Kapitel 9: Polyphonie im A-100

Als ich 2011 „Das große Buch zum A-100“ geschrieben hatte, stand da noch:

Modulare Analoge Synthesizer sind in der Regel monophon.
Das große Buch zum Doepfer A-100, S.18, Ideenhase Verlag, 2011

… und noch etwas später ergänzt durch:

Außer Sie geben richtig viel Geld aus, aber auch dann bleibt die Polyphonie recht umständlich in der Handhabung.
A-100 analog modular Website, November 2017

Damals gab es kaum polyphone Midi-CV-Interfaces und kaum Module mit gemeinsamer Steuerung für mehrere Oszillatoren, Filter, Hüllkurven usw. Wenn man modulare Polyphonie wollte, dann war das teuer – jede einzelne Stimme benötigt schließlich alle Module wie VCO, VCF, VCA, ADSR usw.

Zudem mussten die Stimmen so eines Poly-Modulars manuell aneinander angeglichen werden. Schnelle Klangänderungen – einer der Haupt-Reize eines Modularsystems – waren damit kaum machbar.

Das hat sich geändert.

Die Anfänge: Mehrfach-Module

Es gab „in der Altvorderen-Zeit“ nur eine Handvoll Mehrfach-Module, hauptsächlich in der A-143-Reihe: Den A-143-1 Quad Attack-Decay Hüllkurvengenerator, A-143-2 Quad ADSR, A-143-3 Quad LFO und später den A-143-4 Quad VCLFO/VCO oder auch den super-flexiblen A-138e Quad Crossfader und den A-142-4 Quad Decay Generator. Das waren und sind überaus solide und im Vergleich zu Einzelmodulen sehr günstige Lösungen, aber erst der A-143-4 hatte eine gemeinsame Steuerung für seine vier LFOs/VCOs. Bei den anderen Modulen musste man die vier Teilmodule noch separat per Hand aufeinander abstimmen.

Diese Module waren praktische Lösungen, um häufig benötigte Funktionen wie LFOs oder Hüllkurven für wenig Geld mehrfach im Rack unterzubringen. Nach damaligen Maßstäben waren sie auch platzsparend – aktuelle „Slim Line“-Module sind freilich noch um einiges kompakter. Und ja: Wer wollte, konnte sich damit auch schon in Richtung Polyphonie bewegen, der Hauptzweck der Module war das aber eher nicht.

Was macht Polyphonie so aufwändig?

Prinzipiell kann man natürlich mit jedem etwas umfangreicheren System mehrere Synthesizerstimmen mit mehrfach vorhandenen VCOs, VCFs, VCAs und Hüllkurvengeneratoren patchen. Wenn die einzelnen Oszillatoren, Filter usw. baugleich sind, dann werden alle vier Stimmen sogar halbwegs ähnlich klingen. Auch das bekommt man noch hin, und wer nicht so viele Module hat, nimmt einfach die Sounds einer „Stimme“ auf und füttert seinen Sampler damit.

Die Schwierigkeiten treten in dem Moment auf, wenn es darum geht, alle Stimmen in gleicher Weise zu verändern, z.B. während des Spielens die Filter gemeinsam zu öffnen. Bei einer monophonen Synthesizerstimme drehe ich dazu halt am Knopf für die Filter-Eckfrequenz. Bei vier Stimmen fehlen mir dafür mindestens 3 Hände. Ähnlich sieht es aus, wenn ich für alle Stimmen die Attack-Time der Hüllkurven verlängern möchte, oder die Vibrato-Intensität eines LFOs für alle Oszillatoren.

Die Lösung dafür liegt bereits im ursprünglichen Designprinzip modularer Synthesizer: Spannungssteuerung und VCAs!

Ein Parameter wird auf mehreren Modulen gleichzeitig geändert

Fangen wir mit einem ganz einfachen Beispiel an. Um die Eckfrequenz von vier Filtern gleichzeitig zu steuern, benötigt man eine Spannungsquelle (z.B. ein analoges Modulationsrad mit CV-Ausgang), ein Multiple und die bereits vorhandenen CV-Eingänge der Filter. Jetzt müssen die Filter zunächst manuell angeglichen werden (Eckfrequenz, Resonanz, Modulationsintensität, gleiche Verkabelung usw.), dann kann ich die Eckfrequenzen für alle vier Filter gemeinsam über das Modulationsrad einstellen. Das ist noch trivial.

