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Digitales Tool, analoges Instrument

Synthesizer-Basics: Die fünf wichtigsten Module jedes Synthesizers

Tipps für Musiker und Bands von Julian Schmauch
veröffentlicht am 15.05.2017

synthesizer recording produktion

Synthesizer-Basics: Die fünf wichtigsten Module jedes Synthesizers

KORG MS-20 mini. © MKB 2017

Der Synthesizer: Unendliche Klangweiten. Wir befinden uns in einer fernen Zukunft. Dies sind die Abenteuer... Lassen wir das. So futuristisch, so unentbehrlich, Synthesizer sind aus keiner modernen Pop-, HipHop- oder EDM-Produktion mehr wegzudenken und bleiben dennoch vielen Musikern fremd. Wir liefern euch die wichtigsten Grundlagen.

Da hat man sich nach langem Googeln oder durch Empfehlung des musikfanatischen Kumpels für eine erste DAW entschieden, spielt etwas mit den mitgelieferten Loops rum und öffnet einen der eingebauten Synthesizer.

Und: die Verwirrung ist total.

"Den Sound will ich auch!"

Noch mehr Regler, noch mehr Knöpfe, wir drehen mal hier, schieben mal da, klicken uns durch die Presets, feiern die fetten Leads und growlenden Bässe. Und schnell kommt die Frage: wie baue ich ihn denn nun, den Skrillex-Bass, den deadmau5-Pluck? Der eine Track auf dem einen Mixtape hatte doch diesen mega-fetten, peitschenden Synth-Sound, den will ich auch!

Um sich dem Thema Klangsynthese auf praktischer Ebene nähern zu können, braucht es – neben viel Übung und Geduld – ein gewisses Basiswissen. Wozu die einzelnen Module da sind. Wie sie miteinander zusammenhängen, wie sie sich beeinflussen.

Das Bedürfnis echte Klänge nachzubauen, also Instrumente dann zur Verfügung zu haben, wenn der Lieblings-Trompeter, -Geiger oder -Pianist mal nicht in der Stadt ist, hat die Entwicklung der Synthesizer lange geprägt.

Früher Minimoog (R.A. Moog Inc.; ca. 1970)

Früher Minimoog (R.A. Moog Inc.; ca. 1970), © Clusternote (CC BY-SA 2.0)

Bereits 1896/97 wurde mit dem Dynaphone der erste (200 Tonnen schwere!) künstliche Klangerzeuger vorgestellt. Von der Hammond-Orgel über den ersten Moog 1963 zur großen Analog-Synth-Welle der 70er und 80er bis hin zu dem mittlerweile unübersichtlich groß gewordenen Markt der Software-Synthesizer (kurz: Softsynth) ist die Entwicklung rasant voran geschritten.

Synthese-Grundlagen

Nun zu den Synthese-Grundlagen. Gehen wir von folgender Grundannahme aus: Jeder Klang ist Schwingung. Ist Bewegung. Diese Schwingungen kann man in drei Parameter aufteilen:

  1. Die Tonhöhe. Klar, es gibt tiefe Töne und hohe Töne. In Reihe können sie eine Skala sein, gleichzeitig gespielt ein Akkord. Orientierungspunkt: die Klaviertastatur. Eine Oktave ist immer genau 12 Halbtöne über dem Grundton.
  2. Die Lautstärke. Spiele ich zwei Töne gleichzeitig, werde ich den, der lauter gespielt wird, deutlicher wahrnehmen. Man spricht hier auch von der Amplitude.
  3. Die Klangfarbe. Auch Timbre genannt. Spiele ich einen Ton auf einem Klavier, ein C3 zum Beispiel, und den gleichen Ton in gleicher Laustärke auf einer Gitarre, so haben beide zwar die selbe Tonhöhe, aber ich kann immer noch gut unterscheiden, dass einer ein Klavierton und der andere ein Gitarrenton ist. Material des Klangerzeugers – Klavier und Gitarre haben zwar beide Saiten, beim Klavier wird die Saite aber mit einem Filzhammer angeschlagen, bei der Gitarre mit einem Plektrum oder dem Fingernagel – und Stärke des Anschlags machen aus, wie viele und welche Obertöne erzeugt werden, welche Frequenzen verloren gehen und welche Resonanzen entstehen.

Diese drei Klangeigenschaften hatte man bei der Entwicklung der Synthesizer immer im Blick. Man brauchte etwas, das Töne erzeugt, dann etwas, was diese in den Lautstärken variieren kann und schließlich etwas, was die erzeugten Töne in ihren Obertönen formen kann. Genau so sind die Synthesizer der Gattung der subtraktiven Klangsynthese aufgebaut.

Hierzu hilft folgendes Bild: der große Bildhauer Michelangelo wurde einmal gefragt, wie er denn aus einem Marmorblock einen Löwen erschaffe. Er antwortete: "Ich entferne alles, was nicht nach Löwe aussieht!" Sprich, wir formen durch die Module des Synthesizers den Klang so, dass genau das herauskommt – zum Beispiel ein Klavier. Alles andere wird per Filter, Hüllkurve und anderen Modulation entfernt.

