Grundlagen Der Synthetischen Klangerzeugung - Novation Summit Bedienungsanleitung

GRUNDLAGEN DER
SYNTHETISCHEN
KLANGERZEUGUNG
In diesem Abschnitt werden die allgemeinen Prinzipien der elektronischen Klangerzeugung
und -verarbeitung detaillierter besprochen. Dies umfasst Verweise auf die Anlagen von
Summit, sofern von Bedeutung. Wenn du mit dem Thema der analogen Klangsynthese
noch nicht vertraut bist, empfehlen wir dir, dieses Kapitel aufmerksam zu lesen. Anwender,
die hiermit bereits vertraut sind, können diesen Abschnitt überspringen.
Um zu erfassen, wie ein Synthesizer Klänge erzeugt, muss man zuerst die einzelnen
Komponenten und ihre Funktionen verstehen.
Wir nehmen einen Klang wahr, wenn periodische Schwingungen das Trommelfell in
unserem Ohr erreichen. Das Gehirn identifiziert diese Schwingungen verblüffend genau als
einen spezifischen Klang aus einer unendlichen Anzahl verschiedenartigster Klänge.
Erstaunlicherweise kann jeder Klang mithilfe von nur drei Grundeigenschaften beschrieben
werden, die allen Klängen gemein sind. Diese sind:
• Tonhöhe (Pitch)
• Klangfarbe
• Lautstärke (Volume)
Klänge unterscheiden sich lediglich durch die relativen Verhältnisse dieser drei
Grundeigenschaften zueinander und wie sie sich im Zeitverlauf ändern.
Mit einem Synthesizer hat man präzise Kontrolle über diese Grundeigenschaften und ihren
zeitlichen Verlauf. Den Eigenschaften werden häufig andere Bezeichnungen zugewiesen.
Beispielsweise könnte die Lautstärke als Amplitude, Volumen oder Pegel, die Tonhöhe als
Frequenz und manchmal die Klangfarbe als Ton bezeichnet werden.
Tonhöhe (Pitch)
Wie erwähnt, wird ein Klang als Luftschwingung über das Trommelfell wahrgenommen.
Die wahrgenommene Tonhöhe eines Klangs wird von der Geschwindigkeit dieser
Schwingungen bestimmt. Bei einem erwachsenen Menschen beträgt die langsamste als
Ton empfundene Schwingung rund zwanzig Zyklen pro Sekunde, was das Gehirn als einen
tiefen Bassklang interpretiert. Die schnellste Schwingung beläuft sich auf viele tausende
Mal pro Sekunde, was das Gehirn als hohen Ton auslegt.
A
Time (Zeit)
Wird die Anzahl der Pegelspitzen in den beiden Wellenformen gezählt, lässt sich erkennen,
dass in Welle B genau doppelt so viele Spitzen wie in Welle A vorliegen. (Welle B
schwingt tatsächlich eine Oktave höher als Welle A.) Die Tonhöhe eines Klangs wird über
die Anzahl der Schwingungen in einem bestimmten Zeitraum bestimmt. Daher wird die
Tonhöhe oft auch als Frequenz bezeichnet. Somit entspricht die Anzahl der Pegelspitzen
einer Wellenform innerhalb einer bestimmten Zeit der Tonhöhe bzw. Frequenz.
Klangfarbe
Musikalische Klänge bestehen aus mehreren unterschiedlichen in Beziehung
stehenden Tonhöhen, die gleichzeitig erklingen. Die niedrigste Tonhöhe wird
gewöhnlich als „Grundtonhöhe" bezeichnet und entspricht der wahrgenommenen Note
des Tons. Die anderen Tonhöhen in diesem Klang stehen in einfachen mathematischen
Verhältnissen zur Grundtonhöhe und werden Harmonische oder auch Obertöne
genannt. Die relative Lautstärke jedes Obertons im Vergleich zum Grundton bestimmt
die gesamte Klangfarbe bzw. das Timbre des Klangs.
Betrachten wir zwei Instrumente wie etwa ein Cembalo und ein Klavier, bei denen
dieselbe Note auf der Klaviatur mit der gleichen Lautstärke gespielt wird. Obwohl sie
die gleiche Lautstärke und Tonhöhe haben, unterscheiden sich die Instrumente deutlich
im Klang. Der Grund dafür sind die verschiedenen Mechanismen der Tonerzeugung
beider Instrumente, die andere Obertöne erzeugen. Die Obertöne im Klavierklang
unterscheiden sich also von denen des Cembalos.
Lautstärke (Volume)
Die Lautstärke (Volume), oft auch als Amplitude oder Level bezeichnet, bestimmt, wie groß
bzw. hoch die Schwingungen eines Klangs sind. Einfach ausgedrückt: Ein Klavier ertönt in
einem Meter Entfernung lauter als in 50 Metern Entfernung.