Gemeinsame Steuerung der Filter-Eckfrequenz.

Änderung der Modulationsintensität für mehrere Module gleichzeitig

Sehr oft geht es aber nicht um eine einfache manuelle Steuerung, sondern um die gemeinsame Regelung der Modulationsintensität. Wenn ich z.B. ein Vibrato bei allen vier VCOs gleichzeitig ein- und wieder ausblenden möchte, dann benötige ich dafür einen VCA. Meine CV-Quelle kann wieder das Modulationsrad sein, das mit dem Steuerspannungseingang des VCAs verbunden ist. Der VCA verstärkt dabei einen LFO und speist über ein Multiple den CV-Eingang der Ozillatoren. Auch das ist noch nicht anders, als man es bei einem monophonen Synthesizer machen würde. Elementary, dear Watson.

Steuerung der Vibrato-Intensität für vier VCOs.

Jedes Modul hat seine eigene Modulationsquelle

Noch etwas komplexer wird es, wenn mehrere (leicht) unterschiedliche Modulationsquellen geregelt werden sollen. Wenn wir an Stelle eines einzelnen LFOs vier nicht synchron laufende LFOs oder z.B. die Modulationsintensität von vier Hüllkurven auf die vier Filter regeln möchten, dann benötigen wir bereits vier VCAs: Die Steuerspannung für alle VCAs kommt wieder vom Modulationsrad und die vier ADSR-Steuerspannungen werden separat – aber in gleicher Weise – verstärkt.

Steuerung der ADSR-Intensität auf die Filter. Die Kabel für die Stimmen 2-4 sind transparent dargestellt.

Probleme mit dem bisherigen Ansatz

Spätestens hier sieht man:

Der Platzbedarf steigt! Mit herkömmlichen Modulen benötigen wir neben der mehrfachen Modul-Ausstattung (hier noch nicht einmal komplett dargestellt) auch noch Platz für Multiples und Verstärker.
Durch die umfangreiche Verkabelung wird das Patch langsam unübersichtlich, die Anordnung der Buchsen neben den Drehreglern macht den Kabelsalat nicht einfacher.
Wir benötigen auch für triviale Funktionen wie die Filter-Eckfrequenz zusätzliche dedizierte Steuerelemente (hier die Modwheels).

Das ist aufwändig, teuer (auch vom benötigten Rack-Space) und in der Praxis nur noch schwer bedienbar. Zudem sind manche Funktionen nicht bei allen Modulen über VCAs und Steuerspannungen extern regelbar. Die folgende Tabelle zeigt das anhand der Resonanz von Filtern:

Filter:	Möglichkeit, die Resonanz extern zu steuern:
A-101-1	CV-Eingänge „CVQ In 1“ und „CVQ In 2“
A-101-2	nein
A-101-3	über externe VCAs und die Eingänge „Feedback-In“
A-101-6	über externen VCA und den Eingang „FB In“
A-102	nein
A-103	nein
A-104	nein
A-105	CV-Eingang „QCV“
A-106-1	über externen VCA und den Eingang „Res. Insert“
A-106-5	nein
A-106-6	CV-Eingang „QCV“
A-107	CV-Eingänge „Res. CV1“ und „Res.CV2“
A-108	über externen VCA und den Eingang „Feedb.“
A-109	CV-Eingänge „CVQ1“ und „CVQ2“
A-111-5	nein
A-111-6	nein
A-120	nein
A-121	CV-Eingänge „QCV1“ und „QCV2“
A-121s	CV-Eingänge „QM/TM1“ und „QM/TM2“
A-121-2	CV-Eingang „FCQ“
A-121-3	CV-Eingang „CQ“
A-122	CV-Eingang „QCV“
A-123	CV-Eingang „QCV“
A-123-2	CV-Eingang „QCV“
A-124	nein
A-125	nein
A-127	nein

Externe Steuerung der Resonanz von Doepfer-Filtern.

