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Klangsynthesen

Analog:

Digital:

Analoge Synthesizer

Monophon

Polyphon

Analoge Klangerzeugung

Voltage Controlled Oscillator

Der Rauschgenerator

Voltage Controlled Filter (VCF)

Voltage Controlled Amplifier (VCA)

Der Hüllkurvengenerator

Die Modulation

Sample-and-Hold

Frequency Follower

Envelope Follower

Ringmodulator

Resonanzfilter

Analoge Sequenzer

Digitale Synthesizer

Sound-Sampling

Multi Task Synthesizer

Physical-Modelling-Synthesizer

Hybrid-Synthesizer

Software-Synthesizer

Synthesizerhersteller

 

 

 

Analog:

Subtraktive Synthese

Sample and Hold

 

Digital:

PWM

Additive Synthese

Wavetable-Synthese/auch Phase Distortion-Synthese

FM-Synthese

Physical Modelling

Sound-Sampling

Granularsynthese; Graintable Synthese

LA-Linear Arithmetic Synthese

VL-Virtual Synthese

 

Analoge Synthesizer

Monophon 

Den ersten spiel- und konfigurierbaren Synthesizer stellte Robert Moog her und präsentierte ihn 1964 auf der „Audio Engineering Society convention“. Bereits während der Entwicklung konnte er den Musiker Walter Carlos (später Wendy Carlos) für den modularen Synthesizer begeistern. Der neue Klang, wie auf dem "meistverkauften Album klassischer Musik" Switched-On Bach von Walter Carlos 1968, war sensationell.

In den späten 1960ern erschienen eine Vielzahl von Aufnahmen, die den neuen Moog-Synthesizer-Sound verwendeten. Zur Berühmtheit wurde das Stück Popcorn, das zum weltweiten Tophit wurde und als erstes komplett mit dem Moog-Synthesizer erstellt wurde. Und auch die legendären Beatles verwendeten auf ihrem Album Abbey road ganz dezent einen Moog, um zum Beispiel dem Schluss-Refrain von Here comes the sun einen luftig „pfiffigen“ Klang zu verpassen.

Moog setzte zugleich auch die Standards, die das Verknüpfen verschiedener Synthesizer erlaubte, wie z. B. eine Schnittstelle zur externen Ansteuerung über eine logarithmische 1-Volt/Oktave-Tonhöhensteuerung. Die Ansteuerung der Synthesizer erfolgte normalerweise über eine normale Klaviatur oder über einen Sequenzer, bei dem man Tonhöhenfolgen zeitlich programmieren konnte, und der über die genannte Schnittstelle den Synthesizer ansteuerte.

Da das Moog Modular System jedoch für den Bühnen- und Live-Einsatz zu groß und zu umständlich zu bedienen war, integrierte Moog die wichtigsten Komponenten seines Synthesizers in ein kompaktes Gehäuse, das den Namen Minimoog erhielt und 1970 auf den Markt kam. Der Minimoog wurde in den Folgejahren ein von vielen Musikern verwendetes und weit verbreitetes Musikinstrument. Im Laufe der 1970er Jahre kamen verschiedene weitere Unternehmen mit Synthesizern auf den Markt u. a. ARP Instruments (von Alan Robert Pearlman), Oberheim (von Tom Oberheim) und Sequential Circuits. Alle Synthesizer hatten jedoch zwei entscheidende Nachteile: zum einen waren sie nur monophon spielbar, zum anderen waren sie nicht dauerhaft zu programmieren. Man konnte also keine Einstellungen speichern.

Dennoch spezialisierten sich Gruppen und Musiker wie Pink Floyd, Emerson, Lake and Palmer, Kraftwerk, Jean-Michel Jarre, Tangerine Dream, Ed Starink, Klaus Schulze oder Vangelis auf Synthesizer. Die Rockband The Who bediente sich in ihrem Song Won't get fooled again (1971) eines von einem Sequenzer gesteuerten Synthesizers.

