen) begrenzte Modulationsmatrix bedient, die das Konzept des “allesmodulierenden Monsters” zugunsten der Rechenzeit verringert (es zählt die “Updatezeit”, in der alle Werte neu berechnet sind – diese ist zwingend höher für die Geschwindigkeiten der LFOs etc..). Die Oszillatoren können dafür im Microwave 2 synchronisiert werden (Obertonveränderung)!! Außerdem gibt es Ringmodulation, -diese erlaubt metallische Klänge, wie oben beschrieben.
Die Oszillatoren-, Wavetable-, Verstärker-, Panorama- und Filterparameter etc… sind allesamt modulierbare Ziele, oft sogar mehrfach. Einige haben “Seitensteuereingänge” (“Sidechains” / “Ctrl. Input”), die die Modulationsquelle durch eine weitere Modulationsquelle steuern können. Z.B. LFO1 wird durch das Modulationsrad in seiner Intensität gesteuert, dieser LFO1 moduliert die Resonanz des Filters. Das Ergebnis ist eine Steuerung der LFO-Modulationsintensität auf den Resonanzparameter durch das Modulationsrad.
Als (Modulations-)Quellen stehen (u.a.) zur Verfügung: LFOs, Hüllkurven, MIDI-Controller, die Hüllkurve von LFO1, Keytrack, Anschlagdynamik… Außerdem gibt es zusätzlich oft benutzte, festverdrahtete Modulationsverbindungen, wie Filter-Cutoff (Filtereckfrequenz)-Steuerung durch Filterhüllkurve. Die Oszillatoren können nicht als Modulationsquelle zur Verfügung gestellt werden. Dies ist auch nicht üblich, außer in FM- oder AM-Geräten, die aber wiederum keine Wavetablesynthese anbieten. Durch die schnellen Microwave 2 – LFOs und die Ringmodulation / Sync(hronisation) wird aber soetwas trotzdem möglich!
Es gibt noch einige Funktionen für das spezielle Stimmen und Skalieren, sogar ein Programm zur Reinstimmung der Oszillatoren ist im Microwave zu finden: sobald ein Akkord gespielt wird, werden sie auf die “Reinstimmung” dieses Akkordes korrigiert, dies wird “Hermode-Tuning” (hmt) genannt und kann in “Keys 3/95″ gehört / nachgelesen werden. Die restlichen Funktionen werden nicht näher beschrieben… sie dienen weiterer Organisation und subtilerer oder speziellerer Klangformung und sind unterschiedlich in den Geräten realisiert. Auch die “SysEx-Steuerung” (= spezielle Befehle über die MIDI Schnittstelle zur kompletten Echtzeitsteuerung eines ganz speziellen Gerätes eines Herstellers) oder die Editierzwischenspeicher (mehrere!) sind keine Normausstattung, dienen aber ebenfalls der schnellen Rahmensprengung dieser Arbeit).
Ein letzter, aber sehr kreativer Punkt ist die Computereditierbarkeit der Waves und Wavetables. Es gibt ein additives Verfahren und die sogenannten UPAWs (User Programmable Algorithmic Wavetable = Benutzerprogrammierbare algorithmische Wellentabelle). Im additiven Modus kann eine Wellenform durch Veränderung der ersten 64 harmonischen Teiltöne eingestellt werden (die x-ten ganzzahligen Vielfachen des Grundtons im harmonischen Spektrum). Die resultierende Wave wird dargestellt und kann in einem Wavetable verwendet werden. Der Clou hierbei ist die Dynamisierung der (nun nicht mehr festen) Einzelspektren, die ja beliebig kombiniert werden können.

Die UPAWs benutzen verschiedene Syntheseformen wie FM Sy nt he s e, W av es ha pi ng (e tc. ..) u m W av etables zu errechnen, dabei gibt man zuvor die zugehörigen Parameter an und läßt so einen Wellensatz durch den Computer “offline” (nicht in Echtzeit) ausrechnen. Eine Mischung mit “normalen” Waves ist allerdings nicht möglich. Der Waldorf Wave kann zudem ein Sample in den Speicher holen und es in ein Wavetable umrechnen lassen, dabei wird das Sample in soviel gleiche Teile aufgeteilt, wie es Waves in einem Wavetable gibt, und für diese “Gesamtteilzeit” wird ein additives Spektrum errechnet (mit der “Fourieranalyse”) und eine Wavetable gebildet.

Der analysierte Zeitraum ist:
Samplelänge dividiert durch Anzahl der Waves in einem Wavetable.

Wenn das fertige Ergebnis nun durchfahren wird, hat man ein
“ungefähres” Abbild des analysierten Samples. Diese und andere Offlinealgorithmen können benutzt werden, manche im Wave sogar direkt nach Knopfdruck abhörbereit! Der Wave arbeitet mit einem Multiprozessorsystem (MC68000) und hohen Taktfrequenzen. Beim Computer und Microwave (2) – Verbund ist die Übertragung und Verarbeitung noch “dazwischen” und “bremst” etwas.
Soviel zu den wichtigsten Waldorfer Techniken. Das Wavesequencing der Korg Wavestation funktioniert nach einem ähnlichen System, allerdings mit Samples: Diese werden “anstatt” der Wellentabellen durch die Hüllkurve angewählt und bei Wechsel zu einem anderen Sample (durch einen anderen Modulationssteuerwert) in das dazugehörige, nächste Sample überblendet, hier wirklich überblendet und nicht “gemorpht”. Man hat hier auch eine Liste der Einzelsamples zu erstellen, was dem Waldorf – System prinzipiell nahe ist.

Hier ein Beispielausschnitt eines solchen Wavetable-Wellenverlaufes. Die mit Nummern bezeichneten “Waves” sind am Computer konstruiert, alle anderen sind interpolierte “Waves”:

Links: Eine “geloopte ” Wave-Envelope (Hüllkurve) zwischen dem sechsten und achten Segment. Jeder Punkt markiert ein Segment (siehe Wertetabelle darunter). Ohne Loop würde der Verlauf nach dem achten Segment beendet.

Rechts: Filterhüllkurve mit Modulationsquellen (Piktogramme).

nachtrag: dies ist der Microwave 2 bzw. Microwave XT (zum zeitpunkt des schreibens der diplomarbeit gab es den XT noch nicht!!)

Die Oszillator-,Wave-, Misch- und LFO-Sektion des Microwave mit allen Modulationquellen.

Mischer: Osc.Osc.2 Noise: rechts.

Die beiden LFO´s des WALDORF Microwave v.l.n.r.: LFO1,Minihüllkurve und LFO2

von l. nach r. : Lautstärke, Filter und Panorama – Einstellungen

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©96/97 mic.irmer (www.moogulator.com) – kopieren (auch Auszugsweise) ohne Genehmigung nicht gestattet.

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Digitale Synthesizer

2 Digitale Grundlagen
2.1 Was ist “digital”?

Bevor die Vorteile und die Technik von “Analog”- und “Digital” Synthesizern besprochen werden, ist es nötig, den Unterschied zu erklären: “digitale” Zustände kommen in der Natur nicht vor, es ist eine Technik der Vereinfachung durch Darstellung von physikalischen Größen in einem Zahlenraster. Konkret: eine Steuerspannung, die jeden Wert annehmen kann, ist formgleich; wie in der Natur; eine analoge wert- und zeitkontinuierliche Größe. Wenn man diese Größe als digital bezeichnen will, so bedeutet dies, sie wird als Zahlenwert auf einer ebenfalls gerasterten Zeitachse als diskrete Zahl ausgedrückt (Beispiel für die: y Achse: Auflösung: 8 Bit = 65536 Werte, dadurch ergeben sich Stufungen; erhöht man die Auflösung, werden die Stufen kleiner, aber niemals so fein wie das analoge “Soll-Pendant”; die x Achse: wieviele “Proben” werden genommen pro Sekunde?).
Um das digitale Signal dem Analogvorbild anzunähern, kann man:

- Die Anzahl (Auflösung) der Werte zwischen Maximal- und Minimalpunkt vergrößern (die Treppe hat mehr Stufen = feineres Abbild). Ein Analogwert ist stufenlos, der digitale muß hier zwischen zwei diskreten Werten unterscheiden (=”Quantisierung”) und kann nur innerhalb dieser Werte operieren.

- Mehr Werte auf der x-Achse entsprechen häufigerem “Abfragen”, also mehr Einzelproben, die “Samples” (Treppe hat schmalere Stufen = feineres Abbild). Häufigeres Abfragen erhöht die oberste hörbare, wiedergegebene Frequenz, muß also nicht “gegen unendlich” tendieren, wie der y-Wert, sondern kann im hörbaren Bereich bleiben. Hierbei sind noch andere Dinge wichtig, welche mit der Abtastung zusammenhängen. Zu nennen sei hier das “Nyquist-Theorem”, das ähnlich dem Effekt des scheinbaren Rückwärtslaufes von Filmen besagt, die doppelte Abtastfrequenz zu verwenden, um nicht ungewollt Wellendurchläufe zu “überspringen” und somit falsch wiederzugeben. Dies soll zugunsten des Umfangs der Arbeit nicht weiter vertieft werden.

Als Beispiel für die Reduktion einer analogen auf eine digitale Wellenform hier eine Prinzipskizze (Seite 6 oben) einer Sinuswellenform. Die Umwandlung ist nötig, um sie mit Computern weiterverarbeiten zu können.

“Analog” “Digital”

Ein letzter Punkt zur Verdeutlichung ist die praktische Umsetzung in die Realität: Ein Analogsynthesizer ist aus verschiedenen Baugruppen (also Modulen), welche eine bestimmte Funktion erfüllen, zusammengesetzt. Jede Baugruppe kann, wie bei analogen Modularsystemen gut zu erkennen, als eine in sich geschlossene, (fast) autarke Einheit gesehen werden, die mit anderen Modulen durch entsprechendes Patchen verbunden werden. Bei nicht- oder teilmodularen Systemen sind diese Verbindungen bereits ab Werk intern verdrahtet. Ein reiner Digitalsynthesizer besteht ebenfalls aus solchen Baugruppen mit dem Unterschied, daß sie als Computerprogramme (bzw. “Unterprogramme”) in Form eines Algorithmus bestehen. Diese (Einzel-)algorithmen besitzen die Möglichkeit zur Übergabe von Parametern zur Ein- und Ausgabe, welche mit den Patchkabeln zwischen den Analogmodulen vergleichbar sind.

Jetzt kann man erkennen, daß der Digitalsynthesizer eine Datenverarbeitungsanlage, ein Computer, ist. Dieser ist, weil er ja keine (analogen) elektrischen Spannungen oder verschiedene Schalldrucke verarbeitet, sondern mit Algorithmen (also Zahlen) umgeht, mit Wandlern ausgestattet sein, die das digitale “Signal”, also Zahlenkolonnen, in elektrische Spannungen (Spannungsschwankungen) umsetzen (und umgekehrt).
Die Vorteile der digitalen Geräte sind:-

leichter / preiswerter herstellbar-
reproduzierbare Ergebnisse / mögliche Verarbeitung durch Computer-
neue Funktionen leichter integrierbar / austauschbar
2.2 Sampling

Ein “Sample” ist die digitale Aufnahme eines Geräusches, welches oft als Erweiterung subtraktiver Synthesizer eingesetzt wird (siehe Kapitel “Synthesetechniken”), um Naturklänge oder Startphasen eines Klanges (sehr entscheidend zur Erkennung eines Instrumentes) authentischer und schneller zur Verfügung zu haben.

Um Samples zu benutzen, müssen diese im Speicher des Synthesizers (also des Computers im Synthesizer) abgelegt sein, welche entweder ab Werk fest in einem Chip (einem ROM = Read Only Memory, siehe dazu Abschnitt 2.3 Computer) oder von außerhalb in den Daten-Speicher des Synthesizers geladen werden. Dies geschieht durch Datentransfer über eine Schnittstelle oder Massenspeicher wie Disketten oder Festplatten. Eine übliche Methode ist die Benutzung von Analog- / Digital (A/D) – Wandlern, welche die Entsprechung bei der Ausgabe durch Digital / Analog (D/A) – Wandler sind. Hierbei gibt es viele Methoden. Die zur Zeit übliche ist die “Delta Sigma” Wandlung (Messung relativ zum vorangegangenen Meßwert).

Wie Tonhöhenänderungen erreicht werden siehe auch Kapitel 3.2.1.

Samples haben einen Start- und Endpunkt, sowie eine (oder mehrere) Schleifenbildungmöglichkeit(en) mit eigenen Start- und Endpunkten (“Loopstart- und Endmarkierung”). Die Schleife(n) sind für die Phase des Klanges, in der die Taste gedrückt bleibt, zuständig. So ist es möglich, auch einen Streicherklang “unendlich langzuziehen”, bis die Taste losgelassen wird (durch Wiederholen, also “Loopen” eines Teils des Samples). Der Ausklang kann auch oft mit einer zweiten solchen Schleife (“Loop”) belegt werden.

Professionelle und aktuellere Sampler haben zumeist eine komplette subtraktive Einheit mit “an Bord” und sind somit auch als Synthesizer zu sehen (wie zum Beispiel der E-mu “Emulator IV”). Die Oszillatoren haben hier Samples als “Wellenform”, die nachher eine Filtereinheit passieren, das heißt: dynamisches Verändern bestimmter harmonischer Teiltöne. Natürlich können auch die Grundwellenformen als Sample benutzt werden, digitale Oszillatoren sind oft ebenfalls in dieser Weise realisiert (andernfalls werden sie algorithmisch, also nach einer Rechenvorschrift in einem Programm erzeugt).
Deshalb kann man “Sampler” und “Synthesizer” nicht getrennt sehen, wie auch der “Workstation”-Begriff (Synthesizer mit eingebautem Sequencer und Schlagzeugsounds) lediglich auf eine Spezialisierung hinweist, und die Grenzen zunehmend verschwimmen oder gar nicht mehr zu erkennen sind.

Eine Auswahl einiger digitaler Synthesizer und Samplermodule:
Von oben nach unten (rechtes Foto):
- ENSONIQ ASR – 10 (Sampler mit Effektprozessor) & Wechselplattenlaufwerk
- YAMAHA TG-77 (FM-Synthesizer mit Samplewiedergabe = “AFM”)
( YAMAHA Effektprozessor SPX 900 )
- WALDORF Microwave (Hybrid Wavetable-Synthesizer)
- CLAVIA Nord Lead (digitaler virtueller “analog”-Synthesizer)
- E-MU Emulator IV (Z-Plane-Sampler)& Wechselplattenlaufwerk (nicht im Bild)
( ENSONIQ Effektprozessor DP/4 )

Von oben n. unten (Linkes Foto):
OBERHEIM Xpander
(Analog-Synthesizer)
KORG Prophecy
(M.O.S.S. Synthesizer)
ENSONIQ SQ80
(Hybridsynthesizer)

2.3. Computer
2.3.1 Hardware

Ein Computer ist eine Einrichtung zur Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe von Daten. Im Prinzip werden nur Kombinationen von “Einsen” und “Nullen”, genauer gesagt zwei Zuständen, wie z.B. “5 Volt” oder “0 Volt”, benutzt. Diese Zustände werden im Binär- (oder Dual-) System dargestellt, ein Zahlensystem mit der Basis zwei. Proportional zum dezimalen (Zehner-) System können die Stellen der Ziffern durch eine Potenz dieser Basiszahl dargestellt werden:

2343 (dezimal)= 2x 103 + 3x 102 + 4x 101 + 3x 100

Ein zweites Beispiel:
1001 (binär)= 1x 23 + 0x 22 + 0x 21 + 1x 20
Der Dezimalwert dieser Binärzahl entspricht dem Ergebnis der Potenzen (hier also “9″).