Neue Module mit integrierter Poly-Funktionalität

A-171-4 Slew Limiter

Ab 2018 hat Doepfer die ersten polyphonen Module vorgestellt. Zunächst einen vierfachen VCO, dann – jeweils vierstimmig ausgelegt – Filter, VCA, ADSR und Midi-Interface. Die neuen Poly-Module lösen viele der bisherigen Probleme:

Die vierfach polyphonen Module für Filter, ADSR und VCA sind jeweils nur 8 TE breit, das entspricht z.B. einem einzelnen A-105-1, A-140 oder A-132-3.
Die Patchbuchsen befinden sich – mit Ausnahme des A-111-4 VCOs – alle unterhalb der Regler, was für deutlich mehr Übersicht sorgt.
Viele häufig genutzte Verbindungen zwischen den Modulen sind direkt auf den Platinen als Default-Verbindungen herstellbar, können aber bei Bedarf durch Patchkabel auf den Frontplatten (Schaltbuchsen) ersetzt werden.
Die Funktionen eines Moduls (z.B. Eckfrequenz oder Resonanz aller vier Filter) sind für alle „Stimmen“ gemeinsam direkt über Regler auf den Frontplatten und zusätzlich über Steuerspannungen steuerbar.
Auch Parameter, die bei vielen herkömmlichen Modulen nur manuell einstellbar sind (Resonanz, ADSR-Werte usw.), können über Steuerspannungen beeinflusst werden.

Vergleich des Platzbedarfs für einen einfachen polyphonen Modularsynthesizer: 4 VCOs, 4 VCFs, 4 Dual-VCAs linear/exponentiell, 4 ADSR-Hüllkurven. Oben mit „alten“ Modulen, unten mit den polyphonen Modulen im „Slim-Line“-Format.

Damit gibt es ein fast schon komplettes Set an Poly-Modulen, angefangen vom polyphonen A-190-5 Midi-Interface, dem vierfach-VCO A-111-4, dem vierfach SSM-Filter A-105-4, dem vierstimmigen Doppel-VCA A-132-8 (mit hintereinander geschalteten linearen und exponentiellen VCAs) und dem polyphonen A-141-4 VCADSR. Neu hinzugekommen (Mitte 2023) ist der polyphone Slew Limiter A-171-4.

Ein ganz einfaches polyphones System mit Midi-Interface, VCO, VCF, VCA und einem ADSR. Links: herkömmliche Verkabelung auf der Frontplatte. Rechts: Die Verkabelung erfolgt weitgehend über die internen Verbindungen auf den Platinen. Es bleiben dabei nur noch Midi-In, die Audio-Ausgänge des VCOs und die vier Einzelausgänge des VCAs.

Was fehlt noch? Was passt dazu?

Polyphoner Mixer

Mit den oben genannten speziellen Poly-Modulen kommt man schon sehr weit. Die größte Lücke war bislang (Dezember 2022) wahrscheinlich ein polyphoner Mixer für die Audiosignale, wenn man einen zweiten A-111-4 und/oder z.B. Rauschen als Klangquelle einsetzen möchte. Hier behelfen sich viele mit den A-138n Narrow Mixern, die dann manuell pro Stimme eingestellt werden müssen. Aber auch zwei A-135-3 VC Stereo Mixer lassen sich notfalls so modifizieren, dass beide Mixer gemeinsam arbeiten.

Ähnlich sieht es aus, wenn man mehrere (polyphone) Steuerspannnungsquellen verwenden möchte. Beispielsweise, wenn die Filter durch Hüllkurven, Anschlagstärke (pro gespielter Note aus dem A-190-5) und vier LFOs (etwa vom kleinen A-145-4) moduliert werden sollen. Dafür verwende ich zwei A-130-8 Octal VCAs und den neuen A-183-5 Quad Attenuator: Je vier der VCAs im A-130-8 haben einen gemeinsamen Mix-Ausgang (Sum Out 1-4 und 5-8), können also die Mischung der Steuerspannungen für eines der vier Filter im A-105-4 herstellen. Nun braucht man nur noch eine vierfach-Spannungsquelle für die Pegel von Hüllkurve, Anschlagstärke, LFO (und einer weiteren Modulationsquelle), die über Multiples oder kurze Stackables auf die vier „Mixer“ der beiden A-130-8 verteilt wird. Das erledigt der vierfach-Abschwächer A-183-5, der an seinen 4 Eingängen mit einer konstanten Spannungsquelle von 5V gespeist werden muss (oder entsprechend intern modifiziert wird).