A
Lautstärke
(Volume)
16
B
Time (Zeit)
B
Es sind also nur drei Elemente, die einen Klang definieren – diese Elemente müssen nun
auf einen Synthesizer übertragen werden. Es ist nur logisch, dass in einem Synthesizer
diese einzelnen Elemente von verschiedenen Sektionen generiert bzw. „synthetisiert"
werden.
Ein Bereich des Synthesizers, die Oszillatoren, erzeugen rohe Wellenformsignale, die die
Tonhöhe des Klangs zusammen mit seinem rohen harmonischen Gehalt (Ton) definieren.
Diese Signale werden dann in einem Bereich namens Mixer zusammen gemischt und
als Mischung an einen Bereich namens Filter weitergeleitet. Dieser nimmt weitere
Änderungen am Ton des Klangs vor, indem bestimmte Obertöne beseitigt (gefiltert) oder
betont werden. Zuletzt wird das gefilterte Signal an den Verstärker weitergeleitet, der die
endgültige Klanglautstärke festlegt.
Oszillatoren Mixer
Zusätzliche Synthesizerbereiche – LFOs und Envelopes (Hüllkurven) – stellen
Verfahren zur Änderung der Tonhöhe, des Tons und der Lautstärke eines Klangs
bereit. Dies geschieht durch Interaktionen mit den Oszillatoren, dem Filter und dem
Verstärker, und indem Änderungen am Klangcharakter, die sich im Zeitverlauf entwickeln
können, vorgesehen werden. Weil LFOs' und Hüllkurven' nur darauf abzielen, die anderen
Synthesizerbereiche zu steuern (zu modulieren), sind sie gemeinhin als „Modulatoren"
bekannt.
Diese verschiedenen Sektionen des Synthesizers werden nun ausführlicher erläutert.
Die Oszillatoren und Mixer
Der Oszillatorenbereich ist das tatsächliche Zentrum des Synthesizers. Hier wird auf
elektronischem Weg eine Welle erzeugt, die wiederum Schwingungen generiert, wenn
sie etwa über einen Lautsprecher wiedergegeben werden. Die Wellenformen sind an eine
steuerbare, musikalische Tonhöhe gekoppelt, die durch eine Taste der Klaviatur oder einen
MIDI-Notenbefehl ausgelöst wird. Die grundsätzliche Klangfarbe einer Wellenform wird
von ihrer Form bestimmt.
Vor vielen Jahren entdeckten die Pioniere der Synthesizerforschung, dass es nur wenige
charakteristische Wellenformen sind, die die im musikalischen Sinne nützlichsten
Obertöne enthalten. Die Bezeichnungen der Wellenformen beziehen sich auf ihre
tatsächliche Form, wenn diese auf einem sogenannten Oszilloskop betrachtet werden.
Es handelt sich um Sinus-, Rechteck-, Sägezahn- und Dreieckskurven sowie Rauschen.
Jeder einzelne der Oszillatorenbereiche von Summit kann alle diese Wellenformen
Dreiecks-Wellenform
sowie unkonventionelle weitere Wellenformen erzeugen. (Beachte, dass das Rauschen
tatsächlich unabhängig erzeugt wird und den anderen Wellenformen in der Mixer-Sektion
zugemischt wird.)
Jede Wellenform (außer Rauschen) hat einen bestimmten, musikbezogenen Obertongehalt,
der durch die weiteren Sektionen des Synthesizers verändert werden kann.
Die nachfolgenden Diagramme zeigen, wie diese Wellenformen auf einem Oszilloskop
aussehen, sodass sich ihre Namen von selbst erklären. Wie erwähnt sind es nur die
Rechtecks-Wellenform
relativen Lautstärkeverhältnisse der Obertöne in einer Wellenform, die letztlich die
Klangfarbe bestimmen.
Sinus-Wellenform
Sinus-Wellenform
Diese Wellenform besitzt nur eine einzige Frequenz. Ein Sinus erzeugt den „reinsten"
Klang, weil er eben aus nur einer Tonhöhe (Frequenz) besteht.
Lautstärke
Dreiecks-Wellenform
Sägezahn-Wellenform
Dreiecks-Wellenform
Diese Wellenform besitzt nur ungeradzahlige Obertöne. Die Lautstärke jedes Obertons
nimmt proportional zum Quadrat seiner Position in der Obertonfolge ab. So beträgt etwa
die Lautstärke des 5. Obertons ein 25-tel der Lautstärke des Grundtons. Noise (Rauschen)
Rechtecks-Wellenform
Filter
Lautstärke
(Volume)
1 3 5 7
Obertongehalt
Lautstärke
(Volume)
1 2 3 4
Obertongehalt
Lautstärke
(Volume)
1
Obertongehalt
(Volume)
1 2 3 4 5
Lautstärke
Obertongehalt
(Volume)
1 3 5 7
Obertongehalt
Lautstärke
(Volume)
1 2 3 4
Obertongehalt
Lautstärke
(Volume)
1 2 3 4
Obertongehalt
Verstärker
5
5
5