Die einzelnen Ziffern zeigen auch deutlich, daß der maximale Wert durch Hinzunahme einer weiteren Ziffer verdoppelt werden kann. Die Bitbreite (Datenwort), die ein Computer gleichzeitig verarbeiten kann beträgt meist 8,16 oder 32 (usw…). Obwohl ein Byte = 8 Bit sind, ist es unüblich, die Prozessorwortbreite in Byte anzugeben. Nun aber erst einmal zur technischen Seite, um die Fremdworte zu erklären:
Das obige zweite Beispiel ist eine 4-Bit Zahl. Will man die Gesamtspeicherkapazität angeben, so kann man die üblichen Bezeichnungen der Physik verwenden, also “1 KiloByte” für 1000 x 1 Byte = 1024 Byte, abgekürzt “1 kB”. Die 1024 ergeben sich durch 8 Bit, die 1 Byte enthält.

Zentrales Element des Rechners ist die CPU (Central Processing Unit = Prozessor), welche(r) aus Rechenwerk, Steuerwerk und einem kleinen Speicher (=”Register”) besteht. Diese CPU ist über Busse / Bussysteme (=parallele Leitungen, die die Information, jene oben beschriebenen Binärinformationen, weiterleiten) mit dem eigentlichen Arbeits- und Datenspeicher (RAM und ROM, siehe unten,) sowie der Ein- / Ausgabe verbunden, z.B: Tastatur, Display oder Wandler (eine Einrichtung zum Umsetzen von analogen in digitale Signale und umgekehrt). Ein Taktsignal bringt den Prozessor dazu, den nächsten Schritt, einen Befehl, auszuführen. Genauer: den Befehlszähler “weiterzuschalten”, bzw. Zwischenschritte zur Lösung mathematisch – logischer Probleme “weiterzuschalten”.

Hier die wichtigsten Bestandteile und Bezeichnungen eines (rudimentären) Computers:

Befehl: Eine Anweisung an das Rechenwerk oder den Befehlszähler, eine logische Operation durchzuführen, z.B.: Springen (bedingt oder unbedingt), addieren, o.ä. (…)

Betriebssystem: Programm, das die Grundfunktionen des Systems enthält (wird vom Anwender nicht geändert), jedoch die Benutzeroberfläche, die “Schnittstelle” zwischen Mensch und Gerät (Bekannte Betriebssysteme sind u.a.: “Mac OS”, “Windows ´95″ oder “OS/2″ bei Computern).

Bus: Eine Reihe von parallelen Leitungen zur Übertragung der binären Information:
Adressbus: Wählt eine Speicherzelle oder einen Speicher der Ein- / Ausgabe an (Synthesizer: Der Wandler soll einen Wert auslesen oder hineinschreiben oder: Displayausgabe anwählen, usw…).
Datenbus: Ein Wert wird hier ein- / ausgegeben (z.B: Ausgabe des Wertes an das Display: Es soll “Attack=12″ anzeigen).
Steuerbus: Synchronisation aller Rechnerkomponenten und Organisation.

EPROMS / EEPROMS: “Festspeicher” – ROMs, die löschbar und beschreibbar sind. Das doppelte “E” (für “electrical eraseable”) deutet auf die generell elektrisch mehrmalige Lösch- und Beschreibbarkeit hin. Dieses Bauteil wird oft verwendet für die Parameterspeicherung der Einzelklangprogramme, die einfacheren EPROMs hingegen werden gern für das Betriebssystem genutzt, da es nicht sehr oft ausgetauscht werden muß (“Eraseable Programable ROM” = begrenzt häufig löschbares ROM). Diese Speicher werden nicht durch Ausschalten gelöscht.

Hardware: Die Technik, (“festverdrahtet”).

Programm: Eine logische Folge von Befehlen (Arbeitsanweisungen), welche aus einem festbegrenzten und für diesen Prozessor (CPU) genormten Vorrat von Befehlen aus einer Gesamtvorratsliste besteht.

Rechenwerk: Der Prozessor-Teil, in dem (z.B.) addiert wird, also der Befehl ausgeführt wird, wie etwa: “Eine Zahl aus dem Daten – Speicher holen, zu einer anderen hinzuaddieren und das Ergebnis in einer weiteren Speicherzelle ablegen”.

Schnittstellen / IO-Ports: Verbindungen mit anderen Geräten über genormte, physikalische “Hardwarekommunikationsverbindungen” und Softwareprotokolle zur Steuerung der Datenübergabe. Hierüber werden andere Geräte angeschlossen, wie Drucker oder Synthesizer (über MIDI = Musical Instrument Digital Interface = Normschnittstelle für Musikinstrumente). “IO-Ports” steht für “Input – Output – Anschluß”, also Ein- / Ausgabebausteine, bzw. Schnittstelle(n).

Software: Programme und Daten, (“veränderbar”).

Speicher: Der Speicher ist eine Einrichtung aus einzelnen “Speicherzellen”, die durch den Adressbus angewählt werden. In einer solchen “Speicherzelle” ist eine Zahl gespeichert, die auch wieder über den Datenbus ausgelesen, gelöscht oder überschrieben werden kann. Dabei gibt es das RAM (Random Access Memory = Speicher mit freiem Zugriff) als Arbeits- und Datenspeicher, aus dem Daten ausgelesen und geschrieben werden können und das ROM (Read Only Memory = Nur – Lese – Speicher), aus dem nur gelesen werden kann. Hier stehen für den Anwender unveränderliche Daten. In Synthesizern sind das u.a.: Tastatursteuerung, (Werks-) Sampleklänge / (Werks-) Sounds (=Parameter dieser Klänge).
Es gibt auch die Möglichkeit, das Betriebssystem in ein RAM zu laden und bei jedem Neustart (über Diskette / Festplatte) jedesmal erneut alle Daten zu laden. Meist ist das Betriebssystem von Synthesizern jedoch im ROM zu finden. RAMs werden gelöscht beim Ausschalten, (E/EP)ROMs nicht. ROMs behalten ihren Inhalt ebenfalls. Eine Akkupufferung der RAMs ist eine Möglichkeit, um dieses Problem zu umgehen.

Steuerwerk: Koordiniert den Ablauf des Programms. Es weist das Rechenwerk an, einen Befehl umzusetzen und das Ergebnis in den prozessorinternen Zwischenspeicher zu bringen, bzw. in / aus dem Speicher (RAM / ROM) zu lesen, wo Daten (etc…) gelesen oder gespeichert werden sollen.

Die Aufgaben sind:

1.Adressierung (Anfahren einer bestimmten Speicherzelle)
2.Auslesen
3.Decodierung (Heraussuchen des Befehls aus der “Vorratsliste” / Anweisung des Rechenwerkes)
4.Ausführung eines Befehls eines Programms anzuweisen.
Noch einige Worte zu logischen Verknüpfungen und Operationen:
Jede der verschiedenen Befehle für das Rechenwerk (alle mathematischen Operationen, jedoch nicht die “unbedingten Sprungbefehle”) werden durch ihre Kodierung ausgewählt, z.B.: Befehl “011″ kann bedeuten: “addieren” oder: “durch eine UND Logikoperation verknüpfen”.. Sprungbefehle werden zwar auch in dieser Art kodiert, führen aber nur zur Änderung des Befehlszählerstandes.

Hier exemplarisch die Arbeitsweise des logischen “UND”:
Die Wertetabelle für das logische UND lautet:

Bei Variable 1 Variable 2 Ergebnis
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Nur wenn Variable 1 UND Variable 2 = 1 sind, ist das Ergebnis 1. Solch eine Wertetabelle wird aufgestellt und dann in Form einer Schaltung realisiert, auch bei anderen logischen Verknüpfungen.

Beim logischen ODER wäre dies also:

Bei Variable 1 Variable 2 Ergebnis
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

Wenn Variable 1 ODER Variable 2 gleich 1 ist, ist das Ergebnis 1.

Man kann der besseren Anschauung wegen auch “wahr” und “falsch” benutzen (statt “0″ und “1″) oder auch “offene” und “geschlossene” Schalter, etc.. Bei Benutzung von Schaltern ist die Reihenschaltung zweier oder mehrerer Schalter mit der UND Schaltung identisch, die Parallelschaltung hingegen entspricht dem logischen ODER.

Interessant ist, als letztes Beispiel, der Addierer für binäre Zahlen, stellvertretend für andere Funktionen hier beschrieben:

Wenn Ziffer1 und Ziffer2 binär addiert werden, gibt es nur diese Möglichkeiten:

0+0=0 ; 0+1=1, bzw. 1+0=1 ; 1+1=1.

Zusätzlich muß für die nächst höherwertige Stelle ein “Übertrag” gesetzt werden (“Übertrag =1″). Wenn kein Übertrag mehr gesetzt wird, ist somit das maximal errechenbare Ergebnis erreicht, bzw. begrenzt durch die Stellenanzahl! Das “Additionsergebnis” ist ein logisches “ODER” -Verhalten. Der Übertrag ist ein logisches “UND” (beides natürlich Verknüpfungen zwischen den beiden Ziffern als Variable).

Nun erkennt man die Realisierbarkeit aus logischen Funktionen von mathematischen Problemen! Die Gesamtheit der mathematischen Befehle sind in einem Arithmetik- und Logik – Netzwerk im Rechenwerk enthalten. Des weiteren enthält es “Register” als Zwischenspeicher (1 Byte groß). Auf dieser Ebene rechnet der Computer jeden einzelnen Befehl (jede Zahl nacheinander) aus.

Es können in neueren Prozessoren theoretisch auch parallel Zahlen addiert werden, dies beschleunigt den Rechner dadurch, daß er innerhalb eines Prozessor – Taktschritts mehrere Zahlen bereits addiert hat. Die Wortbreite des Prozessors muß natürlich entsprechend groß sein.

Ein aktuelles Beispiel für die Anwendung des parallelen Ausnutzens des gesamten Prozessorbusses (etc…) ist “MMX” für Intel Pentium- Prozessoren.

2.3.2 Software

Als Befehlstypen für die Software gibt es für den einfachsten Rechner somit: Transferbefehle (Speicher- und Registerinhalte vertauschen oder mit einem Wert “laden”), Sprungbefehle und Rechenoperationen sowie organisatorische Befehle (z.B: Stop).

Wie sieht dies nun praktisch aus? Es wird eine Software (ein Programm) geschrieben, welches alle logischen Schritte zu einer Problemlösung enthält und nacheinander abarbeitet: Die Summe dieser Einzeloperationen führen dann zum Ziel, wie z.B: Die Errechnung einer Sinuswelle, die Filterung oder das Lauter- und Leiserwerden durch eine “Hüllkurve” gesteuert, die in Echtzeit berechnet werden muß, d.h. sie ist nun “nur” ein Programm, bzw. ein Programmteil! Es gibt hier Sprünge und Unterprogramme, die eine bestimmte Aufgabe haben..

Ein fiktiver Computer soll eine positivflankige Dreieckswellenform ausgeben, beherrscht aber nur die Befehle “addieren”, “subtrahieren”, “springen” und “Transferbefehle”, die durch den Prozessor vorgegeben sind. Dies könnte so aussehen:

Die komplette Befehlsliste wäre hier zunächst zu definieren (durch den Hersteller bereits getan). – Alle möglichen Aufgaben, die der Prozessor (CPU) beherrscht, sind die folgenden:

Befehlsnummer: Befehl:
(Maschinenbefehl)
000 Setze (Wertzuweisung einer variablen Speicherzelle des Prozessors = Register)
001 Addiere x (Addition eines Wertes zum jetzigen Registerwert)
010 Subtrahiere x (Subtraktion vom aktuellen Registerinhalt)
011 Springe nach x, wenn reg
(Sprung zu einer anderen Befehlszeile im Programm Befehlszähler=x, wenn Bedingung erfüllt).
100 Springe nach x, wenn reg=0 (dito)
101 Gehe zu x (unbedingter Sprung zu einer Befehlszeile (Befehlszähler=x).
110 Transferiere Register nach Adresse y
(der Registerwert wird in eine andere Speicherzelle/Ausgabe geschrieben).

Die Synthax (eine formale Regel der Befehlsstruktur) ist hierbei:

(Befehlsform:=) Befehl (was soll getan werden?), Variable (wo sind die Daten?)

Ein Programm zu obigem fiktivem Problem lautet:

Maschinenbefehl Befehlszähler: Befehl:
000,0 0 Setze reg = 0.
110,adr 1 Transferiere Registerinhalt nach “Ausgabeadresse”.
001,1 2 Addiere zum Registerinhalt 1 hinzu (reg=reg+1).
011,max 3 Ist reg < maxmum? Dann springe nach Programmnummer 1.
110,adr 4 Tranferiere Registerinhalt an Ausgabeadresse.
010,1 5 Subtrahiere von Registerinhalt 1 (reg=reg-1).
100,0 6 Ist reg=0 ? Dann springe nach
Programmnummer 4.
101,1 7 Gehe zu Programmnummer 1
(zurückspringen nach oben / auf Befehlsnummer 1 springen,
also Befehlszähler auf 1 setzen).

adr=Ausgabeadresse; max=Maximaler möglicher Wert;
reg=variables Prozessor-Speicherregister (der sogenannte “Akkumulator”)

Diese Maschine braucht 3 Bit zur Kodierung aller Befehle. Eine weitere Bitfolge, welche durch die Breite des Busses begrenzt ist, ist für den eigentlichen Wert, z.B: bei 8 Bit Wortbreite gibt es 65536 Zustände (Die Zahlen 0 bis 65535); kleinere Stufungen als zwischen den Ziffern (also Kommastellen) sind nicht möglich.

Der Wandler kann diese Wertefolge sooft pro Sekunde ausgeben (und halten), daß ihre Frequenz von der Geschwindigkeit des Rechners abhängig ist (taktabhängig). Dieses Beispiel müßte daraufhin optimiert werden, auf ein Signal der Tastatur mit der richtigen Frequenz der Dreieckwelle zu reagieren, denn das Programm gibt in dieser Version nur ein steigendes, dann fallendes “Signal” aus, was natürlich nicht sehr realitätsnah ist. Wenn nun eine Modulation zu dieser Frequenz noch hinzukommt (aufmoduliert werden soll), muß dieses Programm abermals eine Änderung erfahren; gemäß des Standes des Pitchwheels (“Tonhöhenbeugungsrad”) muß dann sein Wert “aufaddiert / subtrahiert” werden. In der Praxis werden andere Verfahren benutzt, dazu später mehr..

Das Programm arbeitet so, daß es zunächst einen Wert definiert (Null) und ihn danach, durch Zuzählen von “Eins”, steigen läßt und dies wiederholt, bis der Maximalwert erreicht wurde. Dann verläßt es die bedingte Schleife (Befehle 1 bis 3), und danach wird immer wieder “Eins” subrahiert, bis “Null” erreicht wird. Die nächste bedingte Schleife (Befehle 4 bis 6) wird dann beendet. Hernach wird ein Sprung zu dem Punkt initiiert, nachdem der Wert zum ersten Mal auf “Null” gesetzt wurde, was eine Endlosschleife darstellt. Der Transferbefehl steht für das “nach außen bringen” des errechneten Wertes, ohne den das Programm sinnlos wäre.

Anhand dieses sehr einfachen Programms kann man nun sicher jeden logischen, einfachen Einzelschritt leicht nachvollziehen, und es wird für die Realisation eines Synthesizers wesentlich klarer, wie so etwas generell programmiert werden kann. Wichtig ist vor Allem das Wissen, daß es sich nur um die Gesamtheit vieler ineinander verschachtelter Programmteile handeln kann (und muß). Die einzelnen Operationen sind sehr einfach.

