Blog Post 4 – Subtraktive, Additive und FM Synthese

Bevor wir uns einige klassische Synthesizer und deren Sound ansehen ist es wichtig, die verschiedenen Arten der Klangsynthese zu verstehen. Denn selbst wenn die Grundlage aller analogen Synthesizer auf elektronischen Bauteilen besteht, ist jede Form der Synthese unterschiedlich. Generell gesprochen gibt es diese 5 Formen: 

  • Subtraktive Synthese 
  • Additivie Synthese 
  • FM-Synthese 
  • Wavetable-Synthese 
  • Granulare Synthese 
  • Physical Modeling 

In diesem Blogeintrag werden die ersten 3 dieser Liste genauer beschrieben und erklärt. 

SUBTRAKTIVE SYNTHESE 

Bei dieser Art der Klangsynthese startet man mit einer einfachen Oszillatorwelle. (je nach Modell hat man hier einige zu Verfügung). Direkt im Anschluss folgt durch diverse Filter eine Bearbeitung dieser Welle. Absenkungen im Bass-, Mitten-, aber auch Höhenbereich formen hier den Basiston, der anschließend auch noch durch LFOs und Hüllkurven moduliert werden kann (mehr dazu später). Ein guter Vergleich wäre jedenfalls der eines Bildhauers, der mit einem undefinierten Marmorblock startet, und sich seine Gewünschte Skulptur (in unserem Fall der Ton) Schritt für Schritt formt. 

Da Diese Form durch besagte Filter und Abschwächungen des Signals zu seinem Klang kommt, einigte man sich darauf sie “subtraktive Synthese” zu nennen. 

KORG MS-20 SYNTHESIZER

Bei Synthesizern mit subtraktiver Klangsynthese wird man relativ selten bis nie einen Sinuswellen-Oszillator finden, da die anschließenden Filter bei einer solchen Wellenform nicht “greifen” würden. Sie würden lediglich die Lautstärke der Welle beeinflussen. Daher sind nahezu alle subtraktiven Synthesizer mit obertonreichen Wellen bestückt, wie zum Beispiel Sägezahnwellen oder Rechteckswellen.  

Der gängigste und weitverbreiteste Filter Typ, der bei diesen Synthesizern zum Einsatz kommt, ist der Low-pass Filter. Durch die “Cutoff” Frequenz, kann man die höheren Anteile eines Tones mit ihm herausfiltern. Natürlich gibt es aber auch andere Filter, die zwar nicht so oft wie der Low-pass vorkommen, aber dennoch eine Daseinsberechtigung haben. Im Endeffekt läuft es aber immer auf eine Sache raus, die den Sound erst richtig interessant macht: Das Modulieren bestimmter Parameter mittels eines LFOs oder das Formen der ADSR Kurve (Hüllkurve). 

Auf diese Parameter und Formungsmöglichkeiten kommen wir aber im Blogeintrag 6 nochmal darauf zurück. 

Auf die Frage, was ein analoger Synthesizer sei, wird man des Öfteren die Antwort “einer mit subtraktiver Synthese” zu hören bekommen. Selbstverständlich gibt es diese auch schon als digitale Kopien und Nachbauten in Software-Form. Bei ihnen spricht man von “virtuell-analogen” Synthesizern. 

Um ein paar Klassiker zu nennen, die sich diese Snyhteseform zunutze machen: 

  • Minimoog 
  • ARP 2600 
  • MS-20 

ADDITIVE SYNTHESE 

Gegensätzlich zur subtraktiven Synthese, werden hier mehrere Sinuswellen überlagert, welche von Oszillatoren erzeugt werden. Dahinter steckt die Idee, dass man mit dieser Methode nahezu jeden möglichen Ton erzeugen kann – in der Theorie. In der Praxis setzt die Technik hier jedoch immer wieder Grenzen und Hindernisse, welche diese Art von Synthesizer besonders knifflig machen. Jedoch ist es genau das, was “happy little accidents” passieren lässt und dem Synthesizer blühendes Leben einhaucht. 

Additive Synthesizer werden oftmals für die Erzeugung Orgel- oder E-Piano ähnlicher Sounds benutzt. Wer den Sound der bekannten “Hammond Orgel” kennt, weiß was gemeint ist. 

