Kapitel 2: Synthesizer – Grundlagen

Synthesizer sind eigentlich keine besonders komplizierten Geräte. Auch modulare Synthesizer nicht! Vieles funktioniert genauso wie bei anderen Instrumenten auch: Ein Ton wird erzeugt (vielleicht auch nur ein Geräusch), und dann können wir den Klang und die Lautstärke dieses Tones verändern. Während wir ihn spielen! Bei einem »herkömmlichen« Instrument würden wir dafür z.B. kräftiger irgendwo hinein pusten, den Andruck des Geigenbogens verändern, die Lippenspannung ändern, ein Fußpedal loslassen usw.

Ein Synthesizer erlaubt Veränderungen von sehr vielen verschiedenen Parametern eines Klanges – Tonhöhe, Spektrum der Obertöne, Mischverhältnis einzelner Klang-Bestandteile usw. Im Unterschied zu »herkömmlichen« Instrumenten ist das nicht nur manuell möglich (Lippendruck usw.), sondern auch automatisiert: Fast jeder Synthesizer hat eine Reihe von Bausteinen, die zum Steuern von Klang–Parametern verwendet werden können. Damit verlagern wir die Arbeit von Lippen, Händen und Füßen auf elektrische Schaltkreise, die wir dafür passend einstellen bzw. »programmieren« (was für ein schrecklich »unmusikalisches« Wort, oder?) müssen.

Aufbau eines »normalen« Synthesizers

Sehen wir uns das einmal ganz konkret an einem sehr einfach gehaltenen Synthesizer an:

Einfacher Audioweg im Synthesizer.

Der Oszillator erzeugt einen Grundklang, danach gibt es ein Filter, das diesen Klang in seiner »Farbe« verändern kann und danach gibt es dann noch einen Verstärker, der für die Lautstärke des Klanges zuständig ist. Klangfarbe und Lautstärke können sich natürlich während des Spielens verändern, meistens sogar innerhalb eines einzigen Tones.

Oszillator, Filter und Verstärker existieren aber nicht für sich alleine, sondern werden von verschiedenen anderen Modulen gesteuert: Ein Keyboard, das die Tonhöhe bestimmt, eine Hüllkurve für den Verlauf von Klang und Lautstärke bei jedem Anschlag einer Taste usw.

Hier sieht man bereits an einem ganz minimalen Synthesizer, dass es eine ganze Menge an gegenseitigen Verbindungen gibt:

Ein minimaler Synthesizer mit Oszillator, Filter, Hüllkurven und LFO.

Es gibt (mindestens) einen Oszillator der einen Grundklang erzeugt. Meistens können wir die Tonhöhe dieses Oszillators mit einem Keyboard spielen. Oft bietet ein Oszillator bereits verschiedene Klangfarben – eine sehr obertonarme »Dreieckschwingung«, eine etwas hohl klingende »Rechteckschwingung« und eine reichhaltige »Sägezahnschwingung« beispielsweise. Oder auch Rauschen, das aber dann keine »spielbare« Tonhöhe hat – das rauscht einfach.

Der Klang aus dem Oszillator kann anschließend mit einem Filter weiter verändert werden. Oft ist das ein »Tiefpass-Filter«, das alles Ausgangsmaterial oberhalb einer einstellbaren Eckfrequenz (mehr oder weniger stark) dämpft. Andere Arten von Filtern dämpfen z.B. unterhalb einer Eckfrequenz (Hochpassfilter) oder dämpfen einen schmalen Bereich an der Eckfrequenz (Notchfilter) usw. Wir werden später noch die verschiedenen Filtertypen im Detail kennen lernen.

Danach geht es in einen Verstärker, der für die Lautstärke des Tons zuständig ist: Entsprechend gesteuert, erhalten wir mit diesem Verstärker perkussive oder weich einschwingende, lang oder kurz ausschwingende Töne oder auch ein Tremolo.