Die Befehlsstrukur eines modernen und leistungsstarken Power – PC – Chips, wie er beispielsweise in einem Apple Macintosh Computer verwendet wird, erreicht um die einhundert verschiedene Befehle, es kommt nur auf die sinnvolle, gut strukurierte und geplante Programmierung mit einfachen Befehlen an, die die “Intelligenz” der Software ausmacht! Die “Intel”-Prozessoren arbeiten nach einem anderen Prinzip, nämlich mehr Befehle zu beherrschen, dafür aber mehr Taktzyklen zu benötigen – es gilt auch hier: aus “ein wenig mehr” Befehlen das Programm logisch zu strukturieren, etc… Welche Prozessorstrukur verwendet wird, ist prinzipiell völlig irrelevant, und außerdem erleichtern Programmiersprachen diese Arbeit und sind für alle Rechner erhältlich (zur Zeit meist “C++”). Diese arbeiten auch mit Befehlen, welche schon eine Kette der (oben erklärten) Maschinen-Befehle beinhalten und danach übersetzt (“compiled”) werden in die computereigene Maschinensprache (auch “Maschinencode” oder “Mnomics” genannt). Innerhalb dieser Sprache sind selbstverständlich auch Schleifen (etc…) möglich, sowie die Bildung einer Bibliothek aus Programmen, welche oft verwendet werden, wie etwa die Eingabe, Fourieranalyseberechnungen, Bildschirmausgabe, Zeichnen eines Kreises, usw…

Nun zu der tatsächlich verwendeten Methode der digitalen Oszillatoren, welche eine bestimmte Wellenform ausgeben können. Eine Methode ist das Auslesen einer Liste (“table – lookup”-Verfahren) von Werten aus dem ROM, welche die Wellenform (keiner bestimmten Frequenz) beschreibt, eine Kurvenform, wie z.B. eine Sinuswellenform. Die Auslesegeschwindigkeit für einen Durchlauf – Zyklus (Eine komplette “Wellenberg- und Talfahrt” = eine Periode) ist bestimmend für die jetzt hörbare Frequenz, die auch von anderen Quellen leichter modulierbar (beeinflußbar) ist. Denn auch hier gilt: Ein Durchlauf pro Sekunde entspricht einem Hertz. Ein Vielfaches durchlaufen ergibt die entsprechende Wunschfrequenz. Die Anzahl der Werte in dieser Tabelle ist allerdings auch begrenzt und wird durch Weglassen oder Interpolieren (s.u.) angeglichen, um alle Tonhöhen zu erreichen. Dieses Verfahren ist verhältnismäßig wenig rechenintensiv, da die Werte schon direkt zur Verfügung stehen und nur “angepaßt” werden.

Die zweite Möglichkeit, die mehr “Echtzeitberechnung” erfordert, ist die algorithmische Generation der Werte, also ein rein mathematisches Erzeugen dieser Wellenform, was selbstverständlich nicht mit “Natur-Samples” funktioniert. Aber Möglichkeiten wie “Pulsbreitenmodulation” (dies ist das Verändern, bzw. Verschieben der Symmetrie einer Rechteckwelle) oder jede andere mathematisch beschreibbare “Wellenformänderungsart” sind ohne große Samplespeicher realisierbar, solange der Computer noch “Rechenpower” übrig hat.
Des weiteren ist bei der Verwendung von Samples (eine sehr gebräuchliche Methode in aktuellen Geräten), ähnlich dem obigen Verfahren, die veränderte Auslesegeschwindigkeit (“sample rate”) der gespeicherten Samples zur endgültigen Frequenzsteuerung eine potentielle Variation, die ältere Sampler verwendeten. Auch Kombinationen aus beiden Verfahren gibt es.
Die Software kann bei allen Verfahren um neue Basiswellenformen, sogar “Wellenformverläufen”, erweitert werden und ist prinzipiell jederzeit erweiterbar…
Die bei höherer Ausleserate “fehlenden” Werte werden durch die sogenannte “Interpolation” berechnet. Interpolation bedeutet hierbei zwischen dem aktuellen und dem nächsten Wert einen “Mittelwert” zu bilden. Wichtig ist das nahtlose Übergleiten in einen anderen (den nächsten) Wert. Die benutzen Verfahren sind verschieden. Im obigen Verfahren benutzt man es zur Ergänzung fehlender Werte anhand gespeicherter Werte.

Eine andere Anwendung dieses Prinzips an ganz anderer Stelle soll hier kurz erwähnt werden:
Der Clavia “Nord Lead” kann zwei Sounds ineinander überblenden, indem deren aktuelle Parametereinstellung gleichförmig in den “zweiten Parametersatz” übergeleitet werden:
Während ein Parameter “Cutoff” des Werte – Bereichs 0-127 von “45″ auf “122″ gebracht werden muß, kann ein anderer Parameter “Waveform OSC1″ des Werte – Bereichs 0-2, also “Dreieck”, “Sägezahn” oder “Rechteckwelle” von “1″ auf “2″, also von “Sägezahn” auf “Rechteck”, gebracht werden und dies in entsprechendem Verhältnis in derselben Zeit. Diesen Weg empfindet man als “morphing”, denn es ist keine Überblendung im Sinne einfacher Lautstärkebalanceregelungen, daher ist der Begriff “Überblenden” hier und im weiteren Verlauf nicht wörtlich zu nehmen. Bekannt ist diese Technik auch im Grafikbereich.

Einen Eindruck dieser Überblendungsberechnung kann man auch grafisch aus der Wellentabelle des Microwave bekommen (Abbildung in Kapitel 3.2.1).

Aufgeräumt: Der CLAVIA Nord Lead mit “parametermorphing” von innen (2 DSPs unter mittleren Platine). Links: DSP und Prozessor (quadratisch), sowie Software-EPROMS (etikettiert).

2.3.3 Modulation
(Performance – Probleme mit digitaler Technik)

Auch wenn das Synchronisationsproblem des fiktiven Beispielcomputerprogramms gelöst ist, z.B. durch zeitsynchrone Programme, interne Uhr etc…, gibt es nun die Aufgabenstellung der begrenzten Taktgeschwindigkeit und damit auch eine begrenzte Arbeitsgeschwindigkeit. Dies ist die Rechenleisung, genannt “performance”. Das bedeutet auch: Ein superschnelles “Algorithmus-LFO” (s.u.), eine “Hüllkurve” etc.., also viele zeitaufwendige Modulationen brauchen mehr Performance und müssen begrenzt werden durch diese Maßnahmen:

A. Eine begrenzte Anzahl der modulierenden Quellen.

sowie

B. EineGeschwindigkeits und Auflösungsbegrenzung der Modulatoren (Beispielsweise: LFOs = Niederfrequente Oszillatoren, die maximal auf 30 Hz beschränkt sind). Oftmals auch in Form der “Updatezeit” des Systems.

Diese Anforderungen werden sicher durch die Wünsche der späteren Käufer gesetzt, und danach richtet sich auch die Leistung der Hardwarezusammenstellung (Prozessor, Taktfrequenz etc..) und dessen Geschwindigkeit / Effizienz.

Ein praktisches Beispiel: Die Firma Waldorf muß zur Erstellung des “Microwave 2″ einige Überlegungen anstellen, um “Performance zu sparen”: Man ist entschlossen, zwei LFOs mit einer maximalen Frequenz von 100 Hz, 10 Stimmen, 2 Multimodefilter (24 dB und 6 dB) usw… zu realisieren. Dazu nimmt man im Vergleich zum Vorgänger “Microwave” nicht nur eine neue Hardware (zwangsweise mit höherem Takt und (oder) schnellerem Prozessor), sondern spart Dinge ein, wie MIDI Filter pro Multimodesound (um MIDI-Controller oder Programmwechselbefehle jeweils einzeln pro Sound auszufiltern) oder Modulationsverbindungen etc..
Dadurch ergibt sich: Da diese Funktionen selten alle gefordert wurden, bekam die Hardware “etwas Rechenzeit zurück”, die für mehr Stimmen oder Filtermöglichkeiten oder auch die neue “Ringmodulation” (Erklärung: s.u.) frei nutzbar ist. Die Frage, was nun erreicht wird, (oder was evtl. weggelassen werden kann) ist Firmenpolitik oder eine Finanzfrage…
Zumindest sind theoretisch keine Grenzen -außer der Rechner Performance- gesetzt, jeder Funktion mehr oder weniger Möglichkeiten einzuräumen. Auch “nur” durch eine andere, verbesserte Software, die im Fall “Waldorf Microwave 2″ von außen nachträglich änderbar ist, kann das System total umfunktioniert werden. Hiermit werden Optionen möglich wie etwa ein Angebot, eine Funktion, welche der Käufer gerne implementiert hätte, zu verbessern oder erstmals zu integrieren. Sehr deutlich wurde dies durch ein Gespräch mit dem Waldorf-Spezialisten mit etwa dem Fazit: “Wenn ich herausbekomme, wie die Softsynchronisation funktioniert, liefern wir sie im nächsten Update sofort nach”.
Oft kann ein Programm noch optimiert und eventuelle Fehler beseitigt werden. Als Beispiel sei schließlich das Update (=neue Softwareaktualisierung) des Clavia “Nord Lead” erwähnt, welcher mit derselben Hardware nun mehr Filtertypen, einige Drumsets (“elektronische Schlagzeugsounds”) und diverse andere Verbesserungen bekam, denn auch für den Hersteller ist es von Vorteil, ein stets aktuelles Gerät auf dem Markt zu haben. Dem schon erwähnten Microwave 2 gab man daher auch die Möglichkeit mit, ihm über die MIDI-Schnittstelle ein neues Betriebssystem zu senden, welches sich dann praktisch auf einer Diskette für gängige Sequencer-Programme -wie Steinbergs “Cubase”- leicht verwirklichen läßt. Es ist schließlich auch möglich, dieserart Daten über eine Mailbox oder das Internet zu beziehen…

Um ein anderes System zu nennen und nocheinmal zu verdeutlichen, wie offen und flexibel die Konstruktionen selbst sein können: Die Quasimidi “Rave-O-lution 309″ ist ebenfalls ein Computersystem, welches prinzipiell auch andere Funktionen übernehmen könnte. Dieses Gehäuse und diese Bedienelementeform hat man dem Gerät “mitgegeben”, um mit einer Spezialisierung auf Drums und Bass, sowie der Livetauglichkeit und spontanen Änderungsmöglichkeit der Parameter entsprechend gerecht zu werden und diese perfekt meistern kann. Eine Softwareänderung (in z.B. einen “FM Synthesizer”) wäre hier natürlich wenig sinnvoll und mit einem “500´er Mercedes” zu vergleichen, der jetzt zu einem Transporter umgebaut werden soll, nur weil er die gleiche Motorleistung hat.
Ein letztes Beispiel sind offene Computersysteme wie Symbolic Sounds “Kyma”. Die Synthesestruktur ist völlig frei definierbar, und man kann sich hier sein “digitales Modularsystem” selbst konfigurieren und parametrisieren: Es ist alles eine Softwarefrage und vor allem eine Rechengeschwindigkeitsfrage, wie flexibel der neue “virtuelle Synthesizer” jetzt ist, denn man hat nicht die Limits durch ein spezielles Gehäuse. Selbst der vielseitige Korg “Prophecy” kommt hier kaum mit..

Oben: Die Innenansicht des WALDORF Microwave. Rechts: Prozessor und Software-EPROMs.
Unten: YAMAHA TG77 FM-Synthesizer mit Samples (offen).

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WALDORF…
Wavetables can be extracted from WAV files using emagic sounddiver (used only today! mac: on apples site for some time, pc: used only) . but what kind of sample makes sense?
you might select 10 waves to let sounddiver convert the sample (WAV format) to the wavetable spectra , one single wave is simply one sonic spectra. of course you CAN choose up to 60 waves, but it sounds very rough and isn’t worth it! so my recommendation is: use around 10 waves.. depending on the changing of the sound.

how about the resolution and samplerate?.. I found it best using silly 8bit WAVs to “feed” sounddiver, the sample should be SHORT and LOFI because it will be reduced to lofi anyway ;)
Buuut: it works with 16bit and lots of khz, too ;) my best resolt came form 8bit at any samlerate.. 22-48 as you like..

Never try phasing or chorusing sounds or something with lots of phase stuff!!

Also noisy sounds do not work well because of the way it is analysed:
You get some spectra out of it that are still additive, and of course you cannot to noise (white or pink)!!

So the “nicer” sounds will work better.. The dirty ones will not work thaaat good..

Hope this helps..

In fact you should better use the wavetable analysis for the spectra-way-of -thinking.. Means: basic waves for making sounds, not really “sampling” something! it will always sound bad this way.. But spectra will always sound good..

Some FM spectra, try some samples and extract some useful waves to make a nice interesting wavetable instead of drawing it all.. ;)
about the waves.. and how it works..

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5. Literaturverzeichnis
monatliche Zeitschriften:

- Keys 1/97, PPV Presse Project Verlags GmbH, Bergkirchen-

Keyboards 4/86, 5/86, 6/86
MM-Musik Media Verlag GmbH, Augsburg

sowie die Informationen dieser Zeitschriften seit 1985…

Bücher:

- Marc Vail, Vintage Synthesizers,
1. Auflage, 1993, GPI / Miller Freeman Books
San Francisco

- Dr.Ing. Hans-Jochen Bartsch,
Taschenbuch mathematischer Formeln,
16.Auflage 1994, Fachbuchverlag Leipzig-Köln
Leipzig

- Matthias Becker, Synthesizer von gestern,
1. Auflage, 1990, MM-Musik Media Verlag
Augsburg

- Europa / H.Häberle, Tabellenbuch Elektrotechnik,
11.Auflage, 1984, Verlag Europa Lehrmittel, Nourney, Vollmer,
Wuppertal

Verschiedenes:

- Informationen und Bedienungsanleitungen der exemplarischen Firmen Waldorf, Symbolic Sound, Clavia

- sowie sehr viele persönliche Informationen / Aufzeichnungen des Autors..

…
6. Bilderverzeichnis

Seite 4 – Foto: YAMAHA CS-80 (fotografiert von Dieter Stork)
Matthias Becker, Synthesizer von gestern,
Seite 71 unten rechts,
1. Auflage, 1990, MM-Musik Media Verlag
Augsburg

Seite 6 – Grafik / Prinzipskizzen: vom Verfasser selbst
(analog <>digital)

Seite 8 – Foto: vom Verfasser selbst (diverse Synthesizer)

Seite 18 – Foto: vom Verfasser selbst (CLAVIA Nord Lead, offen)

Seite 21 – Foto: vom Verfasser selbst
(WALDORF Microwave, offen)
Foto: vom Verfasser selbst
(YAMAHA TG77, offen)

Seite 25 – Grafik / Skizzen: vom Verfasser selbst (Filterkennlinien)

Seite 28 – Grafik: vom Verfasser selbst
(WALDORF Microwave Parameter für Modulationen, Oszillatoren, LFOs & LFO-Hüllkurve, Mix, Wave/table)

Seite 35 – Grafik: vom Verfasser selbst
(WALDORF Microwave: Wavetable-Ausschnitt / Interpolation, Wave-Hüllkurve, Filter-Hüllkurve mit Modulationen)

Seite 38 – Grafik: vom Verfasser selbst
(Beispiel für FM-Synthesizer: Hüllkurven, Skalierung
und “Algorithm” für YAMAHA TG77)
Anmerkung: Einige Grafiken wurden unter Zuhilfenahme des Programms “EMAGIC Sounddiver für Apple Macintosh” erstellt.

