SYNTHESIZER PROGRAMMING

Das Fachskript zum Seminar

Synthesizer Programming

audio-workshop 3 Fachskript

Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung ...........................................................4 1.1 Warum Sounds programmieren? ......... 4 1.2 Eine kurze Geschichte der

Klangsynthese..................................... 4

2. Syntheseformen ................................................6 2.1 Subtraktive Synthese ........................... 6 2.2 FM-Synthese ....................................... 7 2.3 Additive Synthese ............................... 7 2.4 Wavetable-Synthese............................ 8 2.5 Sonstige Synthesen.............................. 9

3. Grundlagen Synthesizer .................................10 3.1 Was ist ein Synthesizer ..................... 10 3.2 Klangerzeugung................................ 10 3.2.1 Oszillatoren ............................. 10 3.2.2 Grundwellenformen................. 10 3.2.3 FM........................................... 17 3.2.4 Ringmodulation ....................... 18 3.2.5 Sync......................................... 18 3.2.6 Parameter Klangerzeugung ...... 19 3.3 Klangformung ................................... 20 3.3.1 Filter ........................................ 20 3.3.2 Filter-Parameter ....................... 23 3.3.3 Spezielle Filter ......................... 24 3.3.4 EQ ........................................... 24 3.4 Klangverstärkung .............................. 25 3.4.1 Amplifier/Verstärker ................. 25 3.4.2 Panorama ................................ 26 3.4.3 Amplifier-Parameter................. 26

3.5 Effekte ...............................................27 3.5.1 Effekt-Typen .............................27 3.5.2 Vocoder ...................................28 3.6 Weitere Funktionen...........................29 3.7 Modulatoren .....................................30 3.7.1 Hüllkurven/Envelopes ...............31 3.7.2 LFO (Low Frequency Oscillator)33 3.7.3 Weitere Modulatoren ................34 3.7.4 Komplexe Modulationen...........34 3.7.5 Modulatortabelle.......................34

4. Klangbeispiele ................................................ 35 4.1 Leadsounds .......................................35 4.1.1 Trance Lead ..............................35 4.1.2 Mono Lead................................36 4.2 Bässe.................................................36 4.2.1 Fat Bass .....................................36 4.2.2 Bassline.....................................37 4.3 Pads ..................................................38 4.3.1 Deep Pad ..................................38 4.3.2 Sweep Pad ................................38

5. Allgemeine Tipps & Tricks............................. 40 5.1 Basis-Programmiertipps .....................40 5.2 Grundregeln beim Programmieren ....40 5.3 Programmieren für Fortgeschrittene...40 5.4 Empfehlenswerte Hardware-

Synthesizer .......................................41 5.5 Empfehlenswerte Software-

Synthesizer .......................................42 5.6 Blockschaltbild eines Synthesizers ....42

6. Impressum & Infos ......................................... 43

Synthesizer Programming

Fachskript 6 audio-workshop

2. Syntheseformen Nicht jeder Synthesizer ist gleich aufgebaut. Es gibt verschiedene Klangerzeugungs-verfahren, von denen ich hier die wichtigsten kurz erklären möchte. Fangen wir di-rekt mit der wohl bekanntesten und am meisten verwendeten Synthese an:

2.1. Subtraktive Synthese

Die subtraktive Synthese ist eigentlich relativ simpel aufgebaut: Ein Oszillator (VCO, DCO, Osc etc.) erzeugt den Basisklang, welcher dann das Filter (VCF, DCF) durch-läuft. Dort findet eine Beschneidung der Obertöne statt, so dass sich die Klangfarbe ändert. Der nachfolgende Verstärker (VCA, DCA, Amp etc.) regelt die Lautstärke des Klanges. Das Verhalten dieser drei Bausteine läßt sich meist durch Steuersignale (z.b. LFO, Hüllkurve) automatisch regeln. Subtraktiv – man denkt an den Mathematikunterricht 5. Schuljahr – bedeutet ja „ab-ziehen“. Eben genau das wird ja auch gemacht. Der Basisklang eines Oszillators wird durch das Filter seiner Obertöne „beraubt“. Da es verschieden Oszillatorwellenformen gibt, die sehr unterschiedlich klingen können, läßt sich mit einem Synthesizer, der eine subtraktive Klangerzeugung bietet, relativ viel anstellen.

Bekannte Hardware-Synthesizer mit subtraktiver Klangerzeugung (Auswahl):

Aktuelle Modelle Nicht mehr in Produktion

Access Virus-Serie

Korg microKorg,

Roland Gaia

Clavia Nordlead-Serie

Waldorf Q/microQ/Blofeld Serie

Korg MS-20

Moog Minimoog

Oberheim Matrix-Serie

Roland Jupiter-Serie

Waldorf Pulse

Yamaha AN1x

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Fachskript 10 audio-workshop

3. Grundlagen Synthesizer

3.1. Was ist ein Synthesizer Im Prinzip ist ein Synthesizer ein Konglomerat aus diversen elektronischen Bautei-len, die einen Klang erzeugen, verändern und wiedergeben können. Dabei spielt es zunächst keine Rolle, ob diese Bauteile real existierende analoge oder digital gesteu-erte Komponenten oder gar rein virtuelle Bestandteile eines Computerprogramms sind.

