Kapitel 7: Modulatoren – Klänge werden bewegt

Modulatoren sind Module, die (auf ganz unterschiedliche Art) Steuerspannungen erzeugen. Die Steuerspannungen werden dann genutzt, um die bislang besprochenen Module zu beeinflussen: Klangerzeuger, Filter und andere Audio-Bausteine. Eine Steuerspannung könnte z.B. die Frequenz eines Oszillators leicht auf und ab bewegen (Vibrato), eine andere öffnet beim Drücken einer Taste langsam ein Filter, eine dritte Steuerspannung lässt den VCA beim Drücken einer Taste schnell maximal verstärken, um dann langsam wieder das Volumen zu reduzieren.

  • LFOs: Niederfrequenz-Oszillatoren (Low Frequency Oscillators) erzeugen Steuerspannungen, die sich periodisch wiederholen, genauso wie ihre »schnellen Brüder«, die VCOs.
  • Hüllkurvengeneratoren: Hier werden Steuerspannungen »auf Befehl« erzeugt, d.h. ein Hüllkurvengenerator benötigt einen Auslöser (Trigger- oder Gatesignal) und erzeugt dann einen Ablauf von Steuerspannungen, deren Phasen man am Modul einstellen kann.
  • Sequencer: Das sind recht komplexe Maschinen, die eine Folge von Steuerspannungen (und Trigger- / Gatesignalen) erzeugen können. Oft werden sie für ostinate Tonfolgen eingesetzt, können aber auch Filter, Amplituden usw. steuern.
  • Zufallsgeneratoren: Module die zufällige (oder »fast zufällige«) Steuerspannungen erzeugen können – oft die entscheidende »Würze« bei aufwändigeren Klängen.

Aber wir erinnern uns: zwischen Audiosignal und Steuerspannung wird bei Modularsystemen nicht grundsätzlich unterschieden. So können natürlich auch die bereits besprochenen Klangerzeuger (VCOs, Rauschgeneratoren) als interessante Modulatoren eingesetzt werden.

LFOs

Ein LFO ist also so etwas wie ein langsam laufender Oszillator: Wir haben eine periodische Schwingung mit halbwegs konstanter Frequenz und mit Schwingungsformen (Sinus, Dreieck, Rechteck, Puls und Sägezahn) wie wir sie von den im Audiobereich arbeitenden Oszillatoren kennen. Die Spannung von LFO-Signalen ist – wie bei VCOs – grundsätzlich symmetrisch um 0 V (z.B. +/- 2,5 V). Die Eckfrequenz eines Filters wird mit einem LFO also immer abwechselnd nach oben und nach unten verändert werden. In einigen Sonderfällen gibt es nur einen positiven Spannungsbereich (z.B. 0 bis +5 V).

Viele LFOs sind rein manuell in ihrer Frequenz steuerbar, es gibt aber auch eine Reihe von spannungsgesteuerten LFOs (VCLFOs, Voltage Controlled Low Frequency Oscillators). Einige Exemplare haben einen „Reset”-Eingang, der die Schwingung beim Anlegen eines Triggersignals neu startet. Das entspricht einem „Hard Sync”-Eingang bei einem herkömmlichen VCO.

Und dann gibt es noch LFOs mit Features, die man auch bei den allermeisten VCOs vergebens sucht: Etwa die zwischen Dreieck und Sägezahn variable Schwingungsform beim A-146, die Möglichkeit zwischen zyklischem Betrieb oder einer „Attack-Decay”-Hüllkurve umzuschalten beim A-143-1 oder beim A-171-2.

Hüllkurven & Co

Der Schritt vom frei schwingenden LFO zur Hüllkurve ist klein, wie wir bereits beim A-143-1 gesehen haben. Der Unterschied? Eine Hüllkurve benötigt immer ein Signal, wann sie starten soll, meist auch noch eines, wann sie wieder zum Ende kommen soll, der LFO läuft und läuft und läuft.

Und dann haben Hüllkurven auch noch so etwas wie „Phasen” in ihrem Verlauf: Die Zeit, die benötigt wird, um nach dem Startsignal von 0 Volt auf die maximale Spannung anzusteigen, wird als Attack bezeichnet. Bei der darauf folgenden Phase – Decay – sinkt die Spannung wieder ab. Bei einfachen Hüllkurven war es das bereits, noch einfachere besitzen sogar nur eine einzige Phase – Decay (A-142 und A-142-4). Bei den verbreiteten ADSR-Hüllkurven (Attack – Decay – Sustain – Release) sinkt die Spannung am Ende der Decay-Phase nicht unbedingt wieder auf 0 Volt ab, sondern auf einen Pegel, der mit dem Parameter „Sustain” einstellbar ist. Auf diesem Niveau bleibt die Spannung auch so lange eine Taste gedrückt bleibt oder technischer: so lange eine Gate-Spannung am Steuereingang des Moduls anliegt. Danach kommt dann bei diesem Typ von Hüllkurven wieder eine Phase, nämlich Release – die Zeit bis zum Erreichen von 0 Volt.