ANHANG
8. Demo-CD (Inhalt)

Nach dem Schema dieser Arbeit ist auch die beiliegende Demo CD gestaltet worden: hier sind einige Beispielklänge/Sequenzen sowie rein elektronische Demo-Stücke, welche unter meinem Bandnamen “Consequence” bereits erschienen sind. Sie sollen exemplarisch zeigen, was möglich ist.
Das erste Musik-Stück (Index 33 – Consequence: “{this is our} 1.st contact”) ist ein extra für die SfT erstellter Remix. Hier finden sich fast alle Instrumente auf dem Foto von Seite 8 wieder (alle außer: CLAVIA “Nord Lead”).
Außerdem liegen noch Vinylsingles bei, welche ältere (selbstproduzierte) Stücke enthalten.
DOWNLOAD der CD TRACKS BIS AUF WEITERES
HIER SYNTHDIPLOM AUDIO unten!!:

Nun die Erklärungen zu den Audiospuren (“Tracks”):

CD – I N H A L T

mp3s zum download: die tracknummer klicken!!

- Track 01: Vergleich: ANALOG < > DIGITAL
Zwei kurze Sequenzen mit 24dB/Okt. Filter (Hüllkurvensteuerung):
a: Oberheim Xpander (analog)
b: Clavia Nord Lead (digital)

- Track 02: Sampling
a: scheinbar “endloser” Klang aus dem Emulator IV (geloopt)
b: einige geänderte Schlagzeugsamples (Emulator IV) mit anschließendem
gelooptem “Metallsample” (Ensoniq ASR-10). Die Looplänge wird moduliert
(verkürzt), bis sie gleich “0″ ist.
c: ein bearbeitetes Sample mit subtraktiver (Bandpaß-)
Synthesizernachbearbeitung (Emulator IV)

- Track 03: Interpolation
Zwei Parametermorphingverläufe aus dem Clavia Nord Lead:
a: zunächst der Ausgangsklang
b: der Alternativklang
c: der Verlauf.
d, e, f: dito, mit anderen Sounds /Parametern

- Track 04: Modulation
a: ein Basslauf aus dem Korg Prophecy mit
modulierendem Cutoff, Hallanteil und Filterhüllkurve
b: ein LFO wird von 60Hz bis 0.2Hz “abgebremst”
(LFO beeinflußt mehrere Parameter) ein Klang aus dem Prophecy
c: eine interessante Ensoniq SQ80-Klangstruktur mit starkem LFO-Einfluß
d: eine vielstufige geloopte Hüllkurve steuert diesen (Waldorf Microwave) Klang
e: ein komplex modulierter FM-Klang (Yamaha TG77)

- Track 05: Baugruppen / Synthesetechnik
Diese Sounds sollen die Hüllkurvensegmente / LFOs deutlich machen:
a: ein ADSR-Hüllkurvengenerator steuert den 24dB LPF – Cutoff (Nord Lead)
b: ein LFO moduliert den Filter – Cutoff. Die Intensität wird verändert, dann die Geschwindigkeit
-
Track 06: Synthesetechnik
Oszillatorsynchronisation (sync) mit dem Ensoniq SQ80
-
Track 07: Oszillatorsynchronisation (sync) mit dem Prophecy
-
Track 08: FM-Synthese mit dem TG77: glocken/metallähnliche Klänge sind typisch
-
Track 09: FM-Synthese mit dem Nord Lead – die Modulator-Frequenz wird verändert die Trägerfrequenz bleibt gleich. Zwei Oszillatoren werden verwendet
-
Track 10: hier wird die FM-Intensität verändert (Nord Lead) -
Frequenzen bleiben gleich
-
Track 11: Puls-Symmetrieänderung (Pulsbreitenmodulation) mit dem Nord Lead
a: Die Pulsbreite wird gesteuert (beginnend mit voller Symmetrie 50:50)
b: Pulsbreitenmodulation durch einen LFO (geändert wird zuerst die Geschwindigkeit,
dann die Intensität des LFO-Einflußes auf die Pulsbreite)
-
Track 12: Ringmodulatorsound (Prophecy).
Ein Oszillator wird durch einen LFO moduliert
-
Track 13: eine der Waveshapingvarianten des Prophecy
-
Track 14: 12dB/Okt. – Filter aus dem Prophecy
a: LPF (Tiefpaß) mit viel Resonanz
b: LPF mit wenig Resonanz
-
Track 15: dito, jedoch HPF (Hochpaß) – Filtertyp
- Track 16: BRF (Bandsperre)
- Track 17: wie Track 14, jedoch mit BPF (Bandpaß)
- Track 18: einige “Z-Plane”-Filtermodelle (Emulator IV)
-
Track 19: Wavetablesynthese mit dem Microwave
diverse Wavetables werden durchfahren (einige sind analysierte Wavetables, u.a.
sind dies die Worte: “Computer” und “nineteen / twenty”)
-
Track 20: unterschiedliche Hüllkurven-Geschwindigkeiten steuern Wavetable…
- Track 21: dito, verschiedene Wave-Hüllkurvenverläufe
- Track 22: dito, mit beiden Oszillatoren!
- Track 23: verschiedene Sounds aus dem Microwave
- Track 24: Panoramamodulation mit der S/H (sample and hold) – Wellenform eines LFOs
-
Track 25: Die Mischstufe
a: wird moduliert
b: Verzerrungen (“Summe größer als acht”)
-
Track 26: “Micky-Maus Effekt”
a: verschiedene Tonhöhen aus dem Microwave
b: dito, gesamplet mit dem Emulator IV
c: dito, gesamplet mit dem ASR-10
- Track 27: dito, mit anderem Wavetable
Abhilfe bei den Samplern wäre: mehrere Samples (Multisample) benutzen!
-
Track 28: weitere Algorithmen
Bei diesem TG77-Klang werden sechs parallele Oszillatoren (mit
verschiedenen Wellenformen) moduliert (Lautstärkehüllkurven)
-
Track 29: einige FM-Klänge (TG77) mit komplexer Modulation
a: komplex,
b: DX/TG-typisch & dynamisch
c: metallisch
-
Track 30: “physical modelling” mit dem Prophecy
a: angeblasene Flasche
b: stark verändertes Saitenmodell (“ausgedehntes” Modell für Bass/Gitarre/gezupfte Saiten)
c: Tonbeugung mit einem Saxophonalgorithmus (Atemgeräusche!)
d: Bassmodell mit Resonanzfiltern

- Track 31: Yamaha VP1 – “physical modelling” – Synthesizer (Preis ca. 50000. DM)
verschiedene Zwischenstadien und “Schnappschüsse”, meist von “Saitenmodellen”.
-
Track 32: Sounds aus dem Emulator IV – diese kann man mit dem digitalen Algorithmus “transform multiplication” miteinander “verschmurgeln” lassen
Hierzu wurden verwendet:
a: Bremsenquietschen & Streicher
b: meine Stimme & chin. Becken / Gongs
Mit den mehrpoligen “Z-plane”-Filtern wurden diese Sounds noch etwas verfeinert.

- Track 33: Musikstück
CONSEQUENCE “(this is our) 1.st contact” Rev.2 / Remix ohne Stimme für SfT
auf der obigen CD oder unter www.consequence.info

- Track 34: Musikstück
CONSEQUENCE “Definition Factor: f*.*”
CD “volition” oder unter www.consequence.info

- Track 35: Musikstück
CONSEQUENCE “Reliance”
CD “volition” oder unter www.consequence.info

Kyma- und Generator- Sounds kann man auf der “Keys CD 1/97″ finden…
Anbei: die 7″-Singles…

Alle Stücke, Texte und Sounds wurden von mir produziert / editiert und dürfen nicht kopiert werden! Diese CD ist daher bitte NICHT als “Sample-CD” zu mißbrauchen!
©´85-´97 mic.irmer (www.moogulator.com), DIGITALE SYNTHESIZER

Abschlußarbeit von CONSEQUENCE (Moogulator)
m.irmer / moogulator
SfT Schule für Tontechnik Wuppertal
20.1.1997
DOWNLOAD der CD TRACKS hier:

- Titel 31.mp3 Titel 30.mp3 Titel 29.mp3 Titel 28.mp3 Titel 27.mp3 Titel 26.mp3 Titel 25.mp3 Titel 24.mp3 Titel 23.mp3 Titel 22.mp3 Titel 21.mp3 Titel 20.mp3 Titel 19.mp3 Titel 18.mp3 Titel 17.mp3 Titel 16.mp3 Titel 15.mp3 Titel 14.mp3 Titel 13.mp3 Titel 12.mp3 Titel 11.mp3 Titel 10.mp3 Titel 09.mp3 Titel 08.mp3 Titel 07.mp3 Titel 06.mp3 Titel 05.mp3 Titel 04.mp3 Titel 03.mp3 Titel 02.mp3 Titel 01.mp3

was ist das? audio zum synthdiplom auf sequencer.de .. trackliste OBEN!!

HIER SYNTHDIPLOM AUDIO:
Umfang dieser Abschlußarbeit: 1x CD, 2x Vinyl-Singles (liegen bei)
©85/93/97 CONSEQUENCE / mic.irmer (www.moogulator.com)

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Kleine Info für absolute Synthesizer-Einsteiger, bevor man die Synthese-Grundlagen gelesen hat..

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Digitale Synthesizer

4. Schlußbetrachtung

Die Lektüre dieser Arbeit wird deutlich gemacht haben, daß digitale Synthesizer nicht nur ein sehr komplexes Gebiet sind, das es zu erforschen gilt. Über die angegeben Literaturhinweise hinaus wird viel “Eigeninitiative” und “(Klang-) Forschungsdrang” erfordert (werden) sowie der Spaß und die Herausforderung, der Vielfalt der kommenden Systeme neue, interssante Kompositionen und Klänge zu entlocken – auch außerhalb alteingesessener Denksackgassen. Daß es auch oft preiswerter und schneller im Produktionsalltag ist, ein am Sequencer editierbaren Synthesizer als einen schwierigen Musiker im Studio zu haben, der auch eine Bezahlung möchte, ist einleuchtend.

Der Musiker hat nur zu entscheiden, ob er lieber alten Wegen folgen möchte oder sich einen (oder mehrere) Computer als Instrument kaufen möchte, welche(r) mit Faderboxen (Schieberegler zur Datenänderung) und Klaviatur ausgestattet sein kann. Außerdem muß, mit “Gitarre” und “Geige”, auch von “ewig anachronistischen” Menschen in die Kategorie “Musikinstrument” (auch mit virtuoser Spieltechnik) eingeordnet werden.

Die MIDI – Schnittstelle wird durch die Komplettintegration aller Einzelbestandteile überholt werden müssen und letztendlich nicht mehr nötig sein. Man wird sich an die aktuellen Computerschnittstellen / Bussysteme (z.Zt. z.B. PCI) halten oder eher eine Art “Plug-In” – Technik (Softwaremodule in einem Hauptprogramm) einführen, wie es auch bei Adobes Photoshop im Grafikbereich der Fall ist, in der jeder Hersteller eine Chance hat, eine neue Funktion (oder einen Synthesizer o.ä.) einzufügen.

Alles in allem wird elektronisches Musikmachen einfacher und preiswerter durch diese Entwicklung, denn ein Computer steht in vielen “Haushalten”…

ZURÜCK ZUM HAUPTMENÜ.. weiter..

©96/97 mic.irmer (www.moogulator.com) – kopieren (auch Auszugsweise) ohne Genehmigung nicht gestattet.

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G L O S S A R – Synthesizer – Basiswissen
Synthese Grundlagen / Synth Basics

SYNTHESIZER GRUNDLAGEN / BASICS

this section in english?
* Einleitendes zu Synthesizern generell..
* SYNTHESIZER GLOSSAR – WIKI – AUDIO LEXIKON in der Übersicht..
* Vorgeschichte des Synthesizers..

• 1) EINFÜHRUNG – SYNTHESIZER BAUGRUPPEN und Syntheseformen
  Das Soundbeispiel – Archiv – Basis-bauteile – Grundbegriffe – Basics
  WIE FUNKTIONIERT EIN SYNTHESIZER / WIE KLINGTs? Audiodemos.. unter den texten und hier: CD
  WAS IST EIN SYNTHESIZER? EINFÜHRUNG KLANGSYNTHESE (einfach weiterlesen..)SYNTHESIZER WISSEN Was ist ein Wavetable? Ringmodulator? Filter? Kammfilter? Bandpassfilter? und wie klingts? Die einzelnen Bauteile eines Synthesizers und was sie tun in Schrift und Ton
• Bei diesem Werk soll es vor allem für Einsteiger einige Hilfen geben um die Grundbegriffe rund um Synthesizer Nachschlagen zu können und um in Testberichten nicht den Drahtseilakt „wie schreibe ich’s auf damit alle zufrieden sind“.. zu umgehen
  Der erste Teil soll Grundbegriffe klären und das absolute Basiswissen erläutern, in einem weiteren Teil können Techniken und Funktionsweisen noch genauer beleuchtet werden.. Damit der Web-Lesende noch mit halbwegs essbaren Happen versorgt wird zunächst dieser BasiskomplexWer einige Klangbeispiele und musiktheoretische Grundbegriffe von Herbert Eimert sucht, sollte reinhören, wenn man es noch findet – es ist sehr lehrreich, tja – es gibt noch andere Sites als dieshier, die sowas erklären.. Natürlich kannst du auch einfach weiterlesen und hören..
  
• SYNTHESIZER GLOSSAR – WIKI – AUDIO LEXIKON

KLANGSYNTHESE / SYNTHESEPRINZIPIEN
Syntheseformen Klangsyntheseverfahren

ANMERKUNG: einige verfahren auf Oszillatorbasis sind ähnlich mit den “Syntheseverfahren”….dennoch gibt es keinen “AM”-Synthesizer oder einen Sync-Synthesizer diese ordnet man den subtraktiven zu. zB: typischer dreckmacher zB bei Roland: Crossmodulation (siehe oben)

• es gibt weder “modulare synthese” noch “analoge synthese”! idR ist damit subtraktive synthese
  zum steuern von synthesizern und sequencern gibt es entweder analoge spannungen oder MIDI (digitales interface für musikinstrumente, seit 1982).. dazu einfach weiterlesen.. gemeint, allerdings kann man genausogut FM-patches bauen oder anderes..

• Phase Distortion (Phasenverzerrung / Phasenmodulation)
  
• Physical modeling
• Waveguide synthesis
• Wavetable synthese
• FM synthese
  
• Crossmodulation / Xmod (oszillatorbasiert) =Kreuzmodulation
  
• Waveshaping
• Karplus strong
• Granular / graintable / Timeslice – synthese
  Variphrase etc,,
• Resynthese
• Neuronale synthese
  neuronale netze
• Wavesequencing (wavestation)
• Vector synthese
• Sampler / sampling – (“Rompler”) – PCM
• Additive synthese
• Subtraktive synthese (die meistverbreiteste Synthese)
• Modular: keine synthese sondern eine Synthesizerstruktur / Bauform, jedoch offen
• was ist ein Vocoder?
• was sind Formanten? FORMANT – INFO
• Formantbereich

GRUNDBEGRIFFE

• Synthesizer: Modular, Semimodular, was ist Midi? Modulation? Steuersignale.. (einfach weiterlesen)
• Oszillator (en)
  - VCO vs DCO
  - Operator (en)
  - Wellenform /en
• VCA / Amp / Verstärker
• Hüllkurve (n)
• LFO (s)
• Mixersektion
• KLANG BEISPIELE jeweils unterhalb der entsprechenden Themen
  CD Audio im Download.. – Audio der Synthdiplom Reihe..

• Wissenswertes und Details über SYNTHESIZER, Synthese und Technik
  DAS ” SYNTHESIZER DIPLOM ” / Klangsynthese..Synthdiplom zum Thema Synthesizer und digitale Synthesizer zum freien Download unten!
  umfassangreiches basiswissen zu synthesizer & klangsynthese für alle,die sektion 1) schon abgegrast haben / mehr details wissen wollen..
  