Mischen von Steuerspannungen. Die 4 Ausgänge des A-141-4 werden gemeinsam im Pegel durch den ersten Regler des A-183-5 geregelt und als Modulationssignale für die A-105-4 Filter verwendet. Analog dazu können noch 3 weitere Modulationsquellen mit den beiden A-130-8 und dem A-183-5 polyphon gemischt werden. Die Verteilung der Steuerspannung zwischen A-183-5 und den A-130-8 (als blaue Kabel dargestellt) erfolgt über Multiples oder Stackables.

Die A-130-8 lassen sich natürlich auch zum Mischen der VCOs verwenden.

Für Steuerspannungen kann auch der A-138m Matrix Mixer oder der neue A-138j Inverting/Interrupting Mixer wertvolle Dienste leisten. Dieser A-138j „Janus-Mixer“ ist besonders zusammen mit dem A-141-4 interessant, weil er nicht nur als Mixer, sondern auch als vierfach-Inverter und Abschwächer eingesetzt werden kann (z.B. invertierte Hüllkurven für die Filter-Modulation).

Für die Mischung der vier vollständigen Stimmen im Stereobild (wenn man DAW-less arbeiten möchte) sind der A-138s Mini Stereo Mixer, der A-138o/p Performance Mixer oder – ganz luxuriös – der A-135-4 VC Performance Mixer interessante Optionen.

Wer es ganz minimalistisch (und sowohl Platz, als auch Kosten sparend) möchte, der nimmt zwei A-138f Dual Crossfader. Damit lassen sich je zwei aus drei Eingangssignalen überblenden (A&B oder B&C ab der „12 Uhr“ – Position der rein manuellen Überblendregler).

Update Mai 2023: Doepfer hat jetzt den A-135-5 Polyphonic Mixer angekündigt. Für jede der vier Stimmen gibt es drei Eingänge (z.B. für drei A-111-4 VCOs), einer der drei Vierfach-Eingänge ist per Default mit einem internen Frequenzteiler verbunden, der als "Suboszillator" für den ersten Eingang arbeiten kann. Sehr spannend und eine lang ersehnte Ergänzung des Poly-Systems!

Zufällige Poly-Sequenzen

Relativ neu ist das Modul A-149-4 Quad Random Voltage Source: Gesteuert über vier Trigger-Eingänge, kann es vier zufällige, aber bei Bedarf quantisierte Steuerspannungen erzeugen, um polyphone Zufalls-Sequenzen herzustellen. Die Quantisierung ähnelt stark den Möglichkeiten des A-156 Quantizers: Oktaven, Quinten, Akkorde und Tonleitern in Dur und Moll, zusätzliche Sexte und Septime usw. – nur eben vierfach vorhanden! Dazu passt eine zufällige Erzeugung von Triggern, wie sie das Modul A-149-2 mit bis zu 8 unabhängigen Triggern ermöglicht.

Umschalter

Bei 4 Stimmen ist es oft praktisch, schnell zwischen verschiedenen Audio- oder Modulationsquellen umschalten zu können, statt während des Spielens eine Handvoll Patchkabel neu zu stecken. Hier kommen der A-182-2 Quad Switch, der A-182-4 Rotary Switch, für stufenlose Überblendungen der A-138f Dual Three-Way Crossfader (oder sein luxuriöser, aber leider nicht mehr hergestellter Vorgänger A-138e) in Frage.

Wenn man automatisiert umschalten möchte, bietet sich im polyphonen Kontext der A-150-8 Octal manual/CV/programmable Switch an. Das Modul lässt sich so programmieren, dass es auch mehrere Patchkabel gleichzeitig umschalten kann.

Portamento

Mitte 2023 hat Doepfer das kleine Poly-Portamento-Modul A-171-4 vorgestellt. Die Struktur ist sehr übersichtlich: je vier Ein- und Ausgänge, ein Steuerspannungseingang, ein manueller Regler und ein Abschwächer für die Steuerspannung. Da das Modul auf rein analogen (Vactrol-) Steuerkreisen aufgebaut ist, sind die Portamentos auch sehr „organisch“ und nicht mathematisch exakt, wie z.B. bei einer digitalen Lösung.