Im Grunde bieten die meisten additiven Synthesizer Oszillatoren an, mit welchen man einen Ton in seine einzelnen Komponenten aufteilen beziehungsweise zusammenbauen kann (=additiv). 

Wer die Fourninsche Analyse kennt weiß, dass ein Ton aus einem Grundton und seinen Obertönen besteht. Bei der additiven Synthese, bildet der am langsamsten schwingende Oszillator diesen Grundton. Alle weiteren Oszillatoren bilden dann die Obertöne. Bei einem Synthesizer mit 4 Oszillatoren würde die 2. Welle doppelt so schnell schwingen wie die erste, die 3. doppelt so schnell wie die zweite, und die 4. doppelt so schnell wie die dritte Welle. Somit würde man einen harmonisch klingenden Ton aufbauen. 

Additive Synthese

Technische Schwierigkeiten der additiven Synthese: 

Um mit der additiven Synthese einen komplexen Klang zu erzeugen, braucht ein additiver Synthesizer viele Oszillatoren. Jeder davonmüsste idealerweise auch in seiner Tonhöhe und Lautstärke veränderbar sein. Wenn jeder dieser Oszillatoren auch noch mit einer ADSR Hüllkurve ausgestattet wäre, käme man mit 5 Sinuswellen auf eine Anzahl von 30 einzeln ansteuerbaren Parametern. Wären es beispielweise 15 Oszillatoren käme man auf 90.  

Wie man anhand dieses Rechenbeispiels erkennen kann, ist die Herausforderung der additiven Synthese die, einen Synthesizer zu bauen, dessen Bedienung trotz etlicher Parameter so einfach und intuitiv wie möglich bleibt.  

Da dies – besonders in der analogen Welt – kein einfaches Unterfangen ist, gab es nicht allzu viele additive Synthesizer in der Geschichte. Ein paar wenige bekannte waren jedoch: 

  • Kawai K5 
  • New England Digital Synclavier 
  • Hammond-Orgeln 

FM SYNTHESE 

m einfachsten Beispiel wird bei der FM Synthese die Frequenz eines Oszillators A durch die Frequenz der Oszillators B moduliert. Die Welle des Oszillators A ist hier die Trägerwelle auch genannt “Carrier”. Osz. B dient hier nur der Modulation und wird “Modulator” genannt.  

An dieser Stelle gilt es zu betonen, dass es in der Welt der FM Synthesizer viele unterschiedliche Wege gibt diese Oszillatoren in Relation zu stellen. Diese Ketten, bestehend aus Carrier, Modulator (die einzelnen Bausteine werden – egal ob Carrier oder Modulator – auch “Operator” genannt) nennt man “Algorithmus”.Also nicht die Oszillatoren selbst, sondern die Art und Weise wie diese Operatoren verbunden sind und welcher was moduliert / steuert. 

Fm Synthese

Typisch für diese Syntheseart sind glockenartige Timbres, metallisch wirkende Töne und Klänge die an ein E-Piano erinnern. Ebenso möglich und sind fette, knackige Bässe und Bläser-artige Sounds. 

Um besagte Klänge zu erzielen, muss die Frequenz des Modulators mindestens 20 Hz betragen. Erst dann spricht man von einer “Audioratenmodulation”. Vibrato wird mit einer Frequenz von bis zu 10 Hz erzeugt. 

Bei Synthesizern, die sich der FM Synthese bedienen, findet man oftmals mehrere Oszillatoren/Operatoren. Meist sind es 4-6 Operatoren pro Stimme. Dies und die oftmals durch andere Algorithmen verknüpfbaren Operatoren ermöglichen sehr komplexe Klangformungen und nahezu unendlich Möglichkeiten. 

Natürlich gibt es die gegenseitige Modulation zweier Oszillatoren auch in anderen Synthesizern, die nicht FM-Synthese betreiben. Bei ihnen nennt man das dann “cross modulation”. 

Der wohl bekannteste Synthesizer der FM- Synthese: der Yamaha DX7 

Im Nächsten Blogeintrag: Wavetable und Granularsynthese, Physical Modeling  

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