Synthesizer. Von Matthias Schranz. Version 2

Transkript

1 Synthesizer Von Version 2

2 1. Inhaltsverzeichnis 2. Was ist ein Synthesizer? Übersicht Synthesizer Analoge Synthesizer Digitale Synthesizer... 3 Digitale Synthesizer gibt es in ganz vielen Variationen Geschichtliches Wie funktioniert ein Synthesizer? Klangsynthese Subtraktive Synthese Additive Synthese FM-Synthese Wavetable Synthese Granular Synthese PM-Synthese VCO Voltage Controlled Oscillator Fusslage Pitch Wellenform Pulsweiteneinstellung VCF Voltage Controlled Filter Cut-Off-Frequenz Peak-Einstellung VCA Voltage Controlled Amplifier EG - Envelope-Generator Hold-Time Attack-Time Sustain-Level Decay-Time Release-Time LFO Low Frequency Oscillator Zusammenspiel der Einheiten Fazit Quellen... 9 BFH-TI Burgdorf Seite 2 von Dezember 2011

3 2. Was ist ein Synthesizer? Ein Synthesizer ist ein Musikinstrument, welches auf elektronischem Wege per Klangsynthese Töne erzeugt. Meistens wird der Synthesizer mit Tasten gespielt. Es gibt aber auch Synthesizer, welche bereits bestehende Töne verarbeiten. Er ist aus der elektronischen Musik gar nicht mehr Weg zu denken Übersicht Synthesizer Es gibt verschiedene Arten von Synthesizern. Hier werden die wichtigsten Arten aufgeführt Analoge Synthesizer Bei den analogen Synthesizern unterscheidet man zwischen Monophonen und Polyphonen Synthesizern. Monophone Synthesizer können nur einen Ton auf einmal spielen. polyphone Synthesizer sind in der Lage mehrere Töne gleichzeitig zu spielen. Dies erfordert jedoch eine deutlich aufwändigere Hardware, was den polyphonen Synthesizer im Verhältnis teurer macht Digitale Synthesizer Digitale Synthesizer gibt es in ganz vielen Variationen. DSP-Synthesier sind meist polyphone modulare Synthesizer. Äusserlich unterscheiden sie sich kaum von einem analogen Synthesizer. Die ganze Signalverarbeitung geschieht jedoch in einem sogenannten Digital Signal Processsor, also komplett Digital. Hybrid Synthesizer sind Synthesizer mit analoger Klangerzeugung. Die Klangerzeugung ist jedoch digital angesteuert. Dies ermöglicht das abspeichern von Einstellungen, was bei analogen Synthesizern nicht immer möglich ist. Diese Synthesizer Art ist heute weit verbreitet. Software Synthesizer sind vollumfängliche, komplexe Synthesizer welche auf einem Computer laufen. Sie dienen vorallem der Sondproduktion. Angesteuert werden sie meistens über einen Midi-Controller Soundsampler(heutiges Keyboard) sind dazu ausgelegt, möglichst realitätsgetreuen Sound zu produzieren. Man kann nicht mehr viele Einstellungen selber machen, dafür aus einer Palette von vielen echten Instrumentenklängen auswählen. Workstation Workstations bestehen aus einem Soundsampler, Drumcomputer und einem Sequenzer. Sprich man kann mit einem Intstrument ganze Songs komponieren und erstellen. BFH-TI Burgdorf Seite 3 von Dezember 2011

