Dieser Abschnitt behandelt die allgemeinen Prinzipien der elektronischen Klangerzeugung und -verarbeitung detaillierter und enthält Verweise auf PeakDie Einrichtungen des Unternehmens werden gegebenenfalls erläutert. Es wird empfohlen, dieses Kapitel sorgfältig zu lesen, wenn die analoge Klangsynthese ein unbekanntes Thema ist. Benutzer, die mit diesem Thema vertraut sind, können diesen Abschnitt überspringen und mit dem nächsten fortfahren.
Um zu verstehen, wie ein Synthesizer Klänge erzeugt, ist es hilfreich, die Komponenten zu kennen, aus denen ein Klang besteht, sowohl die musikalischen als auch die nicht-musikalischen.
Schall kann nur wahrgenommen werden, wenn die Luft das Trommelfell regelmäßig in Schwingung versetzt. Das Gehirn interpretiert diese Schwingungen (sehr präzise) und wandelt sie in eine von unendlich vielen verschiedenen Klangarten um.
Bemerkenswerterweise lässt sich jeder Klang durch drei Eigenschaften beschreiben, und alle Klänge weisen diese Eigenschaften stets auf. Sie lauten:
Was einen Klang von einem anderen unterscheidet, ist das Verhältnis der drei Eigenschaften, die dem Klang anfänglich innewohnen, und wie sich diese Eigenschaften im Laufe der Klangdauer verändern.
Mit einem Musiksynthesizer wollen wir diese drei Eigenschaften präzise steuern und insbesondere deren Veränderung während der Klangdauer ermöglichen. Die Eigenschaften haben oft unterschiedliche Bezeichnungen, z. B. wird Lautstärke auch als Amplitude, Lautheit oder Pegel, Tonhöhe als Frequenz und Klangfarbe manchmal als Ton bezeichnet.
Wie bereits erwähnt, entsteht Schall durch die Vibration der Luft am Trommelfell. Die Tonhöhe hängt von der Geschwindigkeit dieser Vibrationen ab. Für einen erwachsenen Menschen liegt die langsamste als Schall wahrgenommene Vibration bei etwa zwanzig Schwingungen pro Sekunde, was vom Gehirn als tiefer Basston interpretiert wird; die schnellste hingegen bei vielen tausend Schwingungen pro Sekunde, was als hoher Ton wahrgenommen wird.
Zählt man die Spitzenwerte der beiden Wellenformen (Schwingungen), so hat Welle B genau doppelt so viele Spitzenwerte wie Welle A. (Welle B liegt tatsächlich eine Oktave höher als Welle A.) Die Anzahl der Schwingungen in einem bestimmten Zeitraum bestimmt die Tonhöhe. Daher wird die Tonhöhe manchmal auch als Frequenz bezeichnet. Es ist die Anzahl der Wellenformspitzen, die in einem bestimmten Zeitraum gezählt werden, welche die Tonhöhe bzw. Frequenz definiert.
Musikalische Klänge bestehen aus mehreren unterschiedlichen, miteinander verbundenen Tonhöhen, die gleichzeitig erklingen. Die tiefste Tonhöhe wird als Grundton bezeichnet und entspricht dem wahrgenommenen Ton. Die anderen Tonhöhen, aus denen sich der Klang zusammensetzt und die in einfachen mathematischen Verhältnissen zum Grundton stehen, werden Obertöne genannt. Die relative Lautstärke jedes Obertons im Vergleich zur Lautstärke des Grundtons bestimmt den Gesamtklang oder die Klangfarbe.
Stellen Sie sich zwei Instrumente vor, beispielsweise ein Cembalo und ein Klavier, die denselben Ton mit gleicher Lautstärke spielen. Obwohl Lautstärke und Tonhöhe übereinstimmen, klingen die Instrumente dennoch deutlich unterschiedlich. Das liegt daran, dass die unterschiedlichen Tonerzeugungsmechanismen der beiden Instrumente unterschiedliche Obertöne erzeugen; die Obertöne eines Klavierklangs unterscheiden sich von denen eines Cembaloklangs.