In unserem einfachen Synthesizer übernimmt die Steuerung von Filter und Verstärker ein sogenannter »Hüllkurvengenerator«. Er wird bei jedem Tastenanschlag neu gestartet und durchläuft dann eine in der Dauer einstellbare Einschwingphase (»Attack«), bis der Ton eine maximale Lautstärke erhält, gefolgt von einer ebenfalls in der Dauer einstellbaren Abschwingphase (»Decay«), bis er auf einem »Sustain«-Level (hier also eine vorab einstellbare mittlere Lautstärke) liegen bleibt. Wenn die Taste losgelassen wird, startet die ebenfalls in der Dauer einstellbare Ausschwingphase (»Release«), bis der Ton endgültig verstummt. Nach diesen vier einstellbaren Parametern »Attack« – »Decay« – »Sustain« – »Release« werden solche Hüllkurvengeneratoren auch oft »ADSR«-Generatoren genannt. (Es gibt neben ADSR noch andere Arten von Hüllkurvengeneratoren, die wir später gesondert betrachten werden.)

Und weil das mit dem Hüllkurvengenerator so praktisch für den Lautstärkeverlauf der Töne war, bekommt unser einfacher Synthesizer noch einen zweiten für das Filter spendiert. Auf diese Weise bekommt jeder Ton auch einen separat einstellbaren Verlauf der Klangfarbe.

Fertig? Beinahe: Ein sehr langsamer Oszillator »Low Frequency Oscillator« (LFO) ist ein ziemlich nützlicher Baustein. Mit ihm kann man z.B. die Tonhöhe beeinflussen – und erhält ein Vibrato oder auch ein wildes Jaulen, wenn man die Intensität der Modulation sehr groß eingestellt hat. Das Steuern der Parameter eines Bausteins durch anderen Baustein bezeichnen wir übrigens als »modulieren«, so wie zuvor der Hüllkurvengenerator die Parameter des Verstärkers oder des Filters moduliert hat. Der LFO kann natürlich auch Parameter anderer Bausteine modulieren – die Eckfrequenz eines Filters (»Wahwah«-Effekt) oder die Lautstärke des Verstärkers (Tremolo) usw. Bei größerem Bedürfnis nach komplexen Modulationen (und etwas größerem Geldbeutel) können es natürlich auch gerne mehrere LFOs werden, vielleicht auch solche, die selbst wieder spannungsgesteuert sind (sogenannte VCLFOs, d.h. »Voltage Controlled« LFOs).

Damit ist der Einfach-Synthesizer aber auch schon fertig. Vielleicht noch irgendwelche Handräder, Joysticks oder Ribbons, mit denen manuell Einfluss auf bestimmte Parameter genommen werden kann. Oder auch noch ein Eingang für externe Signale in das Filter. Ein weiterer Oszillator oder ein anderes Filter werden ebenfalls gerne genommen. Damit lässt sich dann schon recht anständig Musik machen.

Analoge Synthesizer – was ist hier analog?

Wir haben eben festgestellt, dass das Modulieren von Parametern recht nützlich ist. Tatsächlich ist es das, was einen Synthesizer im Grunde charakterisiert. Bei analogen Synthesizern erfolgen Steuerung, Klangerzeugung und –veränderung mit Hilfe von analogen Schaltkreisen. Die Modulation erfolgt ganz einfach über das Erzeugen von passenden Spannungen, die dann wieder andere Schaltungen beeinflussen. Und auch das klangliche Material besteht bei analogen Synthesizern grundsätzlich aus Spannungen: damit ist ein Ton von 1.000 Hz einfach eine entsprechende Wechselspannung mit 1.000 Hz Frequenz.

Der amerikanische Physiker und Elektrotechniker Robert A. Moog hat 1964 / 65 gemeinsam mit Herbert Deutsch in einem Keller den ersten Prototypen eines Synthesizers gebaut. Ein Artikel von Moog für die AES-Convention 1964 hat dann erstmals das Prinzip der Spannungs-Steuerung erläutert (Näheres kann man nachlesen auf: www.moogarchives.com).