4 2.2. Geschichtliches. Schon ende des 18. Jahrhunderts probierte man mit Hilfe von elekrischem Strom Töne zu erzeugen. Dies funktionierte jedoch noch nicht wirklich. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts gelangen jedoch grosse Fortschritte in diesem Gebiet. Aber die Instrumente waren riesig und sehr kompliziert. Das Dynamophon, welches 1897 entwickelt wurde, war so gross wie ein Güterwaggon und 200 Tonnen schwer. Leider gibt es keine Tonaufnahmen die bis in die heutige Zeit überlebt haben. Dynamophon Leon Theremin stellte 1928 die elektronische Theremine vor. Einige Künstler benutzen dieses Instrument immer noch. Das Instrument besteht aus 2 Antennen, welche ein elektrisches Feld erzeugen. Mit den Händen kann dieses Feld verändert werden, und die Theremine ändert ihren Ton. Eine Antenne dient zur Regelung der Tonhöhe, die Andere ist für die Lautstärke zuständig. Das spielen auf der Theremine ist sehr anspruchsvoll und nur wenige Menschen beherrschen es in der Perfektion. Leon Theremine mit seiner Theremine Erster Moog Synthesizer 1970 brachte Moog den ersten kompakten Synthesizer heraus. Den Minimoog. Mit ihm gelang vollends der durchbruch, da er nun Tourfähig war. Namhafte Bands wie Toto, Pink Floyd, Air, Abba brauchten den Minimoog als fixes Instrument in ihren Liedern. Nachfolger des Minimoog ist der Minimoog Voyager, welcher auch noch heute produziert wird. Auch er ist immernoch Monophon, sprich er spielt nur ein Ton auf einmal ab.der Soundweg ist immernoch Analog aufgebaut, während die Ansteuerung der Effekte digital geschieht. Dies ermöglicht ein Abspeichern der Einstellungen entwickelte Robert Moog den ersten modularen Synthesizer. Seither hat sich an dem Grundprinzip des modularen Synthesizers nicht mehr viel verändert. Die Geräte waren zu dieser Zeit noch sehr gross und man konnte nichts abspeichern. Sprich die verschiedenen Klänge mussten immer wieder von neuem eingestellt werden. Die Marke Moog gehört bis heute noch zu den führenden Synthesizerhersteller. Von da an gab es zwei Richtungen, eine Richtung ging zur Imitation von Instrumenten, heutige Keyboards, und die andere blieb dabei, den Ton ganz selber zu konstruieren. Diese Dokumentation befasst sich mit letzterem. Minimoog Heutzutage sind aber auch günstige Synthesizer auf dem Markt, bei welchen die Töne nicht mehr Analog sondern Digital erstellen, mit Hilfe sogenannter DSPs (Digital Signal Processor). Novation DSP-Synth Ein anderer neuer Markt für Synthesizer seit den 90ern ist der Virtuelle. Viele Produzenten brauchen sogenannte virtuelle Synthesizer um Lieder direkt am Computer zu programmieren. Die einzelnen Bestandteile des Synthesizers werden per Software simuliert. BFH-TI Burgdorf Seite 4 von Dezember 2011