Die Lautstärke, oft auch als Amplitude oder Lautstärke des Schalls bezeichnet, wird durch die Stärke der Schwingungen bestimmt. Vereinfacht gesagt: Ein Klavier klingt aus einem Meter Entfernung lauter als aus fünfzig Metern Entfernung.
Nachdem gezeigt wurde, dass bereits drei Elemente jeden Klang definieren können, müssen diese Elemente nun in einem Musiksynthesizer realisiert werden. Logischerweise synthetisieren (oder erzeugen) verschiedene Bereiche des Synthesizers jedes dieser Elemente.
Ein Teil des Synthesizers, der OszillatorenSie erzeugen Rohwellenformsignale, die die Tonhöhe des Klangs sowie seinen rohen Obertongehalt (Ton) definieren. Diese Signale werden dann in einem Abschnitt namens … zusammengemischt. MischerDie so entstandene Mischung wird dann in einen Abschnitt namens … geleitet. FilterDadurch werden weitere Veränderungen am Klangbild vorgenommen, indem bestimmte Obertöne entfernt (gefiltert) oder verstärkt werden. Schließlich wird das gefilterte Signal dem … zugeführt. Verstärker, wodurch die endgültige Lautstärke des Tons bestimmt wird.
Zusätzliche Synthesizer-Sektionen - LFOs Und Briefumschläge - weitere Möglichkeiten zur Veränderung von Tonhöhe, Klangfarbe und Lautstärke eines Geräusches durch Interaktion mit dem Oszillatoren, Filter Und VerstärkerDadurch werden Veränderungen im Klangcharakter ermöglicht, die sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln können. LFOs' Und BriefumschlägeIhr einziger Zweck ist die Steuerung (Modulation) der anderen Synthesizer-Sektionen; sie werden gemeinhin als „Modulatoren“ bezeichnet.
Diese verschiedenen Synthesizer-Sektionen werden nun genauer behandelt.
Der Oszillator ist das Herzstück des Synthesizers. Er erzeugt eine elektronische Welle (die beim Abspielen über einen Lautsprecher Vibrationen erzeugt). Diese Wellenform wird mit einer einstellbaren Tonhöhe erzeugt, die entweder durch die auf der Tastatur gespielte Note oder durch eine empfangene MIDI-Notennachricht bestimmt wird. Der charakteristische Klang der Wellenform wird durch ihre Form festgelegt.
Vor vielen Jahren entdeckten Pioniere der musikalischen Synthese, dass nur wenige charakteristische Wellenformen viele der nützlichsten Obertöne zur Erzeugung musikalischer Klänge enthielten. Die Namen dieser Wellen spiegeln ihre tatsächliche Form wider, wenn sie auf einem Oszilloskop betrachtet werden: Sinuswellen, Rechteckwellen, Sägezahnwellen, Dreieckwellen und Rauschen. Jede dieser Wellenformen… PeakDie Oszillatorsektionen können all diese Wellenformen erzeugen und darüber hinaus auch unkonventionelle Synthesizer-Wellenformen. (Beachten Sie, dass Rauschen tatsächlich unabhängig erzeugt und im Mixer-Bereich mit den anderen Wellenformen vermischt wird.)
Jede Wellenform (außer Rauschen) verfügt über einen spezifischen Satz musikalisch verwandter Obertöne, die von weiteren Sektionen des Synthesizers manipuliert werden können.
Die folgenden Diagramme zeigen, wie diese Wellenformen auf einem Oszilloskop aussehen und veranschaulichen die relativen Pegel ihrer Obertöne. Denken Sie daran: Es sind die relativen Pegel der verschiedenen Obertöne einer Wellenform, die den Klangcharakter des resultierenden Tons bestimmen.