Sequencer

Sequencer sind vielleicht „die” archetypischen Komponenten in Modularsystemen. Mit der „Berliner Schule” Anfang der Siebziger Jahre des vorigen Jahrhunderts haben Sequencer ein ganzes Musikgenre entscheidend mitgeprägt. Klaus Schulze oder Tangerine Dream wären ohne Sequencer kaum vorstellbar, obwohl beide zunächst auch ohne recht gut ausgekommen sind.

Aus heutiger Perspektive – mit DAWs und ihrem nahezu grenzenlosem Speicherplatz – macht ein Sequencer etwas unfassbar primitives: Bei einem „echt analogen” Sequencer haben wir meistens 8 Schritte („Steps”), die jeder über einen oder mehrere Potentiometer verfügen, mit denen wir eine Spannung für diesen Step festlegen können. Zusätzlich gibt es noch eine Reihe von Schaltern, mit denen wir festlegen können, bei welchem der Schritte ein Trigger- oder Gatesignal ausgelöst wird. Alles, was der Sequencer dann macht ist Schritt für Schritt weiterzuschalten und jeweils ein Trigger-/Gatesignal, sowie eine Steuerspannung (oder auch je nach Modell parallel mehrere davon) auszugeben.

Der Standard-Einsatz für Trigger und Steuerspannung ist das Starten von Hüllkurven sowie die Steuerung der Tonhöhe, um eine kleine Ostinato-Melodie – die Sequenz – zu erzeugen. Am Ende unserer 8 Schritte beginnt die Sequenz von vorne. Je weiter der Sequencer uns in diese Abläufe eingreifen lässt, desto interessanter werden die Einsatzmöglichkeiten. Manche Geräte erlauben, die Richtung der Sequenz umzudrehen oder sogar zufällig zu spielen, erster und letzter Schritt können während des Spielens verschoben werden, die Geschwindigkeit der Sequenz kann pro Schritt moduliert werden, so dass wir unterschiedlich lange Töne erhalten usw.

Aber Sequencer sind nicht auf das Abspielen von Tonfolgen beschränkt. Mit einem extrem schnell laufenden Sequencer lässt sich ein sogenannter „grafischer Oszillator” realisieren, bei dem die Länge der Sequenz dem Durchlauf einer einzelnen Schwingung entspricht. Oder wir verwenden Sequencer als komplexe Hüllkurvengeneratoren, die dann nicht zyklisch, sondern in einem „one shot”-Modus arbeiten: Nach Durchlaufen der 8 Schritte stoppt der Sequencer wieder und muss durch ein Triggersignal erst wieder neu gestartet werden.

Zufälliges und halb Zufälliges

Auch das Spiel mit dem Zufall (oder vielleicht sogar „den Zufall spielen lassen”) hat eine lange Tradition bei modularen Systemen. Führend in der Entwicklung war diesmal allerdings nicht Moog, sondern Don Buchla (dessen Systeme übrigens in der Regel ohne eine herkömmliche – und aus Sicht der „Westcoast”-Modularisten – einschränkende Klaviatur auskommen). Die Doepfer-Module A-149-1 und A-149-2 sind Anleihen an Buchlas sehr trickreich angelegte Zufallsmodule „Source of Uncertainty”.

Mathematiker werden es bestätigen: Einen „echten” Zufallswert (in unserem Fall meist eine zufällige Spannungshöhe) zu erzeugen ist gar nicht so einfach. Oft wird dann von sogenannten „Pseudozufallszahlen” gesprochen: Diese sehen durchaus „zufällig” aus, sind aber prinzipiell berechenbar, was eine „echte” Zufallszahl nicht ist. Im Modularsystem entspricht so etwas am ehesten ein „Sample & Hold”-Schaltkreis: Ein Eingangssignal wird in bestimmten Abständen abgetastet und der momentan vorhandene Wert wird ausgegeben, bis der nächste Abtast-Zeitpunkt erreicht ist. Wenn das Eingangssignal nun eine ganz normale Schwingung aus einem VCO oder LFO ist, dann wäre das Ergebnis theoretisch berechenbar und verliert sogar bei bestimmten Abtast-Abständen seinen zufälligen Charakter (z.B. bei sehr niedriger Frequenz des Eingangssignals und sehr hoher Frequenz der Abtast-Abstände). Genau an diesem Punkt wird das „Pseudo” dann wieder musikalisch interessant: Durch geschickte Wahl von Eingangssignal und Abtastrate kann man sich z.B. zwischen einer „Melodie” und „Zufall” mit fließenden Übergängen bewegen.