• synthesizer magazine neben dem Synthesizer-Magazin here / hier
  
• absoluter einsteiger? grundsätzliche einsteiger infos und praktisches hier
  Einsteiger? für Synthesizer Neulinge..
• HILFE – du könntest einen workshop brauchen? einer, der dir effektiv und individuell erklärt,wie es funktioniert und wie du selber gezielt klänge erstellen kannst hier: http://www.synthesizers.de
  
• Links und buchtipps/URLs ..
• FAQs aus dem alten Forum (2002-2004) fürs neue Forum über Soundprogramming FAQS2.ZIP und Sounds_PatchesFAQ.rtf compiled by summa (danke dafür)..
  
• SYNTHESIZER GLOSSAR – WIKI – AUDIO LEXIKON
  

(C)2001 by Moogulator / ConseQuencE
mehr Sound-Beispiele zB Ringmodulator für Stimmeneffekte (Moogerfooger MF102) gibt es im Moogulatorium.. bei den dazu passenden Geräten!! Natürlich auch jede Menge Analoge Synthesizer und andere.. weiterhin natürlich auch Digitales.. ausserdem auch beispiele bei den Patches!!
fragen und technik zu synthesizern und technik im FORUM!

Synthesizer – Grundbausteine eines Synthesizers Glossar

by Moogulator (mic)
grundbegriffe einsteiger audio klangbeispiele grundwissen zu synthesizern und allen einzelkomponenten und bauteilen

DER SYNTHESIZER – 1964 Grundlegend von Robert A Moog erfunden.. (Vorgeschichte)

• MODULAR VS SEMIMODULAR

MODULAR modulare synthesizer werden gern als “syntheseform: modular” bezeichnet, es handelt sich jedoch um ein synthesizer-konzept bzw. bauform. das modulare prinzip bedeutet das komplette auftrennbarkeit und verknüpfbarkeit aller module. die module sind musikalisch gesehen kleinste einheiten von klangmöglichkeiten aus deren gesamtheit erst der fertige klang zusammengesetzt wird (daher auch der begriff SYNTHESE – ZUSAMMENSETZEN). so findet sich in einem modul zB immer nur eine funktion ,wie etwas ein schwingungserzeuger (oszillator) oder ein filter – dabei ist hier alles mittels patchkabeln verbindbar. ein oszillator würde natürlich ausgänge für die schwingungen haben und eingänge für die steuerung, welche tonhöhe diese schwingung haben soll oder zur veränderung der schwingungsform. die ersten synthesizer waren modulare systeme, später gab es dann kompaktsynthesizer, die letzlich auch aus einer anzahl von fest verdrahteten modulen bestehen. es gibt auch
SEMIMODULARE Synthesizer, diese bieten immer einer VORVERKABLUNG von modulen oder sogar einige MOdule ,die untrennbar zusammenhängen (zB Korg MS20) und sind damit nur SEMImodular – also HALBMODULAR, den der signalweg ist hier fest oder teilweise fest und einige verknüpfungen schon gelegt mittels interner verkablung. dennoch sind viele modular auch mischformen – aber das ENTSCHEIDENDE unterscheidungsmerkmal ist der signalweg der hauptbestandteile, siehe dazu die typische struktur eines subtraktiven synthesizers (das ist eine syntheseform ,die sehr verbreitet ist).. im Korg MS20 ist das auftrennen der Struktur nicht im wesentlichen möglich, bei zB einem Moog Modular System ist alle komplett frei und in einem Roland System 700 findet man eine mischform mit vorverdrahteten verbindungen,die jedoch zulassen, eine andere verknüpfung der module zu machen. (also vollmodular)

Der grossteil der synthesizer ist aber garnicht modular.. die bauform “keyboard mit reglern (oder ohne regler)” ist da die übliche optische erkennhilfe, während analoge modularsysteme eher wie eine alte telefonzentrale aussehen (massig buchsen..) natürlich gibts auch digitale, hier werden die verbindungen natürlich per “maus” oder auf dem bildschirm/display gemacht..
über Modularsysteme..
über Arpeggiatoren

• WAS IST MODULATION?

..eigentlich nichts anderes als das STEUERN über eine steuerspannung oder digital einer parameters. das ist alles! nicht mehr.

- Track 04: Modulation
a: ein Basslauf aus dem Korg Prophecy mit
modulierendem Cutoff, Hallanteil und Filterhüllkurve
b: ein LFO wird von 60Hz bis 0.2Hz “abgebremst”
(LFO beeinflußt mehrere Parameter) ein Klang aus dem Prophecy
c: eine interessante Ensoniq SQ80-Klangstruktur mit starkem LFO-Einfluß
d: eine vielstufige geloopte Hüllkurve steuert diesen (Waldorf Microwave) Klang
e: ein komplex modulierter FM-Klang (Yamaha TG77)

• INTERPOLATION:

  interessant ist sicher das modulieren mehrerer parameter gleichzeitig, wenn zB gleich eine hand voll parameter zwischen zwei völlig unterschiedlichen werte-listen umgeblendet werden wäre das einer interpolation ..

- Track 03: Interpolation
Zwei Parametermorphingverläufe aus dem Clavia Nord Lead:
a: zunächst der Ausgangsklang
b: der Alternativklang
c: der Verlauf.
d, e, f: dito, mit anderen Sounds /Parametern
dies war audio von meinem damaligen synthdiplom 1997

• MIDI Musical Instrument Digital Interface
  kleine info über MIDI:

um gerüchte aus der welt zu setzen: midi hat 16 kanäle, ja, aber SysEx daten werden immer ohne kanal gesendet also pro “MIDIkabel” gibtes dann die möglichkeit SysEx zu schicken welches ALLE angeschlossenen Geräte empfangen..meist wenn was bei einem dump nicht klappt ist es die DEVICE ID die nicht auf 0 gestellt ist.
das format sieht ansich so aus: MIDIformat..
was midi macht? es sendet midibefehle note (taste gedrückt) und anschlagstärke, dann 128 verschiedene sgnt controller, also knöpfe bei synthesizern die parameter steuern…, aftertouch und SysEx, das sind komplette “dumps” also datenpakete, die komplette speicherinhalte von synthies beinhalten..
der neue midi2 standard wird auf netzwerktechnik basieren und wird vom IEEE zusammengestellt. IEEE P1639 (IEEE 802.11 based) features: 16mio devices, hoffentlich auch mehr controller und auflösung..10 gigabit pro sekunde statt 31.2kbaud (kbit/sec) info generell: the MIDI Manufacturers Association www.midi.org.
letzlich wird aber bisher MIDI2 nicht eingesetzt.. zzt werden eher USB/USB2 lösungen verwendet, die das midiprotokoll auf diesen schnittstellen in einem midiprotokoll nutzen.. zB remote keyboards und co. hier wird sicher in zukunft noch einiges passieren. bis dahin wird der standard mit der 5poligen DIN buchse noch einige zeit bleiben..

MIDI – CONTROLLER: WAS SIND NRPNs?

nrpn sind controller, die verschachtelt sind und dadurch
1) ein größeres adressfeld haben (mehr als 127 parameter)
2) mehr werte (auflösung) zulassen
beispiel: alesis andromeda – 16384 schritte pro parameter und auch mehr als 120 einzelparameter..
es geht kaum ein weg daran vorbei bei neuen synthesizern, auch wenn sich fast alle hersteller weigern, vernünftige editoren dafür anzubieten (einzeichnen von controllerverläufen mit >7bit=128 schritten)
das ist nrpn (nicht registrierte controller übersetzt in der bedeutung)
WAS IST DAS FÜR EINE STUFUNG BEI DEN PARAMETERN?
die Stufen sind bedingt durch die Auflösung der Wandler, viele haben 7bit, damit 128 Schritte, was leider nicht viel ist. Ein Jupiter 4 rastert jeden Parameter in 64 Schritte und damit ist er auch speicherbar geworden, nur eben in Stufen, das bringt die Speicherung mit sich und ist nur DESHALB da, beim Jupiter sehr fatal, da er ja nur 8 Speicher hat. Rasterung ist also mit der Speicherung eng verknüpft ,sonst mit nichts..

STEUERSPANNUNGEN BEI ANALOGEN
und MODULAREN SYNTHESIZERN

in allen analogen synthesizern gehts um spannungen ,die andere module steuern können und damit musikalische klangveränderungen erreichen können.. welche standards es bei steuerspannungen und trigger gibt (CV = control voltage / keyboardspannung) und gate (trigger) und was ein v- oder s-trigger ist)
Info: Analoge Steuersignale (GATE, CV, TRIGGER)

und nun aber zu den..

• OSZILLATOREN / Subtraktive Synthese

SYNTHESEFORMEN bei der subtraktiven synthese..
Derer gibt es einige, die wichtigste / bekannteste jedoch ist die subtraktive Synthese, von der ich zunächst ausgehe: daher zunächst subtraktive, weitere finden sind im weiteren verlauf des artikels!!.. und weil hier einige grundlagen enthalten sind, die in anderen syntheseformen ebenfalls genutzt werden!!
(mehr syntheseformen weiter unten)
Hier gibt es eine (oder mehrere) Quellen die sehr viele Obertöne erzeugen. Das kann im extremsten Falle ein Rauschen sein, welches alle im Spektrum vorkommenden Frequenzen enthält. Oder aber eine durch das Keyboard gesteuerte Wellenform, die natürlich ebenfalls bestimmte Frequenzen im Spektrum der Obertöne enthält.

Diese werden dynamisch gefiltert, dh. Es werden Frequenzanteile weggenommen („subtrahiert“). Der Clou daran ist dass dies nicht statisch passiert sondern beweglich. Danach werden die gefilterten Klänge noch in ihrem Lautstärkeverlauf verändert. Das passiert mit natürlich mit einem Verstärker der hinter dem Filter sitzt und erlaubt das von der ständig lärmenden Quelle kommende Signal einen zeitlichen Verlauf zu geben, also wie bei den Filtern schon eine Bewegung zustande kommt., wird im Verstärker die Lautstärke über die Zeit variiert.

Spektrum? Das ist nur ein Begriff mit dem ich ein gedachtes Diagramm mit den vorkommenden Frequenzen mit ihren Amplituden (Lautstärken) aufzeichne.

Um den Bestandteilen nun die passenden Worthülsen zu geben:

Die Klangquelle ist einer oder mehrere
Oszillatoren , die idR. Als Wellenformen (Schwingungsformen) die sognt. „Grundwellenformen“ haben können: Diese sind Pulswelle (Rechteck), Sägezahn, Dreieck. (mehr dazu unten)
übrigens haben die hersteller sehr oft für die subtraktive synthese andere begriffe verwendet. manche nennen es auch analoge synthese, obwohl dies eigentlich falsch ist, da dies ja nur eine technische arbeitsweise ist.. subtraktiv ist nunmal das abziehen von obertönen aus einem obertonreichen signal – also rolands LA synthese, korgs dwgs, alle VA synthesizer , und viele andere sind letzlich subtraktiv. auch wenn ein sample als obertonreiches signal verwendet wird. daher sind wavetables und andere auch immer mit einem subtraktiven teil versehen..

Ihre Namen haben sie von ihrem Schwingungsverlauf, sie werden verwendet, weil sie obertonreich sind. Bei der Rechteckwelle gibt es oft noch eine Besonderheit: Die Symmetrie lässt sich Einstellen (Pulsweite, näheres siehe Pulsweitenmodulation).

IdR sind es nicht mehr als 3 Oszillatoren die dann in einem Mixer = eine kleine Mischstufe ähnlich eines kleinen Mischpultes zusammengemischt werden können, dabei kommt es oft vor, dass der dritte Oszillator ein sogenannter Suboszillator ist, dieser liegt in seiner Frequenz oftmals eine Oktave oder mehr unterhalb der Frequenz eines Hauptoszillators und ist durch Frequenzteilung entstanden und hat daher Rechteck (Puls)- Wellenform.
Der Mixer ist eine reine Mischstufe, idR. um einfach alle signale VOR dem filter zusammenzumischen! dabei kann auch rauschen oder das ergebnis einer ringmodulation dabei sein..

Weitere Möglichkeiten: Einer der Oszillatoren ist ein Rauschgenerator oder hat als eine der Wellenformen „weisses“ und/oder „rosa“ Rauschen.. Diese Rausch-„Farben“ sagen aus, wie der Verlauf der Obertöne im Rauschen beschaffen ist. Das weisse Rauschen ist ein linear auf allen Frequenzen gleichlautes Rauschen, während es in rosa wesentlich dunkler rauscht.
DIE STANDARD SUBTRAKTIVE STRUKTUR IST DAMIT:

• OSZILLATOREN = OSCillator

Um interessante weitere Obertöne zu bekommen gibt es noch ein paar gängige Techniken die zum Einsatz kommen. Es gibt zwei Typen von Oszillatoren in der analog-Technik, ansonsten sind es einfach Oszillatoren (OSC abgekürzt).

• VCO und DCO

um generell damit aufzuräumen
VCOs sind komplett analog wärend DCOs nicht spannungsgesteuert ist,sondern digital gesteuert, jedoch sagt es nichts aus über analoge oder digitale KLANGERZEUGUNG!
Hier könnte man von korgs digitalen dwgs (andere formen als die grundwellenformen) bis zu den analogen Roland Juno / Jupiter Synthesizern alles reinwerfen. zumeist ist dco nur zwecks stimmstabilität per digitallogik ANGESTEUERT worden.. muss also nicht zwangsläufig nichtanalog sein..
es kann halt sein,ist,weshalb beim prosynth “HROs” genutzt werden (high resolution oscs), die ebenfalls einfach DCOs sind, welches nicht schlechter sein muss. beispiel: oberheim xpander: VCO – Oberheim Matrix6: DCO
wie ist das nun aber WÖRTLICH? genaugenommen ist es klar definiert..
-VCO: analog (also spannungsgesteuerter) OSC, normal auch anlaog aufgebaut – aber eigentlich sagt die bezeichnung darüber nichts aus!!
-DCO dasselbe nur ist es digital GESTEUERT.. jedoch muss er nicht komplett digital ausgelegt sein, kann aber.. ist also offen..
die 80er haben dann begriffe gebracht,die ähnliche ideen verbreiteten..wie zB rolands tvf,casios dcf und co..(filter) zählt der klang? oder nicht? die funktionsweise wäre klar auszuschreiben, denn gesteuert ist erstmal nur ein wort, wie der OSC ausgeführt ist währe eigentlich sinnvoller, ist aber nicht üblich dies so anzugeben.. man achte daher auf die herstellerangaben..
-LFOs – was ist das? eine SONDERFORM der –> Oszillatoren..

WIE FUNKTIONIEREN DIGITALE OSZILLATOREN und genaueres zu filtern (auch digitale) in meiner SFT-”Synthdiplom” Digitale Synthesizer als html version hier wie funktionieren eigentlich GRUNDSÄTZLICH:
digitale DCOs und oszillatoren? und wie macht man sowas in software? was ist digital überhaupt?
wie sieht ein programm im computer aus?? hier lesen!
software synthesizer? eine kleine erklärung dazu..

• WELLENFORM – Die subtraktive Synthese Basis.

das prinzip bei der meisstverwendeten syntheseart ist einfach das nutzen obertonreicher wellenformen und das filtern derselben mit einem dynamisch (in der zeit) verändernden filter!
die wichtigsten wellenformen (auch grundwellenformen genannt):

spectrum zeigt den verlauf der auftretenden frequenzen vom grundton aus gesehen (also nach rechts höhere frequenzen im verhältnis der darunter stehenden zahlen, zB: 1 ist grundton, 4 ist der 4.te oberton dessen (siehe auch fourier reihe – denn jeder ton ist mittels sinus-wellenformen unterschiedlicher frequenzen herstellbar! meint: dies ist gewissermassen das atom der töne, der sinus – ein völlig obertonloser ton (nur der grundton ist vorhanden.. und aus einer summe von sinustönen unterschiedlicher frequenzen kann man JEDEN klang zusammensetzen (synthetisieren=zusammensetzen)..
es ist also eine art “frequenzgang”.. eine aufzeichnung der amplituden der einzelnen auftretenden frequenzen , es entstehen nie “subharmonische”, also unterhalb des grundtones! (der grundton ist einfach das der eingestellten frequenz des oszillators!)
frequenz ist SCHWINGUNGEN PRO SEKUNDE. gemessen in Hertz, daher ist also ein 440 Hertz ton eine schwingung von 440 mal in der sekunde.