Polyphon

Die meisten der ersten Synthesizer waren monophon. Nur wenige waren in der Lage, zwei Töne zur gleichen Zeit zu erzeugen, wie der Moog Sonic Six, der ARP Odyssey, und der EML 101. Echte Polyphonie war zur damaligen Zeit nur über das Prinzip der elektrischen Orgel (Oktavteiler-Prinzip) zu realisieren. Der ARP Omni, der Moog Polymoog und der Opus 3 verbanden daher beide Elemente.

Erst 1976 kamen die ersten echten polyphonen Synthesizer auf den Markt: der Yamaha CS-80 und der Oberheim Four-Voice. Diese ersten Synthesizer waren aber komplex und teuer. Der erste erschwingliche polyphone und zudem mikroprozessorgesteuerte und damit programmierbare Synthesizer war 1978 der Prophet-5 von Sequential Circuits. Zum ersten Mal konnten Musiker ihre Einstellungen speichern und per Knopfdruck wieder abrufen. Daneben war er - verglichen mit den Modulsystemen - kompakt und leicht.

 

 

Analoge Klangerzeugung 

Analoge Synthesizer der 1970er Jahre sind oft als Modularsystem aufgebaut. Die einzelnen Komponenten (Signalgeneratoren, Filter, Modulatoren) sind in einem Rack montiert und werden nach Bedarf durch Klinkensteckerkabel miteinander verbunden.

Ein Ton setzt sich in der Regel aus einem Grundton, der die Tonhöhe festlegt, und Obertönen - auch Teiltöne oder Harmonische Töne genannt -, die die Klangfarbe bestimmen, zusammen. Verschiedenartige Klänge entstehen also durch verschiedenartigen Aufbau der Obertonreihen. Die einzelnen Obertöne differieren dabei in Frequenz, Amplitude und in zeitlichem Auf- und Abbau. Bei der Klangerzeugung im analogen Synthesizer ging man in Anlehnung an mechanische Instrumente zunächst von wenigen Grundwellenformen aus: der Kippschwingung (streicherähnlich), der Rechteckschwingung (holzbläserähnlich), und der Dreieckschwingung (flötenähnlich). Siehe: Signalgenerator

Voltage Controlled Oscillator

Der VCO stellt den wichtigsten Baustein bei analogen Synthesizern dar; dies ist ein elektronischer Schwingkreis, dessen Tonfrequenz von einer Steuerspannung abhängig ist. Bei der simultanen Verwendung mehrerer Oszillatoren erhöht sich die Zahl der klanglichen Gestaltungsmöglichkeiten, wobei das leichte Verstimmen von Oszillatoren gegeneinander häufig verwendet wird (out-of-tune-effect). Die Oszillatorenart Digitally Controlled Oscillator ist durch einen Mikroprozessor digital gesteuert, obwohl das Klangerzeugungsprinzip analog bleibt.

Der Rauschgenerator

In Analogie zum physikalischen Licht spricht man von Weissem Rauschen, wenn in einem Klanggemisch sowohl hohe wie tiefe Frequenzen gleichzeitig auftreten. Um Farbiges Rauschen handelt es sich bei einer Störung dieser Frequenz-Gleichverteilung (wenn ein Frequenzbereich dominant ist). Einige Synthesizer besitzen die Möglichkeit, 1/f-Rauschen zu erzeugen, bei dem die tiefen Frequenzen überwiegen. Neben der Kombination mit VCOs als Lieferant komplexer Audiosignale kann Rauschen auch als Modulationsquelle dienen. Auf diese Weise entstehen ungewöhnliche und interessante Klänge.

Voltage Controlled Filter (VCF) 

Die eigentliche Klangformung findet im spannungsgesteuerten Filter (VCF) statt – der gebräuchlichste Filter ist der Tiefpass-Filter. Der Hochpass-Filter arbeitet genau umgekehrt. Durch die Reihenschaltung von Tief- und Hochpassfiltern entsteht ein Bandfilter; eine Bandsperre entsteht bei Parallelschaltung. Hierbei wird ein spezielles Frequenzband gedämpft, während die übrigen Frequenzanteile ungehindert passieren. In der Regel kann man bei Filtern zwischen 12 (weich) und 24 (hart) dB Flankensteilheit wählen.