Der Oszillator ("OSC")

Auch Selbstschwinger genannt, in den meisten Englisch-sprachigen Synthesizern heißt das Modul OSC. Es erzeugt Klangwellen. Schwingt der Oszillator schneller, ist der Ton höher, schwingt er langsamer, ist er niedriger. Die Tonhöhe wird durch die jeweils gespielte Taste oder gesendete MIDI-Note bestimmt.

In der einfachsten Bauform haben Oszillatoren in subtraktiven Klangerzeugern vier Wellenformen. Sie unterscheiden sich durch die Menge und Art der Obertöne.

  • Sinuswelle. Die simpelste Wellenform. Hat keine Obertöne. Sinuswellen sind genau genommen die künstlichste aller Wellenformen, da es in der Natur, bei echten Instrumenten keine obertonfreien Klänge gibt. Sinuswellen werden heute viel für Kick-Drums und Subbässe genutzt, da man für diese Sounds kaum Obertöne braucht.
  • Sägezahnwelle. Im Englischen Saw-Wave. Hat die meisten Obertöne und klingt am schärfsten und durchdringendsten. Die meisten Leadsounds haben ihren Ursprung in der Nähe der Sägezahnwellen, da diese sich, dadurch dass sie sehr viele gerade und ungerade Obertöne haben, in einem Arrangement am besten durchsetzen. Auch Bläser- und Streichersounds lassen sich hervorragend aus Saw-Waves bauen.
  • Viereckswelle. Im Englischen Square-Wave. Die von uns, die alt genug sind, um den ersten GameBoy erlebt zu haben und die ersten Automatenvideospiele, werden bei dem Klang einer Viereckswelle unweigerlich an diese Welt erinnert. Hat nur ungerade Obertöne, klingt hohler als die Sägezahnwelle. Lässt sich hervorragend nutzen, um Bässe und perkussive Instrumente wie Kicks oder Toms nachzubauen.
  • Dreieckswelle. Im Englischen Traingle-wave. Hat ähnlich der Viereckswelle nur ungerade Obertöne, davon aber weniger und sie fangen erst weiter oben im Frequenzspektrum an. Ein softer Flötensound ist schnell aus einer Dreieckswelle gebaut.

Nun wäre man soundtechnisch aber sehr beschränkt, hätte man an seinem Synthesizer nur einen einzigen Oszillator. Daher haben meisten Synthesizer mindestens zwei Oszillatoren. So kann man die durch Vermischung der zwei OSC bereits komplexere Sounds erzeugen.

Amp/Verstärker

Man könnte jetzt sagen: Oszillator da, Sound da = fertig. Aber wenn man keine Möglichkeit hat, dynamisch zu spielen, laute und leise Töne zu mischen, wird der Sound schnell statisch.

Jeder, der Synth-Melodien programmiert und die Noten einfach einklickt, kommt unweigerlich irgendwann an den Punkt, dass eine Melodie oder Akkordfolge zwar irgendwie schön klingt, aber leblos.

Durch den Amp kann ich die Lautstärke jedes gespielten Tones variieren.

Filter

Wir kennen das Wort Filter von Kaffeemaschinen, Wasserentkalkern und Blasen im Internet. Immer bedeutet es, dass etwas durchgelassen wird und etwas anderes nicht. So auch im Synthesizer. Im Filter-Modul gibt es meistens zwei Potis: Den Cutoff und die Resonanz.

Der Cutoff-Regler (Zu Deutsch: Abschneider) wird in Hertz(Hz) eingestellt und bestimmt die Frequenz bei der der Obertöne abgeschnitten werden. Die zwei am meisten verbreiteten Filtertypen sind Lowpass (Kurz LP) und Highpass (HP) –Filter. Ist man des Englischen etwas mächtig, kann man sich schon ungefähr denken, bei welchem der beiden Filter unterhalb (LP) oder oberhalb (HP) durchgelassen wird.

Stellt man einen LP-Filter nun auf eine Frequenz, zum Beispiel 1000 Hz, bedeutet das, dass alle Frequenzen oberhalb 1000 Hz weg sind. … Nicht ganz. Wäre dem so, käme es schnell zu unerwünschten Phasenverschiebungen. Jeder Filter hat eine sogenannte Flankensteilheit, was bedeutet wie stark er die Obertöne beschneidet. Hier wird immer in Dezibel pro Oktave gemessen. Es gibt Filter erster (6db), zweiter (12db) und vierter (24db) Ordnung. Je steiler der Filter desto stärker der Einfluss auf die Obertöne.

Stellt man nun eine Frequenz am Cutoff-Regler ein, bedeutet das immer auch, dass der Gesamtklang leiser wird. Wir nehmen ja Frequenzen weg. Das kann gerade direkt um die Cutoff-Frequenz schnell zu sehr dumpfem Klang führen. Dem wirkt man mit dem Resonanzregler entgegen. Dieser hebt das gefilterte Signal direkt um die Cutoff-Frequenz noch einmal an.