5 3. Wie funktioniert ein Synthesizer? Ein Synthesizer besteht aus Modulen, welche meistens frei verknüpfbar sind. Hier werden die häufigsten und wichtigsten Module aufgeführt. Die Parameter werden meistens über Potentiometer auf dem Synthesizer eingestellt Klangsynthese Als Klangsynthese wird die Herstellung eines künstlichen oder die Abwandlung eines bestehenden Tones bezeichnet. Es gibt viele verschiedene Arten der Klangsynthese. Jeder Synthesizer basiert auf einem Klangsyntheseprinzip Subtraktive Synthese Die subtraktive Synthese wird sehr häufig in der Analog Technik eingesetzt, da sie relativ einfach zu realisieren ist. Ein bestehender Grundton und seine Obertöne, meist von einem Oszillator, werden mit Filtern und Hüllenkurven so bearbeitet, bis der gewünschte Klang vorhanden ist. Man dämpft jene Oberwellen die man nicht möchte, daher heisst dieses Verfahren Substraktion. Dies ist die häufigste Synthese bei Synthesizern. Genäuere Details finden Sie im Abschnitt, Wie funktioniert ein Synthesizer? Additive Synthese Die additive Synthese funktioniert nicht durch Filtern, sondern durch addieren von harmonischen Klängen. Wird vorallem bei Orgeln und zum Teil bei Synthesizern eingesetzt. Ist genäuer als die substraktive Synthese, stellt aber einen erheblich grösseren Aufwand dar, da sie viel mehr Oszillatoren benötigt FM-Synthese Die FM-Synthese basiert auf dem Prinzip der Frequenzmodulation. Mit einem zweiten Oszillator wird die Frequenz des ersten Oszilators direkt moduliert. Die zwei Frequenzen liegen meisten nahe beieinander. So sind sehr komplexe Signalverläufe möglich. Die FM-Synthese wird analog jedoch nur selten angewendet Wavetable Synthese Diese Synthese ist nur noch digital Anwendbar. Hier wird ein Grundton von einem Instrument aufgenommen. Ein sogenanntes Sample. Dies kann nun wieder abgespielt werden. Verändert man die Geschwindigkeit, verändert sich die Tonhöhe Granular Synthese Funktioniert ähnlich wie die Wavetable Synthese, ist aber aus sehr vielen kleinen Samples aufgebaut. Ähnlich wie ein Film aus Bildern aufgebaut ist PM-Synthese Die Phisical Modelling Synthese ist die Aufwändigste aller Synthesen. Hier werden nämlich physikalische Eigenschaften des Instruments simuliert und berechnet. Dies ergibt einen sehr natürlichen Klang, braucht dafür aber sehr hohe Rechenleistung. BFH-TI Burgdorf Seite 5 von Dezember 2011

6 3.2. VCO Voltage Controlled Oscillator Der VCO (dt. Spannungsgesteuerter Oszillator) erstellt den groben Grundklang des Tones. Er ist quasi das Herzstück des Synthesizers. Folgende Parameter sind einstellbar Fusslage Mit der Fusslage wird der Oktav des Tons eingestellt Pitch Mit dem Pitch wird die höhe des Tones eingestellt. Meistens geschieht dies direkt über eine Klaviatur Wellenform Grundcharakter des Klanges. Folgende Wellenformen stehen meistens zur Verfügung. Jede dieser Wellenformen hat einen ganz eigenen Klang. Die Sinus- und die Dreieckswelle tönen sehr weich, da sie praktisch keine Oberwellen haben. Sie haben einen flötenartigen Klang. Die Sägezahnwelle hat sehr viele Oberwellen. Die Welle eignet sich sehr für Klänge von Trompeten und Saiteninstrumenten. Die Rechteckwelle ist ebenfalls sehr Obertonreich. Der Klang ist jedoch hohler, als der Sägezahnklang. Holz- und Blechblasinstrumente können so erstellt werden. Durch Veränderung der Pulsweite wird die Klangvielfalt noch um einiges erweitert. Als Lärm oder weisses Rauschen bezeichnet man einen Ton, welcher Wellen im ganzen Spektrum besitzt. Braucht man vorallem für Effekte. Wellenformen und ihre Oberwellen Pulsweiteneinstellung Hier kann die Pulsweite eingestellt werden. Der Klang ändert sich vom hohlen Sound bis zum scharfen, spitzen Ton bei schmaler Pulsweite VCF Voltage Controlled Filter Der VCF (dt. Spannungsgesteuerter Filter) sorgt für die Klangfarbe des Tones. Es stehen Hochpass und Tiefpassfilter zur Verfügung. Kombiniert man diese, entsteht ein Bandpass filter. Da der Tiefpassfilter im Einzelfilterbereich am meisten Verbreitet ist, wird dieser hier genauer beschrieben. Folgende Parameter sind bei einem Synthesizer einstellbar. BFH-TI Burgdorf Seite 6 von Dezember 2011