Moog ist heute insbesondere wegen seines Filter-Designs (Transistorkaskade, »Moog-Filter«) legendär – Aaaaber: Das Prinzip der Spannungssteuerung war im Vergleich dazu eine ungleich folgen- und einflussreichere Erfindung! Moderne Synthesizer wären ohne sie überhaupt nicht denkbar! Die geniale Idee dabei ist schlichtweg: Lasst uns doch das manuelle Drehen an Knöpfen (wie viele davon schaffen wir wohl gleichzeitig und mit welcher Präzision und Geschwindigkeit?) durch automatisierbare Abläufe ersetzen!

Warum modular? – Warum nicht!

Analog? Ok, abgehakt. Aber was unterscheidet nun einen modularen Synthesizer von »normalen« analogen Synthesizern? Ein modularer Synthesizer erlaubt sehr große Freiheiten der Konfiguration! Das betrifft sowohl die Anzahl und Art der Module (Oszillatoren, Klangverbieger, steuernde Module usw.), als auch die jeweilige Verbindung der Module untereinander, die meist mit Hilfe von Patchkabeln erfolgt. Übrigens sind selbst modulare Systeme nicht mehr zwingend komplett »analog«: Mittlerweile gibt es viele Module, die digitale »Innereien« haben (z.B. Bitcrusher oder digitale Effekte wie Hall & Delay, aber auch digitale Oszillatoren). Die Steuerung dieser Module bleibt freilich analog.

Es gibt immer mal wieder (oft recht akademische) Diskussionen über »semimodulare« Synthesizer. Bei ihnen sind z.B. die Module bereits festgelegt oder bestimmte Verbindungen schon als Standard intern verkabelt usw. Die Übergänge sind fließend, die Flexibilität nimmt ab, manchmal ist das aber auch ein Vorteil – man muss eben nicht alles »von Grund auf« mühsam selbst verkabeln. Ein prominentes Beispiel für so ein semimodulares System ist der ARP 2600. Ein großartiger Synthesizer, der extrem flexibel ist, aber eben stets die gleiche – unveränderliche – Kombination von Oszillatoren, Filtern usw. aufweist.

Vor der Entscheidung für oder gegen ein Modulsystem sollte man genau überlegen, wie die eigenen Bedürfnisse an die Komplexität und Flexibilität eines Instruments aussehen. Modulare Synthesizer kosten bereits in kleineren Varianten durchaus ansehnliche Summen und es ist schade, wenn man im Nachhinein feststellen muss, dass die eigene Arbeitsweise dem modularen Ansatz eher entgegensteht und man dann doch keine Musik mit dem teuren Gerät macht.

Ein weiteres Risiko beim Kauf eines modularen Synthesizers ist das Verzetteln in einer Art Sammelleidenschaft. Wenn man nicht noch dieses und jenes (exquisite, schwer lieferbare und zudem kaum finanzierbare) Modul hat, dann kann man gar keine Musik machen! Derweil wälzt man stundenlang Webseiten, Foren und Testberichte, entwirft mit online-Modulplanern immer fettere und gigantomanischere Systeme und vergisst darüber, dass man eigentlich schon ein ziemlich cooles System zuhause stehen hat, mit dem man stattdessen auch ziemlich coole Musik machen könnte.

