DAT-Übung2

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Virtueller analoger Synthesizer - Teil 1

Motivation

Die Subtraktive Klangformung

Versuchsdurchführung

Online-Tutorial

Motivation

Ziel dieser Übung soll es sein, einen klassischen subtraktiven Synthesizer per Software "virtuell" nachzubilden.

Mit dem Revival der analogen Synthesizer wurden inzwischen auch die analogen Modulsysteme wiederentdeckt. Mit den analogen Geräten kam die Lust am "Schrauben" und wer hier an die Grenzen fest verdrahteter Hardware stößt, der wünscht sich, er hätte ein Gestell voller Module, die mit Patch-Kabeln frei miteinander verdrahtet werden können - spätestens hier täte sich ein fast unendlicher Raum der Möglichkeiten zum "Surfen" durch elektronische Klangwelten auf.

Über Radiowellen-Modulation und Kippschwinger auf Röhrenbasis wurden diese bis hin zu denen aus modernen Halbleitern weiterentwickelt.

Allerdings war über Jahre hinweg kein Hersteller mehr zu finden, der ein solches System anbietet und ein Original aus früheren Zeiten war noch viel schwieriger aufzutreiben als einer der kompakten Analog-Synths. Und auch zu ihrer Zeit waren diese modularen Systeme ein exklusives, weil teures Vergnügen. Inzwischen gibt es wieder einige Hersteller, die die Nachfrage der experimentierlustigen Kundschaft erkannt haben und modulare Hardware anbieten. Einer der erfolgreichsten ist dabei sicherlich die Firma Doepfer mit ihrem relativ erschwinglichen A 100 Modulsystem. Trotzdem bleibt der Modulsynthesizer nach wie vor ein Exot.

In modernen digitalen Studiogeräten, wie den digitalen Mischpulten oder virtuell analogen Synthesizern, arbeiten anstatt komplexer, rauscharmer und damit teurer Analogschaltungen nun preiswerte DSP’s (Digital Signal Prozessor). Mit den DSP’s werden natürliche und elektronisch Klänge mit Hilfe mathematischer Modelle nachgebildet, indem die benötigten Wellen-formen digital berechnet und anschließend per D/A-Wandler hörbar gemacht werden.

Mit gestiegener Rechenleistung aller Prozessoren ist es nun möglich, ohne DSP’s analoge Synthesizer auf  einem Computer in Echtzeit abzubilden.

Die subtraktive Klangformung

Struktur eines einfachen subtraktiven Synthesizers

 

VCO - Voltage Controlled Oscillator

Der Klang eines subtraktiven Synthesizers wird durch einen oder mehrere, meist zueinander leicht verstimmte Oszillatoren
erzeugt. Sie werden in der Tonhöhe (P - Pitch) von der Tastatur angesteuert.

Saw (Sawtooth): Inzwischen ein alter Bekannter. Die Signalform entspricht einer gleichmäßig ansteigenden Rampe mit anschließendem extrem kurzen Rücksprung. Dieser schnelle Sprung macht die Sägezahn-Wellenform relativ obertonreich. Ihr Spektrum enthält alle Obertöne der Obertonreihe in sanft abfallender Intensität. Der Sägezahn eignet sich u. a. gut für Blechbläser- und Streicherartige Sounds.

Tri (Tri / Saw): Auch hier kann man von einer Variation des Sägezahns sprechen. Anstelle des senkrechten Rücksprungs tritt eine zweite Rampe. Mit dem "Tri Form"-Parameter wird das Verhältnis von steigender zu fallender Rampe beeinflusst. Für "Tri Form" gleich Null ist das Verhältnis 1 : 1. Die Form ist symmetrisch und man spricht von einer Dreieck-Schwingung. Sie ist aufgrund der reduzierten Steilheit der Flanken relativ obertonarm und klingt etwas hohl, da sie nur ungradzahlige Harmonische enthält. Erhöhen Sie den Form-Parameter, wird die steigende Rampe länger und die fallende Rampe wird verkürzt. Mit der zunehmender Flanken-Steilheit steigt der Obertongehalt. Da die Form unsymmetrisch wird, entstehen auch gradzahlige Harmonische. Bei "Tri Form" gleich 1 wäre die Sägezahn-Wellenform erreicht.