Modulationsquellen

Die bereits erwähnten Mehrfach-Module A-142-4 Quad Decay, A-143-1 Quad AD, A-143-2 Quad ADSR, A-143-3 Quad LFO und sein „Slim-Line“-Nachkomme A-145-4, sowie der A-143-4 Quad VCLFO/VCO sind immer lohnende Ergänzungen zu einem polyphonen Setup, weil sie durch die komplett manuellen Einstellungen lebendige Variationen ins Modulationsgeschehen bringen.

Auch der A-143-9 VC Quadrature LFO ist mit seinen 4 synchronen, aber phasenverschobenen Sinusschwingungen spannend, z.B. für Pulsbreitenmodulationen oder dezente Modulation der VCO-Frequenzen. Eine sehr niedrige LFO-Frequenz und nur minimale Modulation auf den VCOs kann das Driften alter Synthesizer nachbilden, bzw. eine „Detune“-Funktion im Unisono-Modus des A-190-5 ersetzen (ein Klangbeispiel dazu gibt es im Beitrag zum A-111-4).

Manuelle CV- und Gate-Quellen sind leider in letzter Zeit bei Doepfer etwas ausgedünnt worden (der alte A-174-1 Joystick, der A-144 Morphing Controller, die A-176 Manual CV Souce und das A-164 Manual Gate werden nicht mehr hergestellt), dafür mag man den neuen A-174-4 Joystick, den A-177-2 Foot Controller, die A-174-2 Wheels oder das A-173-1/2 Micro Keyboard einsetzen.

Hüllkurven

Ja, der polyphone A-141-4 ist ein phantastisches Stück Hardware, zudem kann er über die Platine mit dem A-190-5 als Gate-Quelle, dem A-105-4 und dem A-132-4 als CV-Empfänger vorverkabelt werden.

Wer den nicht hat, kann – mit etwas mehr „Kabelsalat“ auf die A-140-2 Dual Mini ADSRs zurückgreifen. Hier müssen die Parameter der Hüllkurven zwar manuell angeglichen werden, dafür kann aber die Dauer der Attack-, Decay- und Release-Zeiten pro Hüllkurve über eine Steuerspannung kontrolliert werden (z.B. durch die Anschlagsstärke pro Note aus dem A-190-5). Der zweite Ausgang pro ADSR am A-140-2 ist praktisch, wenn man gleichzeitig VCA und VCF modulieren möchte, bei Bedarf auch mit invertierter Hüllkurve am zweiten Ausgang.

Wer weder den polyphonen A-141-4 ADSR noch den polyphonen A-132-8 VCA hat, oder sie in einem Patch für andere Zwecke benötigt, kann nach A-111-4 und A-105-4 die A-142-2 Dual Envelope Controlled VCAs einsetzen: Auch hier ist manuelle Voreinstellung erforderlich, aber die Zeiten der sehr einfach gehaltenen Hüllkurven lassen sich dann über externe Streuerspannungen regeln.

Offene Wünsche

Natürlich würde ich mir noch das eine oder andere weitere Poly-Modul wünschen. Das hier ist aber nur meine ganz persönliche Sicht, jeder User hat da sicher seine eigenen Präferenzen und Vorstellungen.

Einen polyphonen Suboszillator. Der neue A-135-5 hat tatsächlich einen vierstimmigen Suboszillator an Bord. Aber man kann ja trotzdem noch Wünsche haben: Wenn man die Idee auf die Spitze treiben möchte, dann wäre so ein Sunooszillator so ausgelegt wie der A-113 (Trautonium) Subharmonic Generator und erzeugt keine schnöden Rechtecke, sondern so etwas Ähnliches wie Sägezahn-Schwingungen und beherrscht neben Oktaven auch andere harmonische Teiler.
Weitere polyphone Filter natürlich, aber da werden sich unter den Usern vermutlich „die Geister scheiden“. Eine gute Ergänzung zum sehr satt klingenden A-105-4 24dB Lowpass wäre ein polyphon ausgelegtes 12dB-Multimode-Filter wie das stets „schönklingende“ A-106-5 SEM oder das frechere A-124 Wasp-Filer. Einen durchaus brauchbaren und sehr gut klingenden Kompromiss stellen zwei A-121s Stereo Multimode Filter dar: Die Grundeinstellung muss zwar manuell an beiden Modulen manuell vorgenommen werden, dafür kann man dann über eine Vielzahl an Modulationseingängen praktisch alles über Steuerspannungen regeln (Eckfrequenz, Resonanz, Filtertyp). Bei der Modulbeschreibung zum A-121s gibt es auch ein vierstimmig polyphones Klangbeispiel.
Ein polyphoner Waveshaper wäre spannend, wie man z.B. beim Arturia Polybrute sehen kann.