Diese besitzen nur eine Harmonische. Eine Sinuswelle erzeugt den „reinsten“ Klang, weil sie nur diese eine Tonhöhe (Frequenz) hat.
Diese enthalten ausschließlich ungerade Harmonische. Die Lautstärke jeder Harmonischen nimmt quadratisch mit ihrer Position in der Harmonischenreihe ab. Beispielsweise hat die 5. Harmonische eine Lautstärke von 1/25 der Lautstärke des Grundtons.
Diese Frequenzen sind reich an Obertönen und enthalten sowohl gerade als auch ungerade Obertöne der Grundfrequenz. Die Lautstärke jedes Obertons ist umgekehrt proportional zu seiner Position in der Obertonreihe.
Rechteck-/Impulswellen enthalten nur ungerade Harmonische, die die gleiche Lautstärke wie die ungeraden Harmonischen in einer Sägezahnwelle aufweisen.
Die Rechteckwelle befindet sich gleich lange im „High“-Zustand wie im „Low“-Zustand. Dieses Verhältnis wird als Tastverhältnis bezeichnet. Eine Rechteckwelle hat immer ein Tastverhältnis von 50 %, d. h. sie ist die Hälfte der Periode im „High“-Zustand und die andere Hälfte im „Low“-Zustand. Peak ermöglicht es Ihnen, das Tastverhältnis der grundlegenden Rechteckwellenform anzupassen (über die Form Durch die Anpassung von Reglern lässt sich eine eher rechteckige Wellenform erzeugen. Diese werden oft als Pulswellenformen bezeichnet. Je rechteckiger die Wellenform wird, desto mehr gerade Obertöne treten auf, und die Wellenform verändert ihren Charakter und klingt nasaler.
Die Breite des Impulssignals (die „Impulsbreite“) kann durch einen Modulator dynamisch verändert werden, wodurch sich der Obertongehalt des Signals ständig ändert. Bei moderater Änderung der Impulsbreite kann das Signal dadurch einen „vollen“ Klang erhalten.
Eine Impulswellenform klingt gleich, egal ob das Tastverhältnis beispielsweise 40 % oder 60 % beträgt, da die Wellenform einfach nur „invertiert“ wird und der Obertongehalt genau derselbe ist.
Rauschen ist ein Zufallssignal ohne Grundfrequenz (und somit ohne Tonhöheneigenschaft). Es enthält alle Frequenzen, und alle haben die gleiche Lautstärke. Da es keine Tonhöhe besitzt, eignet es sich gut zur Erzeugung von Soundeffekten und perkussionsähnlichen Klängen.
Ein Ringmodulator ist ein Tongenerator, der Signale von zwei Oszillatoren aufnimmt und diese effektiv miteinander „vervielfacht“. PeakDer Ringmodulator verwendet Oszillator 1 und Oszillator 2 als Eingänge. Das resultierende Ausgangssignal hängt von den verschiedenen Frequenzen und Obertönen der beiden Oszillatorsignale ab und besteht aus einer Reihe von Summen- und Differenzfrequenzen sowie den Frequenzen der Originalsignale.
Um die Bandbreite der erzeugbaren Klänge zu erweitern, verfügen typische analoge Synthesizer über mehr als einen Oszillator (Peak (hat drei). Durch die Verwendung mehrerer Oszillatoren zur Klangerzeugung lassen sich sehr interessante harmonische Mischungen erzielen. Es ist auch möglich, einzelne Oszillatoren leicht gegeneinander zu verstimmen, wodurch ein sehr warmer, „voller“ Klang entsteht. PeakMit dem Mixer können Sie einen Klang erzeugen, der aus den Wellenformen der Oszillatoren 1, 2 und 3, einer Rauschquelle und dem Ausgang des Ringmodulators besteht, die alle nach Bedarf miteinander gemischt werden.