In den nächsten Kapiteln werden die Bausteine, aus denen ein Synthesizer besteht, näher beleuchtet. Die Beschreibungen sind so allgemein gehalten, dass sie auf fast allen Modellen nachvollzogen werden können.

3.2. Klangerzeugung Unter Klangerzeugung versteht man in diesem Zusammenhang alle Komponenten, die tatsächlich auch für die Erzeugung von Audiosignalen zuständig sind.

3.2.1.Oszillatoren Als Oszillator bezeichnet man weitreichend die klangerzeugende Komponente des Synthesizers. Er liefert das Signal, welches anschließend von den restlichen Baustei-nen des Synthesizers verändert wird. In den frühen Tagen der elektronischen Klang-synthese entdeckte ein gewisser Robert A. Moog, dass die meisten Klänge von aku-stischen Instrumenten mit abstrakten elektronischen Wellenformen nachgebildet werden konnten. Nicht das Robert der erste Mensch war, der dies herausfand, aber er war der erste, der diese Wellenformen durch elektrische Schaltkreise erzeugte, diese in ein Gehäuse packte und das ganze als Musikinstrument kommerziell ver-marktet hat. Was er letztendlich in seine Synthesizer "hineinpackte" waren die da-mals einfach mit Analogtechnologie herstellbaren Wellenformen Sägezahn (saw-tooth), Rechteck (square) und Dreieck (triangle). Dies ist sicherlich nur eine kleine Auswahl aus der nahezu unendlichen Vielfalt an erzeugbaren Wellen. Selbstver-ständlich zuzüglich anderer ebenso klassischer Wellenformen wie der Pulswelle (praktisch der "Vater" aller Rechteckwellen) und der Sinus-Welle (die nach der uns schon bekannten Fourier-Theorie Bestandteil aller anderen Wellenform ist).

Die meisten Synthesizer besitzen einen bis drei Oszillatoren, wobei man für kom-plexere Klänge zumindest Zugriff auf zwei Oszillatoren haben sollte.

Ein Oszillator stellt verschiedene Grundwellenformen zur Verfügung, die sich in di-versen Parametern ändern lassen.

3.2.2. Grundwellenformen

Die Sinuswelle Die Sinuswelle ist der reinste Ton, der erzeugt werden kann. Sie besitzt keine Ober-töne, folglich bringt der Bearbeitung mit einem Filter gar nichts – wie erinnern uns: ein Filter entfernt Obertöne; und wo nix ist, kann nix entfernt werden. Die folgende Grafik zeigt eine Sinuswelle und ihr Frequenzspektrum:

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3.2.5 Sync (Oszillatorsynchronisation) Auch Sync verknüpft zwei Oszillatoren miteinander: Ein Oszillator arbeitet als sogenannter Slave, d.h. er wird von einem anderen Oszillator – dem Master – gesteuert. Bei jeder neuen Periode des Masters wird auch der Slave neu gestartet, unabhängig, ob die eigene Periode bereits durchlaufen wurde. Dabei ergeben sich interessante Klangeffekte, besonders dann, wenn die beiden Oszillatoren mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten. Durch zusätzliche Tonhöhenmodulation mit Hilfen von Hüllkurven, LFOs oder Pitchbend lässt sich weitere Bewegung in den Klang bringen. Die folgende Abbildung zeigt die Arbeitsweise der Oszillator-Synchronisation in vereinfachter Form

3.2.6 Parameter Klangerzeugung Zum Abschluss des Kapitels Klangerzeugung gibt es noch einen Überblick der ge-bräuchlichsten Parameter, die ein Synthesizer in seiner Klangerzeugung enthalten sollte (exotische Parameter sowie einige spezielle Bezeichnungen wurden hierbei nicht berücksichtigt).

Parameterbezeichnung Funktion/Kurzbeschreibung Pitch/Semitone/Range Bestimmt die Tonhöhe eines Oszillators,

meist in Halbtönen

Detune Bestimmt die Feinstimmung eines Oszilla-tors, meist in Cents (100 Cents = 1 Halb-ton)

Shape/Wave Stellt die verfügbaren Wellenformen ein (siehe Kapitel „Wellenformen“)

Pulsewidth/PW Ändert die Pulsbreite eine Rechteckwel-lenform (meist von 0 – 100%)

PWM Stellt die Intensität ein, mit der eine Puls-breite automatisch durch beispielsweise einen LFO moduliert wird

Sync Schaltet die Synchronisation eines Oszil-lators zu einem anderen ein

Osc Volume/Level Regelt die Lautstärke eines Oszillators

Noise Level/Volume Regelt die Lautstärke des Rauschgenera-tors

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boardspielen oder für andere „wichtige „ Dinge. Also bräuchte ein Synthesizer ir-gendwelche Funktionen, die eben diese Aufgabe übernehmen und automatisch die gewünschten Regler drehen. Wobei wir beim Thema sind: Modulatoren.