Grundwellenformen: Sortiert nach Obertongehalt von wenig/keinem Oberton bis maximal vielen Obertönen mit Spektrum:

SINUS (sinus):

Sinus – das ist NUR der grundton! keine obertöne,daher filtern sinnlos! (aber: filter haben GRUNDSÄTZLICH auch eine phasenverändernde wirkung und haben so schon einfluss auf den klang, allerdings weit weniger.. das ist der grund warum ALLPASSFILTER genutzt werden, sie werden als reine phasenverschieber genutzt..)
DREIECK (triangle):

Dreieck hat wenig obertöne, hier gibt es zwar immernoch bei den ungraden obertönen ein bisschen ,aber schon der 3te hat nur 1/9tel, der nächste (5.te harmonische) hat bereits nurnoch 1/25 stärke..

GERUNDETES RECHTECK

wenn man das RECHTECK ein wenig abrundet (aber nicht ganz zum sinus macht) ,so sieht man,die obertöne nehmen ab. Es gibt Synthesizer, die unfreiwillig abgerundete Ecken haben und damit auch weniger Obertöne, sowas ist nicht super. (UNÜBLICH ALES GRUNDWELLENFORM, NUR ZUR ERKLÄRUNG..)

RECHTECK (rectangular,pulse,square):

Rechteck: Der Grundton ist der lauteste, danach folgen ausschließlich ungrade Obertöne in je halber amplitude vom Vorgänger.

PULS (pulse):

Pulswellen sind eine sonderform des rechteck, die haben lediglich eine andere symmetrie und bekommen je mehr sie “nadelimpulse” bilden auch gleichmässig laute obertöne (grade und ungrade).. dennoch klingen sie “dünner” als eine 50:50 symmetrische wellenform.. mehr dazu bei pulsweitenmodulation (oder pulsbreitenmodulation),was nichts anderes als das verändern dieser symmetrie des rechtecks ist (anders als 50% positive / 50% negative halbwelle) – je mehr die symmetrie von 50:50 abweicht,desto mehr obertöne kommen dazu. DIE PULSWELLE mit Nadelimpuls – “pulsbreite” ist also unsymmetrisch und hat viele obertöne bei 2:98 , bei weniger starkem unterschied (also je näher am gleichen verhältnis 50:50), entstehen “löcher” im spektrum, es werden also ein paar “kerben” ins spektrum gehauen..!!

SÄGEZAHN (sawtooth):

Sägezahn-Spektrum: grundton maximal und jeder (grade und ungrade) oberton ist je 1/3tel leiser als sein vorgänger.. – verändert man hier die symmetrie in richtung dreieck (wie das zB beim Oberheim Matrix 6 oder OB-1 geht) stufenlos in richtung dreieck, hat man den eindruck eines einfachen LPF (tiefpassfilter), denn es werden ja weniger obertöne zu hören sein – schau mal hier:

RAUSCHEN (random noise/white noise/pink noise): (entspricht einer zufallslinie)

Das Rauschen – ist das vorhandensein von ALLEN obertönen in zufälliger verteilung – bei weissem oder rosa rauschen ist die verteilung der obertöne immernoch gleichmässig, nur erscheint rosa rauschen dumpfer als weisses,da hier ein bestimmtes verhältnis von dämpfung nach oben hin stattfindet.. daher hat rotes rauschen noch weniger “obertonanteil”.. dennoch sind sie in jedem falle alle vorhanden.

AUDIOBEISPIELE DAZU:

Grund- Wellenform (mehr darüber..)(Oszillator)	SINUS(erklärung wellenform..)	DREIECK	RECHTECK
	WEISSES RAUSCHENROSA RAUSCHEN	SÄGEZAHN	rechteck mit anderer pulsweite (PW=pulsewidth) (symmetrie)

	FM = FREQUENZ- MODULATION kurzbeispiel (Frequenzänderung) langes Beispiel (Level der FM)Kreuzmodulation (Crossmodulation)(erklärung..)	(Hard)SYNCsoftsync ist eine variante (selten), die irgendwo zwischen sync und nichtsync liegt.. WIE GEHTS (engl) (erklärung..)	RING MODULATION kurzbeispiel (spektrum)langes Beispiel(erklärung..)AMPLITUDEN MODULATION(erklärung..)
	PULSBREITEN MODULATION (PWM)(erklärung..)	WAVETABLES bsp: ein wavetable 2 Wavetable-Oszillatoren zusammen.mehr zu Wavetables.. (erklärung..)	samples / PCM

OSZILLATOREN – WAS SIE NOCH KÖNNEN

• Synchronisation zweier Oszillatoren

Immer wenn der erste Oszillator seine Wellenform einmal durchlaufen hat, zwingt er dem zweiten Oszillator einen Neustart seiner Wellenform auf. Daher ist die Frequenz und Wellenform der beiden Oszillatoren stark für den resultierenden Klang verantwortlich. Dies klingt obertonreicher. Der klassische „Sync-Sound“ ist, wenn der synchronisierte Oszillator in seiner Tonhöhe moduliert wird.
man kann nicht nur hart synchronisieren, es gibt auch die möglichkeit des softsync..
-Track 06: Synthesetechnik
Oszillatorsynchronisation (sync) mit dem Ensoniq SQ80
-Track 07: Oszillatorsynchronisation (sync) mit dem Prophecy
-beide sounds von meinem alten 1993/97 synthdiplom audio..

• Frequenzmodulation oder Crossmodulation (?)

Einfaches Verfahren, aber wirkungsvoll: Die Frequenz des zweiten Oszillators steuert (moduliert) die Frequenz des ersten (oder umgekehrt). Dabei kann durch Stärke der Modulation und dem Frequenzverhältnis der beiden Oszillatoren zueinder ein sehr grosses Spektrum an Sounds erzeugt werden. Von glockig bis metallisch..
crossmod: nicht zwangsläufig moduliert hier nur einer den anderen VCO,sondern hier kann auch der modulierte auch wieder die frequenz des anderen modulieren.. daher auch der name kreuzmodulation. (typisch bei Roland Jupiter serie..)
mehr zu FM – die FM ist idR linear, damit sie sich genau steuern lässt, ist sie das nicht, so ist es sehr schwer, gezielt spektren zu erzeugen im sinne der fm synthese.. exp oder andere varianten haben manche instrumente, um eher “dreck” oder ähnliches hinzuzufügen, eine gute FM (analog) lässt eine stabile und spielbare tonfolge chromatisch zu.. es gibt unsaubere FM-Varianten, die faktisch nur für “Dreck” zuständig sind.. dieser Dreck sind Obertöne, jedoch durch Unlinearitäten, wie bei der Xmod eher als ungezielter Parameter vorhanden…

Crossmodulation = Kreuzmodulation: wie der Name sagt: gegenseitiges modulieren der beiden Oszillatoren..
grundlagen dazu: eigentlich wird eine “verunreinigung” erzeugt bei 2 trägerfrequenzen. ein verfahren aus der HF-technik (hf=hochfrequenz)
Kreuzmodulation = Intermodulation: nicht lineare verzerrung von Signale(n) in elektronischen Geräten. Es entstehen Schwingungen, die nicht zu den ursprünglichen Signalen gehören (Differenz- und Summensignale). Normalerweise unerwünscht, hier aber herrlich!
Formel dazu: Kreuzmodulation
auch wenns ähnlich klingt wie ringmodulation, es ist anders: Bei Crossmodulation gibt ausschliesslich der OSC1 eine Steuermodulation ab (Er tut nichts anderes als die Frequenz des anderen zu modulieren). Der anderer Ausgang des gleichen OSC1 moduliert den OSC2 .das Resultat dieser Modulation steuert wiederum die Frequenz des OSC1.
Xmod und Ringmod und FM sind UNTERSCHIEDLICH!! es klingt NICHT gleich!..

OSC? VCO? DCO? ich benutze OSC als Bezeichnung für einen OSZILLATOR, dieser kann spannungsgesteuert oder digital gesteuert sein (was nichts sagt,ob auch seine Technik (Signalerzeugung/Audio) analog oder digital ist..) mehr hier
kleiner patchtipp: wer lust hat,kann ja eine endlose kette bauen,deren ausgang dem eingang des nächsten OSC moduliert (die frequenz!) dies ist kreisförmig, also zB mit 3 stück: OSC1 mods OSC2 mods OSC3 mods (pfeil zurück auf OSC1). achtung: rückkopplung .. natürlich mit SINUS oder DREICK (wenns keinen sinus gibt).. denn dashier erzeugt genug obertöne ;)
wer weiterliest ,sieht: auch ein filter kann sinus erzeugen: bei voller resonanz = selbstoszillation!
für rechteckwellenformen wird auch technisch manchmal eine einfache XOR (exklusiv oder) schaltung (digital technik) verwendet: Crossmodulation is a XOR combination of the square waveshapes of Oscillators 2 and 3:
Crossmodulation – It produces a waveshape that contains the sum of as well as the difference between the two original waveshapes
(XOR logik: wenn einer der eingänge wahr sind aber nicht wenn beide wahr sind ist das ergebnis wahr.)
MEHR ZUR EIGENTLICHEN FM SYNTHESE HIER
AUDIO DAZU EBENFALLS UNTEN!!!!
find a complete “how to make a bass with FM” tutorial here / Tutorial für FM Bass Sounds hier..

• Ringmodulation

Eine Möglichkeit aus der Summe und der Differenz der Frequenzen der beiden Oszillatoren metallische und Glockenartige Klangspektren zu erzeugen. – auch “schräge” klänge sind gern hiermit erzeugt worden..
-
Track 12: Ringmodulatorsound (Prophecy).
Ein Oszillator wird durch einen LFO moduliert
(demo aus meinem 1993/97 synthdiplom audio..)
Amplitudenmodulation ist ein Teilbereich der Ringmodulation, bedeutet nichts anderes als das meisst per Oszillator (oder schnellem LFO oberhalb 50Hz/Audiobereich) modulierte Lautstärke. (amplitude ist hier die “lautstärke”) , Daher ergibt sich,das AM ein unterbereich des Ringmodulierens sein kann.. daher findet man zB im Nord Modular auch direkt AM im Ringmodulationsmodul.
eine sparversion bei manchen (nur rechteckwellen) wellenformen: exklusiv-oder! siehe crossmod letzter satz!..
(XOR logik: wenn einer der eingänge wahr sind aber nicht wenn beide wahr sind ist das ergebnis wahr.)

• Pulsbreitenmodulation (PWM)

Die Wellenform Rechteck hat normalerweise eine 50:50 Symmetrie, wenn die Pulsweite ungleich ist verändern sich auch die Obertöne, wenn man diese Symmetrie moduliert, kann man damit einen breiteren Sound bekommen.
-> ‡
die praktische bedeutung im synthesizer:
rechteck ist immer auch pulse nur mit einer anderen symmetrie..
in synthesizern gibt es aber oftmal unterschiedliche arten,die PW (pulsbreite (pulsewidth=PW)) einzustellen..
0-50 in % oder auch von sehr kurzem nadelpuls bis 50%
oder/und dann nochmal von diesem bis zum nadelpuls in der negativen halbwelle.. also 0-100%…
mit prozent mein ich den grösseren einer halbwelle deines rechtecks..
->>–>>
wie du siehst: das mittlere ist schon eher ein kurzer “imPULS”..
hier mit verhältnis 50:50=rechteck, 25:75=puls, dann
75:25 immernoch ein rechteck,aber eben mit verschiebung der symmetrie ;)

alles rechteck, nur das die pulsbreite eine andere ist..
manche synthesizer (der bekannteste darunter ist der moog minimoog) bieten hier meisst 2 oder 3 feste pulsbreiten an oder aber gar eine steuerung/modulation dessen..
dabei ist ,wie oben gesagt manches von 1:99 bis 50:50 möglich aber nicht 60:40 da ja 60:40 geht..
das ist halt anders skaliert,arbeiten erfordert dann nur ein kleines umdenken.. wars das? was du fragen woltlest?

das hängt also stark mit bauart und philosophie des synthesizers zusammen, mit beiden mod möglichkeiten hat man idR bessere konstrolle über die phasen,denn hier kannst du ja pos, oder neg, pulse mit entsprechender pulssymmetrie herstellen und auch “invertieren”, bei anderen ist die modulation nur von 0-90°grad möglich.. was in vielen fällen auch reicht, phasenlöschprobleme werden dann auf andere weise erreicht/ummgangen (je nach dem,was man haben will)..

mit anderen worten als klare antwort: natürlich ist JEDER pulse eine sonderform des rechtecks, einige synthesizer bieten 2 oder 3 varianten der rechteck/pulswelle an, zB mit verhältnis 12.5:rest 25:75 oder 50:50 ,was dann einfacher rechteck ist..
wenn du diese symmetrie modulierst (PWM=pulse width modulation) ,kannst du damit durch ein ganzes spektrum fahren und hast doch immer rechteck und kannst damit eine art von verfettung erreichen.. das hat zB roland ende der 70er und anfang der 80er oft gemacht ,um auch breite bässe undschwebungen zu erzeugen,auch wenn es keinen 2.ten vco gab (oder nur ein subosc da war..)

Track 11: Puls-Symmetrieänderung (Pulsbreitenmodulation) mit dem Nord Lead
a: Die Pulsbreite wird gesteuert (beginnend mit voller Symmetrie 50:50)
b: Pulsbreitenmodulation durch einen LFO (geändert wird zuerst die Geschwindigkeit,
dann die Intensität des LFO-Einflußes auf die Pulsbreite)
oben: wieder ein ausschnitt aus dem synthdiplom audio von 1997

AUDIODEMO

PULSBREITEN MODULATION (PWM)(erklärung..)

• Samples
  

  (zB Emu Systems Emulator II, Akai S1000 und andere) dazu mehr weiter unten unter SAMPLING (inkl audio!)

Einige Synthesizer haben als Wellenformen auch gesampelte Wellenformen. Dies sind von Naturinstrumenten (oder anderem) aufgenommene Klänge die im Speicher des Synthesizers vorhanden sind oder dorthin geladen werden kann… Da der Baustein für erstere Methode „ROM“ (read only memory) heisst, ist für diese Gattung oft die Bezeichnung „ROMpler“ im Volksmund üblich. Beim sampeln wird von einem Analog-Digital-Wandler idR. 44100mal in der Sekunde eine „Probe“ genommen und die Spannung, die dann am Wandler anliegt abgespeichert. Beim Ausgeben passiert das umgekehrte.. (Digital-analog Wandler..)

Ein Wort zu Steuerimpulsen, Modulation und Audiosignalen
Wie schon zu erkennen ist, gibt es reine Audiosignale, wie etwa die Oszillatoren mit deren Wellenformen, die durch einen Mischer durch ein Filter in den Verstärker fliessen um dort evtl noch auf die Stereoausgänge verteilt zu werden. Diese Verbindungen sind wirklich Audioverbindungen.
Wenn man nun aber die Tonhöhe durch die Tastatur steuern will passiert das durch Steuersignale, in diesem Falle spricht man davon, dass das Keyboard die Tonhöhe moduliert (steuert).