Hüllkurven-Generator

Wir haben unsere drei Klangeigenschaften definiert, erzeugen Obertöne, filtern andere weg, können die Töne in unterschiedlicher Lautstärke abspielen und doch klingt es irgendwie alles gleich. Der Verstärker macht den Sound im Verlauf nämlich immer gleich laut.

Taste gedrückt, Sound da, Taste losgelassen, Sound weg. Kein Instrument klingt so.

Hört man mal genauer auf verschiedene Instrumente, merkt man sehr schnell, dass der Lautstärkeverlauf eines Klangs sehr stark variiert. Eine gestrichene Geige schwingt langsam in den Ton, beim Klavierklang hört man ein kurzes Pochen und dann einen langen, klaren, nachschwingenden Ton, eine Gitarrensaite hat oft eine leichte Tonhöhenvariation (Vibrato).

Der Hüllkurven-Generator (Englisch: EG oder Envelope Generator) kommt hier zum Einsatz. Er beeinflusst – oder in der Synthesizersprache, er "moduliert" – den Lautstärkeverlauf eines Klangs im Amp. Es gibt vier Parameter:

  1. Attack/Einschwingzeit. Wie schnell erreicht der Klang seinen lautesten Punkt. Eine besonders kurze Zeit führt zu einem Pochen oder Klopfen wie  beim Klavier, eine eher lange lässt den Sound einfaden, wie bei einer Geige.
  2. Decay/Abschwingzeit. Nach dem ersten, lautesten Punkt fällt die Lautstärke etwas ab. Wie schnell das passiert, bestimmt die Decay-Zeit.
  3. Sustain/gehaltene Lautstärke. Die Grundlaustärke des Klangs. Je niedriger sie eingestellt wird, desto kürzer wird der Gesamtsound. Im Sustain ist der Bauch des Sounds, hier entfalten sich die Obertöne.
  4. Release/Ausschwingzeit. Kein Klang ist einfach weg, wenn man ihn aufhört zu spielen. Der Körper des Klangerzeugers (Gitarrenbauch, Klavierkorpus) schwingt nach. Dieses wird im Synthesizer mit der Releasezeit eingestellt.

Da sich Sound sehr schnell durch die Luft bewegt, sprechen wir bei den Zeitparametern Attack, Decay und Release von Millisekunden (ms). Sustain wird immer als Pegel in Dezibel (dB) eingestellt.

LFO

Das praktische an der Hüllkurve: Jedes Mal, wenn ich eine Taste drücke, wird der Lautstärke-Verlauf ausgelöst. Das Unpraktische: Weil die Hüllkurve einen Zeitverlauf hat, passiert das pro Tastendruck genau ein Mal. Halte ich die Taste gedrückt, bleibt der Ton beim eingestellten Sustain-Level stehen, lasse ich sie los, klingt er nach, aber alles am Ton ist gerade, sauber und mit wenig Bewegung.

Hier kommt der LFO (Low Frequency Oscillator) ins Spiel. Möchte ich zum Beispiel eine leichte, aber andauernde Tonhöhenvariation (Vibrato) in meinem Klang, wie bei der Gitarrensaite, stelle ich meinen Synthesizer so ein, dass ein LFO die Tonhöhe des Oszillators leicht variiert.

In den meisten Fällen schwingt ein LFO im unhörbaren Bereich zwischen 0,1 und 20 Hz. Viel mehr braucht man aber auch nicht. Meistens lässt sich bei LFOs die Wellenform, die Geschwindigkeit und die Intensität einstellen. Die Wellenformen sind die gleichen, die auch bei den klangerzeugenden Oszillatoren vorkommen: Sinus, Sägezahn, Dreieck und Viereck.

Drücke ich nun eine Taste, wird der verknüpfte Parameter, also in diesem Fall die Tonhöhe des Oszillators, so lange schwingen, bis ich sie los lasse.

Los geht's!

Das wichtigste Credo für den Bau von Sounds ist: Sound ist Bewegung. In einem Synthesizer schwingt künstlich an allen Ecken und Enden, was in der Natur das Material des Klangerzeugers und der Raum erledigt, in dem es gespielt wird.

Für die Praxis empfehle ich zwei Herangehensweisen, um sich mit der Klangerzeugung vertraut zu machen.

  1. Presets nachbauen. Sucht euch Presets, schaut euch die Module an, welche Wellenformen, Cutoff-Frequenzen und Hüllkurven eingestellt sind, was wie moduliert wird und versucht das nachzubauen.
  2. Sounds nachbauen. Ob nun echte Klänge aus der Natur (Klavier, Geige, Kickdrum) oder synthetische aus der Musik (Wobbel-Bass, Final-countdown-Trompete, Deadmau5-Pluck), Synthesizer bieten unendliche Möglichkeiten. Fangt an euer Gehör zu trainieren, hört einen Track und fragt euch, wie der Bass oder Lead wohl gebaut wurde. Setzt euch selbst die Herausforderung, einen möglichst naturgetreuen Klavier- oder Trompetensound zu bauen. Überlegt euch, wie die Hüllkurve eines solchen Sounds aussehen würde.

Happy Synthing!

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