Update Mai 2023: Doepfer hat mit dem A-135-5 Polyphonic Mixer einen Mixer für die polyphonen Klangquellen angekündigt, der zudem auch einen Suboszillator mit eingebaut hat!

Polyphonie mit Mini-Synthesizer-Modulen – eine Alternative?

Mit vier A-111-6 Mini-Synthesizer-Modulen lässt sich ein polyphones System zusammenstellen, das mit 40TE Platzbedarf sogar minimal schmaler baut, als die Kombination A-111-4, A-105-4, A-132-8 und A-141-4 (42TE). Durch die unten angeordneten Buchsen des „Slim Line“ Minis und weil keine Kabel zwischen VCO, VCF, VCA und Hüllkurvengenerator benötigt werden, bleibt sogar die Verkabelung ziemlich übersichtlich. Im Vergleich zu den oben genannten polyphonen Modulen spart man zudem etwa 200 Euro.

Puls und Sägezahn bzw. Puls und Dreieck sind beim A-111-6 bereits „on board“ mischbar. Es steht sogar ein zumischbarer Suboszillator zur Verfügung, den man bei Bedarf über die „Ext. In“-Buchsen z.B. durch einen A-111-4 ersetzen kann, so dass ohne zusätzlichen Mixer ein 2-VCO-Polysynth möglich ist.

Wer mehr Platz und Budget zur Verfügung hat, kann die A-111-6 Synthesizer auch mit vier A-111-3 Micro Precision VCOs ergänzen. Tracking und Qualität sind dem A-111-4 ebenbürtig, es gibt aber deutlich mehr Modulationsoptionen im direkten Zugriff, für die man beim A-111-4 z.B. erst Jumper auf der Platine umsetzen müsste. Im Beitrag zum A-111-3 finden sich einige Klangbeispiele im polyphonen Einsatz.

Zur gemeinsamen „Fernsteuerung“ der Filtereckfrequenz, der Hüllkurven-Zeiten und der Balance von VCO und Suboscillator (bzw. externem Signal) können die Buchsen „VCF FM2“, „CVT“ und „CV Bal.“ genutzt werden. Der ältere A-111-5 Mini-Synthesizer bietet übrigens keine dieser drei Optionen und befindet sich sowohl preislich, als auch vom Platzbedarf (24TE) in einer anderen „Liga“, was ihn speziell für polyphone Anwendungen weniger attraktiv macht als den A-111-6.

Dem stehen allerdings eine Reihe von Einschränkungen des A-111-6 Mini-Synthesizers gegenüber den polyphonen Modulen gegenüber:

Es gibt keine direkte Möglichkeit einer internen Vorverkabelung von VCA-CV und Hüllkurven-Gates mit dem A-190-5 Interface.
Die Grundeinstellungen müssen für jede Stimme manuell angeglichen werden.
Eine externe Steuerung der Modulationstiefe der Filter-FM oder der Filter-Resonanz ist nicht möglich.
Der Hüllkurvengenerator ist mit seinen zwei Reglern (Attack bzw. Decay/Release) im Vergleich zum A-141-4 recht einfach ausgestattet.

In Summe ist der A-111-6 eine Budget-Alternative für polyphone Anwendungen, der mit attraktivem Suboszillator und geringem Verkabelungsazfwand glänzt, sofern man die Mühe der manuellen Vor-Einstellung aller vier Stimmen und die funktionalen Einschränkungen akzeptiert.

Update: Bei den Klangbeispielen zum A-111-6 findet man natürlich auch vier Module im polyphonen Einsatz.

Beiträge zu Poly- und Mehrfach-Modulen

Beiträge zu polyphonen Modulen

Beiträge zu Vierfach- oder Achtfach-Modulen

Voriges Kapitel:

Merkwürdige, aber hilfreiche Module