Voltage Controlled Amplifier (VCA)

Der Spannungsgesteuerte Verstärker kontrolliert den Klangparameter Dynamik durch lineare oder exponentielle Abhängigkeit von der Spannung. Als Synthesizermodul wird der VCA hauptsächlich vom Hüllkurvengenerator gesteuert.

 

Der Hüllkurvengenerator 

Hüllkurvengeneratoren produzieren programmierbare Spannungsabläufe, die über den VCA zur Dynamikregelung im "mikroskopischen" Bereich eines Klanges verwendet werden. In der Mehrzahl der Fälle lassen sich bei Hüllkurvengeneratoren vier unterschiedliche Parameter programmieren: Anschwellzeit (Attack-Time), Abklingzeit (Decay-Time), Lautstärke (Sustain-Level) und Ausklingen (Release-Time). Die Festlegung des Bereiches wird durch den Parameter Level verändert.

Die Modulation

Das Synthesizermodul LFO (Low Frequency Oscillator) besteht aus einem regelbaren Oszillator mit sehr niedriger Frequenz.

Moduliert man den VCF mit den unterschiedlichen Wellenformen des LFO, lassen sich bei Kopplung zweier Filter zu Bandpass oder -sperre verschiedene Effektvarianten wie Wah-Wah oder Phaser erzeugen. Bei Modulation des VCA durch sinus- oder dreieckförmige LFO-Signale entsteht hingegen ein Tremolo. Ein Rechtecksignal des LFOs sorgt für ein ständiges Repitieren des Tones (Mandolineneffekt).

Sample-and-Hold

Aus einem Rauschsignal wird in regelmässigen Abständen eine Probe entnommen und festgehalten. Bei VCO-Kontrolle ändert sich die Tonhöhe zufällig, wohingegen die Töne bei VCF-Steuerung (Spektralmodulation) abwechselnd heller und dunkler werden.

Frequency Follower

In diesem Modul wird die Tonhöhe eines Signals in eine entsprechende Steuerspannung umgewandelt; damit arbeitet es genau nach dem umgekehrten Prinzip eines VCOs. Die Schwierigkeit hierbei liegt in der Minimierung der Zeit, die zum Erkennen der Tonhöhe benötigt wird. Da mehrere Wellenlängen einer Frequenz zu ihrer Identifikation notwendig sind, ergibt sich bei tiefen Frequenzen eine längere Erkennungszeit als bei höheren Tönen.

Envelope Follower

Diese Baugruppe wandelt den Lautstärkeverlauf in einen entsprechenden Spannungsverlauf um.

Ringmodulator 

Mit Hilfe dieses Moduls lassen sich aus zwei beliebigen Klängen neue komplexe Klänge erstellen. Als Resultat entstehen metallische, glockenartige Klänge. Die Flexibilität bei der unmittelbaren elektronischen Umformung beliebiger Schallergebnisse hat die Ringmodulation zu einer bevorzugten Methode der Live-Elektronik werden lassen.

 

Resonanzfilter

Dieses Modul dient der elektronischen Nachbildung von Formanten.

Analoge Sequenzer

Analoge Sequenzer produzieren automatische Steuerspannungsabläufe und Triggersignale, die zur Kontrolle jedes beliebigen spannungsgesteuerten Synthesizermoduls verwendet werden können. Analoge Synthesizer lassen sich auch von digitalen Sequenzern steuern. Heute werden digitale Sequenzer wiederum von Mikroprozessoren gesteuert. Man unterscheidet Hardware- von Software-Sequenzern

Digitale Synthesizer

 Frequenzmodulation 

Eine wirkliche Revolution war das Aufkommen von Synthesizern mit digitaler Klangerzeugung, zunächst per FM-Synthese. Die FM-Synthese wurde in den 70ern entwickelt. Kurz gesagt erzeugen bei der FM-Synthese digitale Oszillatoren (sog. Operatoren) Sinusschwingungen. Komplexe mathematische Verschaltungen der einzelnen Sinusschwingungen ergeben komplexe Wellenformen. Ein Alleinstellungsmerkmal der FM-Synthese im Gegensatz zur damals gebräuchlichen subtraktiven Synthese war die Möglichkeit, besonders obertonreiche und perkussive Klänge zu erzeugen.