Eine weitere »Falle« bei modularen Synthesizern ist ein stures Klammern an messbare aber für die Praxis eher irrelevante Eigenschaften von Modulen. Als Beispiel sei die Oktavreinheit von Filtern in der Selbstresonanz genannt. Viele Filter erzeugen bei hohen Feedback-Werten einen Sinuston, der über die Spannungssteuerung des Filters im Prinzip auch melodisch per Tastatur gespielt werden kann. Das ist grundsätzlich nett, braucht man aber nicht allzu häufig und sicher nicht bei allen Filtern. Und es funktioniert auch nicht bei allen Filtern. Wenn man es denn benötigt, wird man dafür etwas recherchieren und sich dann ein passendes Filter-Modul gesondert aussuchen. Ansonsten gibt es deutlich spannendere Dinge, die man mit modernen Filtern anstellen kann. Wenn man aber nun zwanghaft genug ist, kann man aus diesem kleinen (neben-)Feature ein gaanz großes Fass aufmachen, im Sinne von »was für eine unglaubliche Schlamperei, dass nicht einmal das geht, früher konnte das jedes [der genau 2 erhältlichen] Filter«, und so fort. Falls Sie zu dieser Art innerer Zwänge neigen, ist ein modulares System eventuell auch nicht das Richtige für Sie.

Prüfen Sie also vorab, ob ein modularer Synthesizer Ihren Neigungen und Bedürfnissen entspricht:

  • Sie bekommen größte Flexibilität bei der Erstellung von Klängen.
  • Die Prozesse der Erzeugung sowohl von Klang als auch von Musik sind so nahe beisammen, wie bei keinem anderen Instrument. Das klingt toll, kann Ihnen aber auch mehr an Entscheidungen abverlangen, als Sie möchten oder in der Lage sind zu treffen.
  • Sie müssen dafür aber mehr Zeit aufwenden, als bei einem »normalen« Synthesizer. Sowohl bei der konkreten Erstellung eines Klanges, als auch bei der Einarbeitung in das Instrument generell. Und nicht zuletzt auch schon im Vorfeld bei der Planung Ihres Systems.
  • Sie müssen sich ein wenig mit grundlegenden Themen der Physik / Elektrotechnik beschäftigen. »Spannung« und »Widerstand« sollten keine Begriffe sein, die Sie abschrecken…
  • Es gibt keine »Werkspresets«, mit denen Sie starten können.
  • Sie müssen auch das allergenialste Patch irgendwann wieder abbauen, um weiterarbeiten zu können. Speicher gibt es nicht. Gehen Sie nicht davon aus, dass Sie das Patch auch nur annähernd genau dokumentieren können, um den Klang 1:1 »nach Kochbuch« wiederherzustellen. Lernen Sie stattdessen, Ihr Instrument so zu beherrschen, dass Sie Ihre klanglichen Vorstellungen darauf völlig spontan umsetzen können.
  • Ein komplex gepatchtes modulares System ist deutlich, und ich meine wirklich deutlich unübersichtlicher als ein herkömmlicher Synthesizer mit gut strukturierter Oberfläche. Sie brauchen also auch deutlich mehr Gedächtnisleistung, um damit Musik zu machen. (»Wo ist jetzt gerade was gepatcht und wo führt eigentlich dieses lange grüne Kabel hin…?«)
  • Modulare Analoge Synthesizer sind in der Regel monophon. Außer Sie geben richtig viel Geld aus, aber auch dann bleibt die Polyphonie recht umständlich in der Handhabung.
  • Rechnen Sie mit »Überraschungen«, die Sie z.B. von digitalen oder festverdrahteten Systemen gar nicht mehr kennen: Kabel können brechen oder Buchsen über die Jahre schlechten Kontakt bekommen, Netzteile können Brummen in den Audioweg einstreuen, manche Module produzieren Rauschen und andere seltsame Nebengeräusche, die meisten Oszillatoren sollten eine Weile »vorgewärmt« werden, um dann stimmstabil zu sein, manche Module verzerren das Eingangssignal ab einem bestimmten Pegel (das kann z.B. bei Filtern aber auch durchaus so gewünscht sein!) usw.
  • Nicht alles, was ein Modul theoretisch können könnte (siehe Oktavreinheit von Filtern) wird es in der Praxis auch leisten. Lernen Sie mit dem kreativ umzugehen, was vorhanden ist.
  • Sie müssen sich vor dem Kauf des Instru­ments überlegen, welche Funktionen und Möglichkeiten Sie haben möchten und worauf Sie (erst mal) verzichten können. Diese Website soll dafür ein wenig Hilfe leisten.
  • Hüten Sie sich davor, ein großes beeindruckendes (wen eigentlich?) Monstersystem zu kaufen, wenn Sie nicht komplett verstehen, was Sie da tun, was die Module leisten und nicht leisten können und inwiefern das überhaupt mit Ihrer persönlichen Herangehensweise an Musik kompatibel ist. Große Monstersysteme sind »am Stück« praktisch nicht mehr verkäuflich (und Modul für Modul sehr, sehr mühsam). Ich habe Musiker kennengelernt, die voller Enthusiasmus auf einen Schlag Unsummen investiert haben und dann jahrelang damit beschäftigt waren, den nutzlosen Krempel unter großen Verlusten wieder abzustoßen.
  • Gehen Sie davon aus, dass Ihr modularer Synthesizer im Laufe der Zeit größer wird, als Sie das geplant hatten aber hüten Sie sich davor, ein »Sammler« zu werden.