Puls (Pulse): Das Puls- oder Rechteck-Signal ist neben dem Sägezahn die zweite wichtige Basis-Wellenform. Das Signal springt mit senkrechten Flanken zwischen einen positiven und einem negativen Wert hin und her. Auch ist ein Form-Parameter, die Pulsweite ("Puls W"), einstellbar. Steht der Regler auf Null, ist der positive Teil der Periode genauso lang wie der negative (Pulsweite: 50%). Das entstehende symmetrische Signal klingt recht hohl, ähnlich einer Klarinette, denn es enthält keine gradzahligen Harmonischen. Wenn Sie "Puls W" erhöhen, wird der Puls schmaler. Mit abnehmder Fläche unter dem Puls sinkt der Anteil der Grundwelle, während die Oberwellen betont werden. Da die Form unsymmetrischer wird, kommen auch gradzahlige Teiltöne zum Tragen. Beim Wert 1 wird der Puls unendlich schmal und damit unhörbar. (Für sehr schmale Pulse ist übrigens der "Impulse"-Oszillator aus der Generator-Bibliothek die geeignetere Wahl.) Bitte beachten Sie die schwebungsartige Wirkung, die entsteht, wenn Sie den Pulsweitenregler bewegen. Dieser Effekt wird bei der Pulsweiten-Modulation eingesetzt und ist Grundlage für manche flächige Klänge, doch dazu später.

Sine: Der Sinus ist nach Fourier der Grundbaustein aller anderen Wellenformen und kann nicht mehr in Teiltöne zerlegt werden. Er klingt absolut rein und weich. Wenn Sie ihn zu filtern versuchen, wird er nur lauter oder leiser werden. Er eignet sich aber gut als Komponente für die additive Klangerzeugung oder in Modulations-Verfahren.

Nois (Noise): Dieser Oszillator erzeugt keine periodische Schwingung sondern ein sehr schnelle Folge von Zufalls-Zuständen. Das Ohr nimmt dies als Rauschen wahr. Die Teiltöne von Rausch-Signalen sind keine Vielfache eine Grundfrequenz. Es bildet sich vielmehr ein Spektrum von fast unendlich vielen eng bei einander liegenden Teilfrequenzen. Dadurch läßt sich gut beobachten, wie ein Filter in das Spektrum eingreift. Ein schmal herausgefiltertes Band hört sich übrigens wieder wie ein Ton an.

VCF - Voltage Controlled Filter

Ein nachgeschaltetes Filte beeinflußt maßgeblich den Klang, da es Frequenzen aus dem Frequenzspektrum herausfiltert, subtrahiert.

Wenn Sie nun das Filter aktivieren, um zu hören, wie es die verschiedenen Spektren beeinflußt, entstehen schon recht vielfältige klangliche Möglichkeiten, zumal wenn Sie dazu noch mit "Filt Typ" zwischen verschiedenen Filter-Charakteristiken umschalten. Dazu noch ein paar Erläuterungen, die Sie am besten mit einem breitbandigen Eingangssignal wie Pulse oder Noise nachvollziehen können:

HP2 (2-pol Highpass): Hier ist das Ergebnis einer Hochpass-Filterung zu hören. Teiltöne unterhalb der Eckfrequenz werden mit 12 dB/Oktave zunehmend bedämpft. Das geht natürlich am ehesten auf Kosten der Grundwellen, besonders von Bass-Noten. Ein Erhöhen der Cutoff-Frequenz dünnt den Klang immer mehr aus.

BP2 (2-pol Bandpass): Der Bandpass-Ausgang läßt nur Teiltöne in der Nähe der Eckfrequenz ungedämpft passieren. Oberhalb und unterhalb der Eckfrequenz fällt der Frequenzgang mit 6 dB/Oktave ab. Ein Bandpass kann immer auch als Kombination aus Hoch- und Tiefpass verstanden werden. Bei höherer Resonanz wird das Filter immer selektiver (wobei hier eine Pegelkorrektur zu empfehlen ist).

LP2 (2-pol Lowpass): Hier ist das Ergebnis einer Tiefpass-Filterung zu hören. Teiltöne oberhalb der Eckfrequenz werden mit 12 dB/Oktave zunehmend bedämpft. Das Verhalten ist ähnlich wie bei dem schon besprochenen 4-Pol-Tiefpass, die 2-Pol-Charakteristik bewirkt allerdings eine weniger dramatischen Eingriff in das Spektrum.