GENERELLE BEGRIFFE SYNTHESE ALLGEMEIN

• Dynamik

Die oben beschriebene Dynamik über die Zeit werden durch 2 wichtige Bauteile generiert:

• Die Hüllkurve (Envelope Generator = EG / ENV)

Dies ist das Bauteil was Bewegung in den Klang bringt. Es erzeugt ein Steuersignal, das es in verschiedenen Varianten gibt: Die übliche Form ist ADSR: Attack Decay Sustain Release.
Nach dem drücken der Keyboardtaste springt das Signal von 0 auf den maximalen Punkt in der Zeit, die mit Attack Time bezeichnet ist. Danach fällt das Signal wieder ab, innerhalb der Decay Time. bis es beim Sustain Level angekommen ist. Dies kann also perkussive oder auch lang einschwingende Verläufe erzeugen. Nachdem die Taste losgelassen wird, geht das Signal mit der Release Time auf 0 zurück
Beispiel: Eine Orgel hat eine Attackrate und Decayrate von 0. Der Sustainlevel ist auf Maximum und der Release auf 0.

• KOMPLEXERE HÜLLKURVEN MIT MEHREREN SEGMENTEN:

Natürlich gibt es auch andere Formen mit mehreren Stufen. Die komplexeste ist eine mehrsegmentige Hüllkurve wo jeweils immer Level und Zeit angegeben werden können die benötigt wird um auf den nächsten Level des nächsten Segments zu kommen. Die Sustainphase wird dann entsprechend gekennzeichnet und evtl kann noch eine Schleife gebildet werden zwischen den Segmenten.
IdR sind für Filter und Lautstärke Hüllkurven vorhanden. Wodurch man einfach perkussive, oder auch langeinschwingende Klänge erstellen kann, die unabhängig davon noch in ihrem Klanglichen verlauf einen „Flächensweep“ („ooouuuaaaaahhhhoouuumm“) oder „Blip“ („blip“) – Charakter haben können.

Hüllkurve (Envelope)	verschiedene Hüllkurven Einstellungen auf den Verstärker	verschiedene Hüllkurven Einstellungen auf den Filter	(erklärung ENV..)

• LFO (Low Frequency Oscillator)

Ansich sind dies normale Oszillatoren, nur das diese mit niedrigeren Frequenzen laufen. Dh. Sie haben Wellenformen und eine Geschwindigkeit. Manchmal auch eine Symmetrie und einen Faktor mit dem man es einblenden oder ausblenden kann.
Also eine periodische Steuerspannung die beliebig nutzbar ist wird mit einem LFO erzeugt.
Wozu? Klassischerweise ist ein LFO ein Schwingungserzeuger, der Vibrato erzeugt, wenn er die Frequenz eines Audio-Oszillators steuert (=moduliert).
Natürlich lässt sich so ein LFO auch auf den Filter legen und beeinflusst dann natürlich die Klangfarbe.
Interessante Ergebnisse kann man erzielen, wenn die LFO-Frequenz auch in den Audiobereich hineinreicht.
- Track 05: Baugruppen / Synthesetechnik
Diese Sounds sollen die Hüllkurvensegmente / LFOs deutlich machen:
a: ein ADSR-Hüllkurvengenerator steuert den 24dB LPF – Cutoff (Nord Lead)
b: ein LFO moduliert den Filter – Cutoff. Die Intensität wird verändert, dann die Geschwindigkeit
WICHTIGE ANMERKUNG: nun, genaugenommen ist ein LFO also einfach nur ein speziaeller Oszillator zu Modulationszwecken ,der auch nicht die Frequenzen der Hauptoszillatoren erreicht.. Aktuelle Synthesizer sollten immer weniger Unterschiede machen, was die Oszillatoren tun und wie schnell sie sind, es ist eher ein Hilfskonstrukt und eine kleine Untergruppe der OSZILLATOREN!!

-teil des synthdiplom audio von 1997

• Sample & Hold und Random:

Zusätzliche Wellenformen von LFOs beinhalten oftmals eine sogenannte S/H (Sample & Hold) Schaltung und/oder eine Random genannte Zufallsfunktion:
Die S/H-Stellung erzeugt eine zufällige andere Steuerspannung mit der eingestellten Frequenz. Bei Random ist dies nichtmehr von der Frequenz abhängig sondern ist wie weisses Rauschen, ein völlig zufälliger Wert.
was passiert ganz genau? ein rauschgenerator wird in bestimmten abständen abgefragt und dann “festgehalten”.. ältere synthesizer oder modular haben manchmal noch ECHTE S/H (so die gängige abkürzung) – schaltungen.. hier kann man zB auch aus anderen wellenformen in bestimmten abständen den aktuellen wert abgreifen und dann eine belibige zeit einstellen, bis das wieder passiert.. bei mordernen geräten ist die “frequenz” des s/h immer schneller als die des signal,was “festgehalten” wird.. daher kann man mit dieser schaltung,wenn die frei belegbar ist, noch einige andere interessante effekt erreichen. einige geräte,die das können: oberheim xpander, clavia nord modular, viele modulare analoge & auch digitale systeme..

• Filter
  (bei Analogen auch „VCF“= spannungsgesteuerter Filter)

mehr dazu und im detail in meiner SFT-”Synthdiplom” Digitale Synthesizer
als chaos html version hier

• WIE FUNKTIONIEREN DIGITALE FILTER?

dazu eine komplexere aber sicher interessante erklärung hier
aber erstmal die grundlagen..
Ein wichtiges Bauteil in einem subtraktiven Synthesizer, denn hier erfolgt die eigentliche Klangformung. Die analogen Synthesizer haben für das Filter oft die Bezeichung VCF (Voltage controlled Filter = spannungsgesteuerter Filter).
In modernen Synthesizern sind immer häufiger 4 Filtertypen anzufinden, die sich durch ihre Funktionsweise unterscheiden:
- Track 01: Vergleich: ANALOG < > DIGITAL klanglich beim Thema FILTER
Zwei kurze Sequenzen mit 24dB/Okt. Filter (Hüllkurvensteuerung):
a: Oberheim Xpander (analog)
b: Clavia Nord Lead (digital)
(beide demos aus meinem damaligen 1993/97 entstandenden synthdiplom audio)

• LPF = Low Pass Filter = Tiefpassfilter

Oberhalb einer einstellbaren Frequenz (Cutoff Frequency = Eckfrequenz) wird alles ausgefiltert. Der Klang wird dumpfer/dunkler.
(hier mit Resonanz)
- Track 05: Baugruppen / Synthesetechnik
Diese Sounds sollen die Hüllkurvensegmente / LFOs deutlich machen:
a: ein ADSR-Hüllkurvengenerator steuert den 24dB LPF – Cutoff (Nord Lead)
b: ein LFO moduliert den Filter – Cutoff. Die Intensität wird verändert, dann die Geschwindigkeit
Audio: – LPF =
Low Pass
Tiefpass

Audio: LPF mit Resonanz

• HPF = High Pass Filter = Hochpassfilter

Oberhalb einer einstellbaren Frequenz (Cutoff Frequency) wird alles ausgefiltert. Der Klang wird dünner/heller.
Audio: HPF = High Pass Hochpass
(hier ohne Resonanz)

Audiodemo: HPF mit Resonanz

• BPF = Band Pass Filter = Bandpassfilter

Ist eine Kombination aus LPF und HPF. Diese filtert um einen bestimmten Bereich um die Cutoff Frequency herum sowohl die darüber als auch die darunterliegenden Frequenzen aus. Übrig bleibt ein Frequenzfenster von meist 1 bis 2 Oktaven grösse. Bei einigen Synthesizern lässt sich diese Bandbreite ebenfalls einstellen. Er hat einen „öffnenden“ Charakter wenn man die Frequenz langsam aufdreht.

AUDIODEMO: BPF = Band Pass Bandpass

Audiodemo: BPF mit Resonanz

• Kammfilter siehe weiter unten und unter “wie funktionieren digitale Filter” & APF.

Audiodemos:
+ Kammfilter

(Phaser)(weiter “Zähne-abstand”)(erklärung kammfilter..)

Allpass Filter / Sonderform des “filters”
info allpass(phasenschieber)

kleine Kammfilter Demo (aus dem waldorf Q)

• APF = sonderform filter – ALLPASS filter.. (nur in besonderen fällen vorhanden!! siehe: physical modelling..)In Physical Models werden in der Regel auch häufig Allpassfilter eingesetzt, die das Signal linear schieben, nicht als Funktion des Phasenversatzes ausgedrückt (denn das macht er eigentlich,dein nebeneffekt,den auch normale filter haben!!). Alle Frequenzen werden um den gleichen absoluten Wert versetzt. Natürlich sind aber auch andere Allpässe (mit steigendem Phasenversatz je niedriger die Frequenz) in verwendung, zum Beispiel für “nichtlineare Effekte” wie das austreten/spiegeln des Schalls am Schalltrichter (konischer trichter..) zB. eines Blasinstruments.

Außerdem nutzt man Allpassfilter auch gerne für Phaser, Flanger, Hall etc.
Allpassfilter = variabler Phasenschieber eines Signals
Bei zumischung des Originalsignals entsteht ein Phasereffekt.

• Notch Filter / Band Reject / Band Stop – Filter = Kerbfilter

Das Gegenteil des BPF, also alle Frequenzen werden durchgelassen, ausser der Bereich um die Cutoff-Frequenz (Eckfrequenz). Dieser Effekt ist eher subtil.

AudioDEMO Notch mit Resonanz,

Audio ohne Resonanz: Notch = Kerbfilter

• Resonance (Resonanz = Q = Emphasis)

Zusätzlich zur Eckfrequenz kann die Resonanz des Filters eingestellt werden, diese ist eine Betonung um die Eckfrequenz (Cutoff – Frequenz) herum. Das ist der berühmte „elektronische“ Klang den man so oft in der Synthesizermusik hören kann (Von Kraftwerk bis Techno „303“ Acid). „Zirp & Fiieeeep“
Hpf ohne Resonanz
Hpf mit Resonanz
auch ein filter kann sinus erzeugen: bei voller resonanz = selbstoszillation!
eigentlich eine erhöhung, die sehr elektronisch klingt um die cutoff-frequenz

filter: in pulten gibt es idR einen weiteren parameter: neben Q (güte – wie “spitz” ist der abgeschwächte/verstäkrte bereich) – also bandbreite (BPF!) in oktaven und natürlich die freq sowie die verstärkung (oder absenkung) in dB (6dB unterschied sind zB verdopplung, 12dB bereits vervierfachung des signals..) diese vollparametrischen und halbparametrischen filter kommen (leider) in synthesizern nicht zum einsatz (meisst).. es ist eine feste flankensteilheit vorhanden, oder man kann stufig schalten:

• Flankensteilheit (in dB oder Pol)

Ein weiterer Faktor ist die Stärke (besser Steilheitsgrad), mit der das Filter die sperrende Seite dämpft: Wenn sie in dB (Dezibel) angegeben ist, die Alternative ist die Anzahl der Pole, sind dies 6,12,18 oder 24 dB, dabei ist 6dB eine Absenkung um den Faktor 2, es halbiert also den Pegel pro Oktave, 12dB bedämpft genau um den Faktor 4. Die gängigste Variante (24 dB) greift sehr stark ein, nämlich mit 8facher Dämpfung pro Oktave. In Polschreibweise entspricht ein 6dB-Schritt einem Pol. Somit hat ein 24dB-Filter die Bezeichnung 4Pol-Filter.

• WIE FUNKTIONIEREN DIGITALE FILTER?

dazu eine komplexere aber sicher interessante erklärung hierKammfilter (Comb)
Eine besondere Form ist der Kammfilter, welcher in digitalen Synthesizern wie dem Waldorf Q oder Korg Prophecy und Z1 zum Einsatz kommen und eine Exotenrolle darstellen. Ein Kammfilter ist vielen als „Phaser“ bekannt, technisch ist es idR ein kurzes Delay (Verzögerung) mit Rückkopplung, dessen Kammzackenabstand- und breite eingestellt werden kann. Mithilfe dieses Filtertyps lassen sich mit Rauschen als Quelle wunderbar Streicher und Querflöten simulieren.. und ist die Basis für das was unter dem Schlagwort Physical Modelling bekannt ist.. Es werden also mehrere Kerben ins Frequenzspektrum gehauen (ausgefiltert).
ein phaser ist ein kammfilter,
also etwas,was aus mehreren stellen im frequenzband eine kerbe (notch) schneided.. diese wird natürlich im ganzen moduliert, daher entsteht dann das auslöschen bestimmter frequenzbereiche und das bewegen dieser filterart macht sie besonders wahrnehmbar,weil ein statischer einfacher kammfilter nur frequenzenbereiche ausblendet.. und nicht einfach alles oberhalb oder unterhalb einer frequenz wegbläst (so wie hochpass oder tiefpass)..
der notch filter schneidet einen bestimmten bereich aus dem frequenzspektrum, die meissten synthesizer haben hier einen abstand von 1-2oktaven, andere lassen sogar diesen parameter den anwender bestimmen..
der bandpass macht genau das gegenteil, also schneidet alles ausserhalb eines etwa 1-2 oktaven breites frequenzfeldes raus! .. es bleibt also ein mittenbandiges teil stehen und ist damit schon was anderes,..
wenn du allerdings mehrere schmalbandige bandpässe verwenden würdest mit aneinandergekoppelter eckfrequenz hättest du einen phaser!
ein phaser kann auch mittels rückkoppeln einer delayschleife erzeugt werden (mit feedback zum eingang’).. das ist die zzt meistverwendete technik in synthesizern für phaser und kammfilter, denn das ist dasselbe!!..
man kann allerdings noch überlegen ob die kammzacken oder die “löcher” das entscheidende ist oder grösser in der bandbreite.. aber technisch ist es dasselbe prinzip..
siehe auch physical modeling und karplus strong SOWIE kammfilter / phaser

Audiodemos:
+ Kammfilter

(Phaser)(weiter “Zähne-abstand”)(erklärung kammfilter..)

Allpass Filter / Sonderform des “filters”
info allpass(phasenschieber)

kleine Kammfilter Demo (aus dem waldorf Q)

• Tracking

Das Filtertracking ist nichts anderes als die Filtereckfrequenz mit aufsteigender Notenhöhe (oder korrekter: je höher die Taste ist auf dem Keyboard, desto weiter öffnet sich das Filter).
Meist ist auch ein Envelope Amount (oder Contour Amount), welches einfach der Einfluss der Hüllkurve auf die Filterfrequenz ist, vorhanden.

• Velocity = Anschlagdynamik

Ist die Anschlagstärke (oder genauer die anschlaggeschwindigkeit) des Fingers auf die Tastatur für dynamisches Spiel. Dieser kann natürlich auch für andere Bauteile verwendet werden, zB Lautstärke etc..

• Verstärker
  (VCA /Amplifier (bei Analogen: „VCA“ = spannungsgesteuerter Verstärker)

bzw. Abschwächung (Attentuator)
Die Lautstärke wird mit diesem Verstärker gesteuert. Hinter diesem befindet sich oftmals noch eine Panoramaeinheit, welche sogar die Modulation zwischen zwei Audiokanälen zulässt, erzeugt (Stereo).
Ohne dieses Bauteil würden die Oszillatoren STÄNDIG tönen! sie sind also ein sehr wichtioger bestandteil eines Synthesizers.

Damit sind die wesentlichen Bauteile für einen gewöhnlich sterblichen subtraktiven Synthesizer vorhanden.
Oft findet sich aber eine schlaue Erfindung, namens Modulationsmatrix an Bord.
Was ist die Matrix?