Na, noch motiviert? Prima, dann sehen wir uns ab dem nächsten Kapitel ein solches Modularsystem mal etwas näher an. Der Doepfer A-100 ist nicht der einzige modulare Synthesizer auf dem Markt, aber es gibt kein System mit einer auch nur annähernd vergleichbaren Vielfalt von hochwertigen Modulen, er klingt gut und ist handwerklich mehr als solide aufgebaut. Die grundsätzlichen Beschreibungen von Oszillator, Filter usw. lassen sich natürlich auf Oszillatoren, Filter, anderer Hersteller übertragen, die klanglichen Eigenschaften werden aber im Einzelfall unterschiedlich sein.

Auch die Gestaltung der Bedienoberfläche ist zwischen verschiedenen Herstellern oft ganz unterschiedlich – und sollte für Sie eine sinnvolle Arbeitsumgebung darstellen. Die Bedürfnisse dabei sind individuell sehr verschieden: Buchsen immer an der Seite? Immer unten? Oktavschalter für Oszillatoren? Optische Gestaltung eher »freakig« oder eher konservativ/labormäßig? Blaue oder rote LEDs? Leichtgängige oder schwergängige Drehregler?

Dank der standardisierten Baugrößen und Stromversorgung der Module spricht natürlich gar nichts dagegen, sich ein System aus den Angeboten ganz unterschiedlicher Hersteller zusammenzustellen.

Audiosignal oder Steuerspannung?

Einer der großen Vorteile von Modularsystemen wie dem A-100 ist, dass es keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen Audiosignalen und Steuerspannungen gibt. Sie können das Ausgangssignal eines Oszillators problemlos zum Modulieren einer Filtereckfrequenz benutzen, mit weißem Rauschen die Frequenz eines Oszillators modulieren, aber auch die Steuerspannungen eines schnell getakteten Sequencers zur Erzeugung eines Audiosignals (»grafischer Oszillator«) einsetzen. Und auch z.B. Ringmodulatoren lassen sich sowohl mit Audiosignalen, als auch mit Steuerspannungen von LFOs (oder auch einer Kombination davon) »füttern«.

Es gibt allerdings ein paar technisch bedingte Ausnahmen von diesem Prinzip. Manche Module sind eher für Audiosignale andere eher für viel langsamere Steuerspannungen optimiert.

Nur Audio:

Nur langsame Steuerspannungen:

  • A-163 VC Frequency Divider (ist per Jumper auf der Platine an Audiosignale anpassbar).
  • A-129/3 Vocoder Slew Limiter.
Voriges Kapitel:
Vom Buch zur Website
Nächstes Kapitel:
Klangerzeuger und Krachmacher