BP4 (4-pol Bandpass): Dieser Filtertyp verhält sich ähnlich wie BP2, jedoch mit doppelter Steilheit des Frequenzgangs, d. h. 12 dB/Oktave pro Seite. Damit ist die Bandpass-Wirkung entsprechend stärker.

BL4 (4-pol Bandpass/Lowpass): Das hier anstehende Signal entsteht durch die Wirkung eines 1-Pol-Hochpasses mit 6 dB/Oktave und eines 3-Pol-Tiefpasses (18 dB/Oktave).

LP4 (4-pol Lowpass): Dieser bereits oben beschriebene Filtertyp ist sicherlich die gebräuchlichste Betriebsart für Synthesizer-Filter. Viele natürliche Resonanzfilter, wie zum Beispiel der Mund des Menschen haben eine ähnliche Tiefpass-Wirkung. Die Bassfrequenzen bleiben erhalten und der Obertongehalt - die Brillianz des Klanges - ist über den Cutoff-Parameter zu steuern. Mit dem Resonanz-Parameter können Obertöne hervorgehoben werden, was unter anderem zu einer Artikulation des Klanges (Stichwort: "Wah-Wah") genutzt werden kann.

Pitch Gate ( Pitch - Tonhoehe, Gate - Tondauer)

In diesem Macro befinden sich die MIDI-Sources NotePitch, PitchBend und Gate, sowie ein zusaetzlicher Eingang fuer eine andere Modulationsquelle (PM). Alle drei representieren unser MIDI-Keyboard. Das Modul "NotePitch" stellt hierbei die gespielte Tonhoehe dar.

Versuchsdurchführung

Erzeugen Sie nun ein leeres Instrument mit einem AUDIO-OUT (Ausgang fuer das Audiosignal).

Ein neues Instrument ("Out1") aus der Bibiliothek.

Fügen Sie für jede benötigte Baugruppe ein eigenes Makro (Sammlung von einzelnen Modulen) in die Struktur des Instrumentes ein.

Hinweis: Als erstes benoetigen Sie eine Quelle (Source) fuer die Tonehoehe und Tondauer der Oszillatoren. Diese ist allgemein das Keyboard.

Ein Modul ("Pitch + Gate") aus der Bibiliothek.

Verbinden sie die Baugruppen miteinander. Beachten Sie dabei den Unterschied zwischen Steuer (Event)- uns Audiosignalen! Orientieren Sie sich dabei an der Struktur im Kapitel "Die Subtraktive Klangformung".

Hinweis: Zum Erstellen eigener Makros müssen Sie die Strukturansicht des einzelnen Makros öffnen und alle notwendigen
Module und Controls fuer das Panel einfügen.

Sortieren Sie die Bedienlemente auf dem Panel des Instruments in einer logischen Anordnung.

Panel eines einfachen subtraktiven Synthesizers

Nehmen Sie sinnvolle Grundeinstellungen auf dem Panel vor.
Spielen Sie Ihren Synthesizer und verändern dabei einzelne Parameter.
Uberlegen Sie sich, welche zusaetzlichen Modulationsquellen den Klang interessanter gestalten wuerden (ADSR, etc.)
Fügen Sie dem Ensemble ein Oszilloskop hinzu, um das Ausgangssignal Ihres Instruments zu visualisieren.

Panel des Oszilloskopes

Hinweis: Ein Oszilloskop finden Sie im Ordner: ".\Essentials\ Instruments\ Analyzer,Display\ Oscilloscope.ism".

Viele gute Beispiele und Tips fuer die ersten Schritte finden Sie im Verzeichnis: "...\ Essentials\ Ensembles\ Tutorial - First Steps\..."!

Wenn Sie einen kleinen Eindruck darüber gewinnen wollen, was alles so möglich ist, schauen Sie sich einmal das Ensemble "Siequencer" (...\Essentials\Ensembles\Sequenced Synths\Siequencer.ens) an.

Nun bleibt nur noch die Frage, wie bediene ich die Software Reaktor! Sie finden ein sehr gutes Online-Tutorial hier.

Viel Spass beim Bauen!

 

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