• MODULATIONSMATRIX / MODSLOTs / MODMATRIX

Hier kann eine Quelle und ein Ziel in einer Liste ausgewählt werden und mit einem bestimmten Wert versehen werden.
Bespiel für Vibrato wäre dann Quelle: LFO1 auf Ziel: Oszillator 1, Tonhöhe mit Stärke 10.
So kann nahezu jeder mit jedem Parameter moduliert werden und ein komplexes Modulationsbündel geschnürt werden.
noch schnell die grundlagen für alle:
modmatrix einträge sind SLOTS, jeder dieser “modslots” enthält letzlich ein modulationsziel und eine quelle sowie eine stärke, mit der die quelle das ziel modulieren soll. diese modulationstiefe (amount) kann auch negativ sein.
natürlich kann man bei den meisten synthesizern diese modulations-slots “stacken” , also wenn man mit demselben quellen und zieleintrag die modulationstiefe erhöhen will und der amount des slots schon auf maximum steht.. dann einfach nocheinen gleichlautenden aufmachen.
ja, hier reagieren die meisten imo nicht unbedingt mit multiplizieren,sondern mit dazuaddieren, sprich: hast du eine auflösung von 128 und die modslots sind auf bipolare -64 bis +64 ausgelegt, brauchst du schonmal 2 modslots!
das ist das gängigste, es so zu verstehen und so wirds auch oft gemacht..
aber die effektivität ist nicht immer so ultrastark.. imo sollte ein zweiter modslot quasi das MAXIMUM hergeben,was an modulationhub möglich ist und als “grob-regler” dienen für alles, was über die 64 hinausgeht..
das machen die hersteller leider nur nicht so..

SYNTHESE ALLGEMEIN – FORMANTEN

• Der FORMANTBEREICH

formanten sind die im FORMANTBEREICH liegenden typischen resonanzen im frequenzspektrum bei einem instrument oder menschlicher stimme. formantbereich liegt von ca 200Hz bis 2-3.5khz .. dies ist auch der vocalbereich von “u” bis “i”.
also erhöhungen/verstäkungen bestimmter frequenzbereiche im formantbereich ,welche klar gleichbleibend sind im abstand nennt man formanten!
frequenzspektrum: ist einfach das aufzeichnen der amplitude (lautstärke) in einem diagramm (x achse: frequenz von 20hz bis 20khz,der hörbare bereich!.. die formanten tauchen aber nur in einem bestimmten teil davon auf,nämlich dem obengenanten 200hz-2khz. konsonanten und explosionslaute haben auch weiter oben noch anteile,daher hat man zB beim telefon 6khz als obere frequenz verwendet,um grade eben sprache zu üebrmitteln.)
also die normalen formanten: klar kannst du diese auch synthetisch erzeugen.. es sind idr 1-3 wichtige und schon noch 1-2 weitere bei instrumenten..
da gibt es interessante vergleiche zB von streicherklängen.. ma besten sichtbar ist das in 3D darstellungen.. wenn du dann vergleichst mit hohen und tiefen tönen ,kannst du die formantcharakteristika erkennen!
also: die passende theorie wirde schon 1890 von l.hermann so bezeichnet.
sie liegen aber dennoch idR im formantbereich plus 3000-3500 hz bereich (was summa ansprach! er hat natürlich recht damit..)
mal nur zur info -vokale- und ihre frequenzen:
u: 200-400hz
o: 400-600hz
a: 800-1200hz
genaugenommen werden bei vokalem material sogar 2 bereiche angegeben:
e: 400-600 und 2200-2600
für i 200-600 und 3000-3500
idR wird auch gern für e einfach weiter angesetzt an um-die 800-1000
und i drüber bis 2khz max.
idr haben die klänge 2 hauptformanten.

• FORMANTEN:

die abstände sind gleich unabhängig vom grundton des gespielten instruments/stimme!
es gibt auch “formantmuster” ,die typisch für bestimmte instrumente oder stimmen und stimmlagen sind!! (frau,mann – geige, klavier,etc.. und synthesizersounds,wenn sie etwas schlauer sind ;) ..)
hier nutzt man idr 3 formanten deren abstände zueinander fest sind.
es gibt bei instrumenten hier in einem abstand nocheinmal im benannten oberen bereich solche formanten ,die typisch für ein instr. sind..
damit kannst du quasi einen EINDRUCK erzeugen (Also die charakteristik),aber nicht wirklich ein instrument schon immitieren..

• SYNTHESEFORMEN

• ADDITIVE SYNTHESE: (zB kawai K5000, K5)

Bei dieser Syntheseform wird erheblich mehr Aufwand geleistet als bei der „musikerfreundlichen“, weil auch mit wenig Parametern auskommenden, subtraktiven Synthese:
Es ist ansich das Gegenstück zur subtraktiven Methode, denn hier gibt es für jeden Oberton einen Oszillator, welcher durch eine Lautstärkehüllkurve gesteuert wird. Das bedeutet das ein solcher Synthesizer eine riesiege Anzahl von Parametern hat, die evtl. durch Makros (also übergeordnete Parameter die eine Gruppe von Parametern gleichzeitig beeinflussen) unterstützt werden. Aber um nicht um den heissen Brei herumzureden: zzt gibt es nur wenige Additive Synthesizer die kommerziell grössere Erfolge erzielt haben, namentlich der Kawai K5000 und sein Vorgänger K5.
Beim K5000 hat man dem additiven Klangapparat einen Filter nachgeschaltet, um auch einfach schnelle eingriffe machen zu können, was aber dem reinen Konzept widerspricht, allerdings sehr hilfreich ist.

• Granular Synthese

(zB crusher x, vsynth(als variphrase) , reason “malström”, reaktor, etc.)hier werden einzelne partikel, die jeweils eine eigene hüllkurve haben in gruppen “clouds , also wolken” angeordnet und von ihrer dichte bestimmen sie den verlauf und klang eines neuen klanggemisches/geräusches. dabei hat ein grain (korn) mindestens eine kleine hüllkurve und tonhöhe. die kontrolle dazu ist sicher anders zu regeln als dies bei normalen synthesizern der falls ist. denn man muss einen ganzen “schwarm” solcher grains mit wenigen bedienelementen steuern. bisher haben sich meist mischformen ergeben, zumeist software oder sogar algorithmisch gesteuert, also per programmablauf. ein bekanntes beispiel ist crusher x für den pc.

es gibt jede menge abarten dieser syntheseform.. hier werden zB grains dazu verwendet, analoysierte samples als grainwolke darzustellen um einen klang beliebig lang zu ziehen oder zu verkürzen oder gar “stehen zu lassen”, denn dies geht mit diesem trick. dies wird bei native instruments kontakt oder bei propellerheads reason 2
(siehe meinen testbericht hier oder bei amazona.de) verwendet.
achja: hardware in der granulare theorien verwendung finden sind/ist natürlich der v-synth und der vp9000, aber die definitiion der granularsynthese ist ein bisschen weiter gefasst..
hier bedeutet sie das einteilen von klängen in kleine schnipsel und das neu zusammensetzen ,so dass du in einem “sample” herumfahren kannst und auch STEHENbleibenkannst.. eine art standbild machen..
es ist also eine anwendung der granularsynthese, der Roland V-Synth ist eigentlich allein auf der hardwarewelt..
GIBTs das als hardware? oh, das ist nicht einfach.. es gibt letzlich ECHTE granularsynthesizer nur als software.. der vsynth nutzt etwas auf der BASIS von granulieren von samples ,um diese beliebig langzustrecken oder anzuhalten.. ähnlich wie in reaktor auch.. (wenn auch nicht identisch, nur rein technisch gesehen..)
aber klartext : granular bedeutet lediglich,das man partikel (mehrere) steuert (gleichzeitig),also eine ansammlung von oszillatoren (wolken = clouds) mit hüllkurven (mind. AD) , dies kann auch mit sampleschnipseln geschehen,also kleine dünne samplescheiben als wolke von oszillatoren,damit das einfrieren, rückwärtsfahren oder vorwärtsfahren eines samples vorallem aber das STEHENBLEIBEN möglich wird.. vorteil der technik: samples ohne mickey mouse effekt und mit gleicher länge beu interschiedlichen tonhöhen!.. es gibt einige softsampler (kontakt) die dies bereits auch tun. auch eine anwendung gibts in reasons synthesizer malström, der hier allerdings nicht so weit geht,wie der v-synth ..
EINIGE UNKOMMENTIERTE GEDANKEN VON MIR, weil neu und nur als anregung zu verstehen:
ansonsten bleibt nur etwas zu patchen im nord modular.. denn granular bedeutet ja das steuern mehrererererer AD wolken (also kleine hülkurven mit eigenen OSCs deren verteilung ebenfalls kontrolliert werden muss.. )
das ist in reinkultur also nicht er “klassischer” synthesizer oberfläche hinzubekommen.. daher gibt es zzt eigentlich keinen hardwareansatz,der das mehr als nur halbwegs aufgreift..
was du tun kannst ist natürlich controller und laptop..
oder eine art workaround mittels eines synthesizers, dessen einzelne hüllkurven und co du getrennt steuern kannst.. das ist zwar bisschen zweckentfremded.. und auch limitiert auf die anzahl der vorhandenen bauteile.. aber es wäre denkbar..
was genau erwartest du bei granualsynthese? was genau muss mindestens vorhanden sein?..
ich selber würde da am ehesten zum nord modular oder g2 greifen für das sampleanhalten natürlich zum v-synth
www.sequencer.de unter clavia gibts bisschen info.. und bei clavia.se selbst.. denn er ist auch livetauglich und schraubefreundlich..
habe selber einige patches damit gebaut,die ansich ein anflug von granularsynthese sind.. es geht also schon..
zählt das ergebnis oder die genaue einhaltung der granularsynthesetheorie??..

• Resynthese (zB.technos axcel)

hier wird per fft (fast fourier transformation) eine analyse eines samplesgemacht und als solche gespeichert. dieser -dem original entsprechende. klang kann nun seinerseits mit entsprechenden parametern aus der FFT sich ergebenen werten beeinflusst werden. ein ansatz findet sich in symbolic sound kyma oder dem axcel . in kyma zB ist damit möglich von einem in ein anderes sample (eigentlich einem analyse-probanden! also schon zerlegtem sample!!) zu morphen, also gleitend von einer trompete zu einer geige übergehen zu können ohne nur einfach zwei fader a la dj mischpult mit dem crossfader überzublenden!.. es ist mehr ,was man als tricktechnik im TV mit bildern sehen kann.. eine echte verwandlung in denen die “zwischenzustände “trompetengeige” oder “geigentrompete” einen neuen klang bilden.
im falle des hartmann neuron kommen noch einige neue parameter hinzu, die sich durch neuronale netze ergeben, die im wesentlichen auf fft ähnlicher analyse basiert aber noch weiterreichend ist. lernbare parameter und das aufzwingen einer charakteristik eines samples auf ein anderes.. natürlich auch wieder die analysieten! nicht die eigentlich samples.
dies könnte in zukunft sicher noch interessanter werden, wo computer schneller werden..
ein wenig artverwand mit dem,was im waldorf wave (wavetablesynthese) passiert.. aber nur rudimentär.. ;)

RESYNTHESE nachtrag:
hierbei wird ein audiosample analysiert und in eine anzahl von frequenzbändern zerteilt. genauer wird ein “sample” in zeitscheiben zerteilt und per FFT (fast fourier transformation) in seine sinustöne (die ja ohne obertöne sind und somit genau EINE frequenz haben ohne ein nachbarfrequenzband zu beeinflussen) zerlegt.
der reiz dabei ist: je mehr partialtöne (harmonische) hier zum einsatz kommen und je mehr zeitsegmente (kurze und viele!) es gibt,desto besser kann man das signal resynthetisieren. das ergebnis ist also KEIN sample mehr ,sondern eine ansammlung von osczillatoren ,die eine feste frequenz haben (evtl moduliert werden können oder gestimmt) und je eine hüllkurve ,was also sehr nahe an die additive synthese kommt in diesem teil!
aktuelle beispiele sind eher softwaresynthesizer wie der vertigo (disco dsp), der cube (virsyn) und chamel audios CA5000.. siehe unter softwaresynthesizern..
resynthesizer sind teilweise auch in der lage einen klang in einen anderen übergehen zu lassen, also morphen,da ja alles in “algorithmischer berechenbarer form vorliegt”. das nachbearbeiten kann bis zur kompletten umarbeitung des klanges gehen. bekannter vertreter ist natürlich der technos axcel und cmi fairlight.. der aufwand dabei ist gross und die übersicht und genaue zielarbeit nicht ganz trivial. aber es lohnt sicht…

• “neuronale synthese?” (Hartmann <neuron>)

der neuron analysiert ein sample und zerlegt per FFT ähnlicher zerlegung und speichert ein abbild! es handelt sich also genaugenommen NICHT um samples.
die FFTs sind in sinussignale frequenzmässig zerlegte analysedaten. denn jeder klang kann ja in sinustöne und obertöne zerlegt werden. ein sinus ist also ein atomare grundlage (weil komplett obertonfrei) eines klanges.
ab hier kann man nun algorithmisch einige “anfasser” basteln,welche das ganze verzerren. hier mithilfe neuronaler netze, was schonmal gut klingt. ist eine form des parallrechnens und wird auch gern für mustererkennung und ähnliches verwendet..
FFT=fast fourier transformation – nach fourier, mathematiker. dabei geht es um die zerlegung durch sinus aufsummierung.
mehr dazu im neuronal-synthesizer bereich
letztlich ist resynthese (siehe oben) und verbiegen der modelle der schlüssel zu dieser syntheseform..
technisch ist FFT nicht korrekt, denn es wird durchaus anders anaylsiert.. dennoch ist die artverwandschaft mit resynthese und granular/variphrase vergleichsweise näher als andere.. es wird also ein spezieller algorithmus zum samples-analysieren verwendet ,der aber auf diesen grundlagen basiert..

• FM = Frequenzmodulation

(zB Yamaha DX serie,fS1R und auch Waldorf Q etc..)
einfache erklärung fm

Vorallem von Yamaha in den DX Synthesizern sowie in den späteren Modellen SY99 und TG/SY77 sowie dem Fs1R kommt die FM-Synthese zum Einsatz.
Wie oben schon erwähnt ist sie auch in subtraktiven Synthesizern oft vorhanden, allerdings nur in vereinfachter Form mit 2 Oszillatoren. Sie kann aber auch völlig Eigenständig verwendet werden. Bei den Yamaha – Geräten werden dort mindestens 4, 6 oder mehr „Operatoren“ genannte Oszillatoren in einer betimmten Weise miteinander verschaltet:
Diese Verschaltungsweise „Algorithmus“ bestimmt welcher der Oszillatoren welchen anderen oder gar sich selbst moduliert, man spricht hier von Träger und Modulator. Natürlich kann ein Modulator seinerseits wiederum von einem weiteren Oszillator moduliert werden.
Ein paar Algorithmen (unten jeweils die Träger oben die Modulatoren):
wie das klingt? weiter unten gibts audiodemos…! achtung: FM ist NICHT Crossmodulation, siehe Kreuz/Crossmodulation..

find a complete “how to make a bass with FM” tutorial here / Tutorial für FM Bass Sounds hier..

FM-SYNTHESE (FREQUENZMODULATION (div. ALGORITHMEN):

FM Algorithmen im Yamaha TG77, SY77, SY99 (bild klicken)	Algorithmen im FS1R (bild klicken)

Jeder dieser Oszillatoren hat eine Hüllkurve und einen Ausgangslevel, wenn man die Oszillatoren alle Parallel schalten würde bekäme man ein additives Verfahren (mit allerdings sehr wenigen Oszillatoren) zusatande. Wie es auch von Zugriegelorgeln verwendet wird, allerdings mit Hüllkurven für jeden Zugriegel..
Die oben erwähnte Rückkopplung auf sich selbst bewirkt ein rauschähnliches Geräusch, durch die geschickte einstellung der La