Modulatoren sind also bestimmte Baugruppen innerhalb eines Synthesizers, welche die Parameter der das Audiosignal erzeugenden Baugruppen (haben wir ja bereits kennengelernt) über eine Zeitdauer ändern(komplizierter Satz, besser noch mal le-sen). Mit einem Wort: Modulatoren modulieren.

Starten wir mit den beiden wohl bekanntesten und beliebtesten Modulatoren:

3.7.1 Hüllkurven / Envelopes Was ist eigentlich eine Hüllkurve?

Die Hüllkurve erzeugt ein Steuersignal, welches einen Parameter über eine festge-legte zeitliche Dauer beeinflussen kann. Die Erklärung erfolgt anhand des bekannte-sten Hüllkurven-Typs, der sogenannten ADSR-Hüllkurve.

A steht für Attack (Einschwingphase), D für Decay (Abklingphase), S für Sustain (Hal-tephase) und R für Release (Ausschwingphase),

Durch Auslösen einer Note wird eine Hüllkurve gestartet. Sie steigt zunächst inner-halb der mit dem Attack-Parameter vorgegebenen Zeit auf ihren Maximalwert an. Danach fällt Sie innerhalb der mit Decay eingestellten Zeit auf den Sustain-Wert ab. Dort verbleibt sie solange, bis die Keyboard-Taste wieder losgelassen wird. An-schließend sinkt die Hüllkurve innerhalb der Release-Zeit wieder auf Null ab. Die nachfolgende Grafik verdeutlicht dieses noch mal:

Ein einfaches Beispiel:

Eine ADSR-Hüllkurve mit dem Aussehen der obigen Grafik wirkt auf den Lautstärke-Verlauf. Was passiert?

Wenn eine Note gespielt wird, schwingt die Lautstärke langsam ein bis zur Maximal-lautstärke des Klanges. Danach fällt die Lautstärke bis innerhalb der bei Decay ein-gestellten Zeit ab und zwar bis zum Sustain-Wert (in unserem Beispiel ist das etwa 50% von der Maximallautstärke). Sobald die Note losgelassen wird, startet die Re-leasephase und die Lautstärke wird langsam ausgeblendet.

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4. Klangbeispiele In den folgenden Kapiteln werden grundsätzliche Hinweise zum Programmieren ver-schiedener Klänge gegeben. Dabei wurde die Anzahl der Parameter bewusst niedrig gehalten, damit sich der entsprechende Klang auf möglichst vielen Synthesizermo-dellen nachprogrammieren lässt. Die entsprechenden Parameterwerte sollen nur als Richtwerte dienen. Ein Klang wird auf jedem Synthesizer anders klingen, da teilwei-se die Parameter ganz anders skaliert sind. Es geht bei diesen Beispielen auch nicht um exakte Nachprogrammierung sondern vielmehr um ein Grundverständnis, wie ein Klang aufgebaut sein muss, damit er so klingt wie er eben klingt.

Idealerweise startet man mit einem sogenannten Init-Sound. Meist sind hierbei kei-nerlei „störende“ Modulationen zugeordnet und die Effekte stehen auf Bypass.

4.1. Leadsounds

4.1.1 Trance Lead

Parameter Wert Kommentar

Oszillator 1 Shape: saw

Pitch 0

Detune. +10

Zwei gegeneinander verstimmte Säge-zahnoszillatoren sind die Grundlage eines “fetten“ Tranceleadsounds

Oszillator 2 Shape: saw

Pitch 0

Detune: -10

Wenn vorhanden, kann auch noch ein dritter Oszillator mit gleichen Einstel-lungen verwendet werden

Filter Type: 24db LP Cutoff: 60 Resonance: 25 Filter Env Amount: 30

Filter halb geschlossen, wenig Resonan-ce, die Filterhüllkurve öffnet am Anfang leicht und schließt dann etwas Für einen etwas rauheren Sound kann Filter-Drive aufgedreht werden

Filter Envelope A: 0, D: 80, S:0, R: 85 Erzeugt einen „Filterbuckel“ zu Beginn des Sounds

Amp Envelope A: 0, D: 64, S:64, R: 32 Sound startet direkt und klingt ziemlich schnell ab

Volume 127 Volle Lautstärke

Unisono 4fach

Detune: ca. +30

Das vierfache Unisono mit extremer Verstimmung macht diesen Klang be-sonders fett

Modulationen Modwheel -> Filter De-cay: -45

Das ModWheel verringert die Decay-Phase der Filterhüllkurve, so dass der Sound dumpfer und kürzer wird

Effekte Standard Chorus

Delay/Reverb

Chorus „dickt“ den Sound nochmals an, Delay/Reverb nach Geschmack