Trigger und Gates

Wir haben bisher eine Reihe sehr unterschiedlicher Modulationsquellen betrachtet. Modulation mit Hilfe von Steuerspannungen ist wahrscheinlich eines der grundlegenden Prinzipien, die einen Synthesizer ausmacht. Ohne Modulationen wäre das Ding eine elektronische Orgel, etwas überspitzt gesprochen. Aus diesem Grund existieren sehr viele sehr unterschiedlich arbeitende Modulationsquellen, die alle eines gemeinsam haben: Sie erzeugen Steuerspannungen, mit denen wir andere Module beeinflussen können.

Einen sehr speziellen Typ von Steuerspannung haben wir noch nicht im Detail betrachtet: Trigger. Beziehungsweise Gate-Signale. Auf den Unterschied kommen wir noch zurück. Trigger und Gates unterscheiden sich von allen anderen Steuerspannungen: Während letztere ganz unterschiedliche Werte annehmen können, um z.B. die Eckfrequenz eines Filters zu steuern, müssen Trigger nur einen Schwellwert überschreiten. Es sind Signale, um einen Vorgang zu starten. Eine Hüllkurve zum Beispiel. Das Starten (und auch das Anhalten) eines Sequencers, aber auch das Weiterschalten zum nächsten Schritt eines Sequencers. Nachdem das alles Vorgänge sind, für die wir ein möglichst präzises Timing benötigen, sind Trigger meistens einzelne Rechteck- oder Puls-Schwingungen: die steigende Flanke soll möglichst schnell da sein. Theoretisch könnten wir natürlich auch die steigende Flanke eines Sinus- oder Dreieck-Signals einsetren, aber wann genau ist dann der Schwellwert des z.B. Hüllkurven-Moduls überschritten? Meistens wissen wir ja weder genau, bei welcher Spannung eine Hüllkurve gestartet wird (5,3 Volt? /,89 Volt?) noch welche Spannung eine Modulationsquelle genau abgibt. Die extrem steile Flanke eines Rechtecks ist da deutlich sicherer. Wenn das Triggersignal startet, wird auch schon die Schwelle des getzriggerten Moduls überschritten.

Wie lange so ein Triggersignal Spannung abgibt, bevor es wieder auf 0 Volt zurückfällt ist beim Trigger egal. Hier zählt nur die steigende Flanke. Anders beim Gate: Im Prinzip ist das das gleiche Steuersignal, aber wir haben einen Empfänger, der auch auf die fallende Flanke reagiert. Hüllkurven vom ADSR-Typ sind ein Beispiel dafür. So lange das Gate-Signal Spannung abgibt, bleibt die Hüllkurfe (nach Durchfahren der Attavk- und der Decay-Phase) auf dem Sustain-Niveau stehen. Erst bei fallender Flanke – das Gate-Signal fällt auf 0 Volt zurück – wird die Release-Phase gestartet. Oft wird synonym von Gates und Triggern gesprochen und im Prinzip sind das ja auch die gleichen Signale, die lediglich etwas unterschiedlich vom Empfänger ausgenutzt werden: Nur die steigende Flanke beim Trigger, sowohl steigende, als auch fallende Flanke beim Gate.

Wenn ich hier Gates und Trigger als Spannungen beschreibe, dann ist das – synthesizerhistorisch betrachtet – nicht ganz korrekt. Ältere Analogsynthesizer wie etwa die frühen Moog-Systeme haben als Trigger keine Spannungen, sonder das Kurzschließen einer Leitung verwendet. Praktischer sind allerdings die Spannungs-Trigger, weil wir (a) nicht aufpassen müssen mit einem Trigger versehentlich ein anderes Modul kurzzuschließen (daher hatten die frühen Moog Modularsysteme einen ganz anderen Steckertyp für die Trigger) und weil wir (b) auch so etwas wie LFOs zum Triggern einsetzen können.

Auch einige der Zufallsmodule erzeugen „Zufalls-Trigger”: Hier besteht das Zufällige dann natürlich nicht in einer bestimmten Spannungshöhe, sondern im Zeitpunkt, wann ein Trigger erzeugt wird. Das können völlig freie Ereignisse sein oder aber „getakteter Zufall”, bei dem z.B. für jedes externe Triggersignal zufällig entschieden wird, ob am Ausgang des Moduls ein Trigger erzeugt wird oder nicht.

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