Das Patent der FM-Synthese wurde vom japanischen Synthesizerhersteller Yamaha lizenziert. Die ersten Synthesizer, der GS-1 und GS-2 waren schwere und teure Geräte und fanden keine weite Verbreitung. 1983 erschien dann mit dem DX7 der Synthesizer, der den gesamten Markt revolutionieren sollte. Er hatte die Größe und das Gewicht des Prophet-5 und war im Preis für die Masse erschwinglich. Er war „der“ Synthesizer der 80er Jahre und man findet kaum eine Pop-Musikaufnahme aus dieser Zeit, worauf kein DX7 zu hören ist. Nach dem Auslaufen des Patentschutzes fand die FM-Synthese weite Verbreitung, wie z. B. in einfachen 4-Operatoren-Synthesizern auf PC-Soundkarten.

Das Aufkommen des DX7 bedeutete nach relativ kurzer Zeit, dass viele subtraktive analoge Synthesizer altmodisch waren, was das Aus für viele renommierte Firmen wie etwa Moog bedeutete.

Sound-Sampling

Eine zweite Revolution, die sich schon 1979 mit dem ersten Fairlight CMI ankündigte, war das Sampling. Beim Sampling werden natürliche Klänge digitalisiert. Diese digitalen Wellenformen bilden dann die Grundlage der Klangerzeugung. Mit dem Sampler war etwas möglich, was bisher nur dem altmodischen Mellotron vorbehalten blieb: Die „genaue“ Wiedergabe natürlicher Instrumente.

Die ersten Systeme, wie das Fairlight CMI, der Emulator I von E-MU oder später auch das Synclavier von New England Digital waren extrem teure Geräte, die nur den „Großen“ der Branche vorbehalten waren. Außerdem waren die technischen Möglichkeiten der Wiedergabe aufgrund geringer Auflösung und Speicherkapazität zunächst begrenzt. Peter Gabriel und Kate Bush veröffentlichten 1982 die ersten Aufnahmen, auf denen „gesampelte“ Klänge zu hören sind. 1985 kam mit dem Mirage von Ensoniq der erste für die breite Masse erschwingliche Sampler auf den Markt. Sampling prägte schon bald das Klangbild der Popmusik der 1980er.

Multi Task Synthesizer 

1987 brachte Roland mit dem D-50 einen Synthesizer auf den Markt, der besonders aufgrund seines integrierten Effektgerätes und der Attacksamples sehr populär wurde. 1988 trieb KORG mit der M1 die Integration auf die Spitze. Die M1 repräsentierte einen neuen Typus von Synthesizer, die „Workstation“. Hier waren zum ersten Mal ein Synthesizer, Effektgerät, Drumcomputer und Sequencer in einem Gerät integriert. Dieses erlaubte das Erstellen kompletter Lieder in einem Gerät ohne externe Hardware. Die Korg M1 ist nach dem Yamaha DX7 der meistverkaufte Synthesizer.

Physical-Modelling-Synthesizer

Anfang der 1990er Jahre kamen die ersten Synthesizer mit einer neuartigen Synthesemethode, dem Physical Modelling auf den Markt. Bei der PM-Synthese wird versucht, anhand von mathematischen Beschreibungen eine „natürliche“ physikalische Klangerzeugung digital zu simulieren, d. h. man berechnet, wie sich etwa Luftschwingungen in einem Saxophon verhalten oder eine Saite einer Gitarre schwingt.