7 Cut-Off-Frequenz Hier wird die Grenzfrequenz des Filters eingestellt. Je nach Grenzfrequenz werden die Oberwellen mehr oder weniger abgeschnitten. Die Filter gibt es in verschiedenen Steilheiten, je steiler der Filter, desto härter wird der Ton. Die Cut-Off-Frequenz kann je nach Synthesizer auch von externen Quellen eingestellt werden Peak-Einstellung Mit dem Peak-Regler kann der Anteil der Rückkopplung des Filters eingestellt werden. Wird die Rückkopplung ganz aufgedreht, beginnt das Filter von selber zu schwingen VCA Voltage Controlled Amplifier Der VCA (dt. Spannungsgesteuerter Verstärker) ist eine Baugrupper, bei der normalerweise nichts direkt eingestellt werden kann. Sie wird über den Envelope Generator oder von extern angesteuert. Der VCA verstärkt oder dämpft das Signal proportional zur Steuerspannung EG - Envelope-Generator Der EG (dt. Hüllenkurven Generator) wird zur erzeugung von Regelspannungen verwendet. Diese Regelspannungen werden vorallem für die Lautstärkekontur des Tones benötigt, d.h. mit ihnen wird direkt der VCA angesteuert. Der EG wird gestartet, sobald auf der Klaviatur eine Taste gedrückt wird, oder die externe Pitch-Spannung des VCO eine gewisse Differenz aufweist. Folgende fünf Werte dienen zum Einstellen der Hüllenkurve Hold-Time Ist nur ein kurzer oder unregelmässiger Triggerimpuls vorhanden, kann mit der Hold-Time der Impuls künstlich verlängert werden, damit die Kurve sauber abläuft. Die Hold-Time beinhaltet Attack-Time, Decay- Time und Sustain-Level Attack-Time Dieser Parameter bestimmt die Zeit, indem der Ton von 0 bis zum Maximum ansteigen soll. Je kürzer die Attack-Time, desto aggressiver der Ton. BFH-TI Burgdorf Seite 7 von Dezember 2011

8 Sustain-Level Der Sustain-Level ist die Endlautstärke bei gedrückter Taste. Diese bleibt solange unverändert, bis die Taste losgelassen wird Decay-Time Die Decay-Time bestimmt die Zeit, in welcher der Ton vom Maximum bis zum Sustain sinkt. Ähnlich wie beim Einschwingen des Klaviers. Das ist ja am Anfang auch lauter und gegen den Schluss konstant Release-Time Wird die Taste losgelassen ist die ASD-Funktion beendet. Würde aber der Ton auch sofort aufhören, würde dies ziemlich unnatürlich tönen. Daher lässt man den Ton ausklingen. Wird ein neuer Ton angeschlagen, beginnt die Funktion von neuem und der Ausklangvorgang wird abgebrochen. Daher darf die Release-Time nicht zu lange gewählt werden LFO Low Frequency Oscillator Der LFO wird auch Modulationsgenerator genannt. Der LFO erzeugt sehr niedrige Frequenzen (0 bis 30Hz) welche vom menschlichen Gehör noch nicht warnehmbar sind. Diese ändernde Steuerspannung wird zur Erzeugung von Effekten wie Vibratos, Tremolos oder Wah-Wah Effekten benötigt. Grundsätzlich kann der LFO aber an jede spannungsabhängige Einheit (VCO,VCF,VCA) zugeschaltet werden Zusammenspiel der Einheiten Die erklärten Module besitzt praktisch jeder Synthesizer. Meistens sind diese frei Verbindbar. So sind unbegrenzte Möglichkeiten der Klangerzeugung vorhanden. Ein guter preiswerter Synthesizer besitzt jedes Modul doppelt, natürlich frei verbindbar. BFH-TI Burgdorf Seite 8 von Dezember 2011

9 4. Fazit Für mich war es sehr spannend diesen Vortrag zu machen. Da ich mich das Thema Synthesizer schon seit langem fasziniert. Ich habe sehr viel dabei gelernt. Die Informationsbeschaffung war jedoch nicht immer einfach, da viel mit Werbung verbunden war Quellen Das Synthesizer-Handbuch von Bernd Schreiber BFH-TI Burgdorf Seite 9 von Dezember 2011