Das Prinzip war eigentlich nicht neu. Eine praktische Anwendung kam aber erst in Sicht nach Entwicklung des Karplus-Strong-Algorithmus und dessen Verfeinerung, sowie der Verallgemeinerung des Algorithmus in eine digital waveguide synthesis durch Julius O. Smith III et al. Für eine Echtzeitberechnung waren leistungsfähige digitale Signalprozessoren (Abkürzung: DSP: digital signal processor) nötig, wie sie erst Ende der 80er Jahre zur Verfügung standen.

Wie bei der FM-Synthese sicherte sich Yamaha die Rechte und entwickelte ab 1989 zusammen mit der Stanford University die Synthese. Der erste kommerzielle Synthesizer war 1994 der Yamaha VL-1. Interessanterweise versuchte man bald über diesen Ansatz, die alten analogen Synthesizer mit all ihren klanglichen Unzulänglichkeiten als virtuell-analoge Synthesizer digital wieder auferstehen zu lassen. Die bekanntesten Synthesizer sind hier der Clavia Nord Lead, der Access Virus und die Synthesizer der Firma Waldorf Music. Nach den digitalen Synthesizerklängen der 1980er kam es in den 1990ern zu einer Renaissance analoger Synthesizer bzw. ihrer Klänge, insbesondere durch das Aufkommen der Techno-Musik. Vormals fast wertlose Synthesizer wie Rolands TB-303 stiegen dadurch wieder erheblich im Wert.

Hybrid-Synthesizer 

Fast alle heutigen Synthesizer sind komplett digital aufgebaut. Sie verwenden meistens spezielle DSP-Bausteine zur Klangerzeugung, wobei häufig verschiedene Formen der Klangsynthese gleichzeitig eingesetzt werden.

In den letzten Jahren wurden einige sogenannte Hybridsynthesizer entwickelt, die DSPs mit analogen Bauteilen kombinieren, wobei sowohl ein zum Großteil digitaler Signalweg wie z. B. beim Waldorf Q+ (analoge Filter, ansonsten DSP-basiert) oder ein vorwiegend analog aufgebauter Signalweg (DSI Evolver, Alesis A6 Andromeda) möglich sind. Das Konzept der hybriden Synthesizer stammt aus den 1980er Jahren, Modelle wie der ESQ1 von Ensoniq kombinierten kurze Samples oder additiv erzeugte Wellenformen mit analogen Filtern. Der SY99 von Yamaha konnte dagegen geladene Samples in die FM-Synthese (s. o.) einspeisen und die daraus resultierenden Wellenformen nochmals substraktiv bearbeiten (Filter) und kombinierte so Sampler und digitale FM-Synthese mit substraktiver Klangerzeugung.

Software-Synthesizer

Ein neuer Trend sind sogenannte native software synthesizer. Aufgrund der Leistungsfähigkeit moderner PCs ist es möglich, digitale Klangerzeugung auf unspezialisierten Prozessoren durchzuführen. Mittlerweile gibt es für jede Syntheseform verschiedene Software-Synthesizer, die zum Teil Simulationen bekannter Hardware-Synthesizer sind. Auch werden bekannte alte Instrumente wie etwa Fender-Rhodes-Pianos oder die Hammond-B3-Orgel simuliert.

Diese Software-Synthesizer werden oft durch ein Masterkeyboard, Pad-Controller oder Drehregler gesteuert. Problematisch für Musiker ist dabei, dass sie an eine bestimmte Betriebssystem-Version gebunden sind und so nicht so langlebig wie Hardware-Synthesizer sind.

Synthesizerhersteller 

 

Im folgenden eine Aufreihung bekannter Hersteller, die die Entwicklung von Synthesizern maßgeblich prägten.

Access Music Electronics, ARP Instruments, Akai, Alesis, Casio, Clavia, Electronic Music Studios, E-MU Systems, Ensoniq, Fairlight CMI, JoMoX, Kawai (Teisco), Korg, Kurzweil, Moog, New England Digital, Novation, Oberheim, PPG - Palm Products Germany, Quasimidi, Roland Corporation, Sequential Circuits, Waldorf, WaveFrame Corporation, Yamaha uvm.

Texte aus     http://de.wikipedia.org/wiki/Hauptseite

 

 

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