Peak Es handelt sich um einen subtraktiven Musiksynthesizer. Subtraktiv bedeutet, dass ein Teil des Klangs an irgendeiner Stelle im Syntheseprozess abgezogen wird.
Die Oszillatoren liefern die Rohwellenformen mit einem hohen Obertongehalt, und der Filterteil subtrahiert einen Teil der Obertöne auf kontrollierte Weise.
Es gibt drei grundlegende Filtertypen, die alle in folgender Kategorie verfügbar sind: PeakTiefpass-, Bandpass- und Hochpassfilter. Der am häufigsten bei Synthesizern verwendete Filtertyp ist der Tiefpassfilter. Bei einem Tiefpassfilter wird eine Grenzfrequenz (auch „Grenzfrequenz“ genannt) gewählt. Frequenzen unterhalb dieser Frequenz werden durchgelassen, während Frequenzen oberhalb herausgefiltert werden. Die Einstellung der Grenzfrequenz ist entscheidend für die Frequenzmodulation. Filterfrequenz Der Parameter legt den Frequenzpunkt fest, ab dem Frequenzen entfernt werden. Durch das Entfernen von Obertönen aus den Wellenformen ändert sich der Klangcharakter bzw. die Klangfarbe. Bei maximalem Frequenzparameter ist der Filter vollständig „offen“, und es werden keine Frequenzen aus den ursprünglichen Oszillatorwellenformen entfernt.
In der Praxis nimmt die Lautstärke der Obertöne oberhalb der Grenzfrequenz eines Tiefpassfilters allmählich (und nicht abrupt) ab. Wie schnell diese Lautstärke mit steigender Frequenz oberhalb der Grenzfrequenz abnimmt, wird durch die Eigenschaften des Filters bestimmt. Neigung Parameter. Die Steigung wird in „Lautstärkeeinheiten pro Oktave“ gemessen. Da Lautstärke in Dezibel gemessen wird, wird diese Steigung üblicherweise in Dezibel pro Oktave (dB/Okt.) angegeben. Je höher der Wert, desto stärker werden Obertöne oberhalb der Grenzfrequenz unterdrückt und desto ausgeprägter ist die Filterwirkung. PeakDer Filterteil bietet zwei Flankensteilungen, 12 dB/Oktave und 24 dB/Oktave.
Ein weiterer wichtiger Parameter des Filters ist die Resonanz. Frequenzen an der Grenzfrequenz können durch Vorverlegen der Filterfrequenz verstärkt werden. Resonanz Kontrolle. Dies ist nützlich, um bestimmte Obertöne des Klangs hervorzuheben.
Mit zunehmender Resonanz erhält der durch den Filter geleitete Ton einen pfeifenden Klang. Bei sehr hohen Resonanzwerten gerät der Filter bei jedem durchlaufenden Signal in Selbstoszillation. Der entstehende Pfeifton ist eine reine Sinuswelle, deren Tonhöhe von der Resonanzeinstellung abhängt. Frequenz Kontrolle (die Grenzfrequenz des Filters). Diese durch Resonanz erzeugte Sinuswelle kann bei Bedarf für bestimmte Klänge als zusätzliche Klangquelle verwendet werden.
Das untenstehende Diagramm zeigt den Frequenzgang eines typischen Tiefpassfilters. Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz werden in ihrer Lautstärke reduziert.
Durch die Hinzunahme von Resonanz werden die Frequenzen um den Grenzfrequenzpunkt herum verstärkt.
Neben dem herkömmlichen Tiefpassfilter gibt es auch Hochpass- und Bandpassfilter. PeakDer Filtertyp wird mit dem ausgewählt Form schalten Die
Ein Hochpassfilter ähnelt einem Tiefpassfilter, funktioniert aber im „entgegengesetzten Sinne“, d. h. Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz werden herausgefiltert. Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz werden durchgelassen. Frequenz Der Parameter ist auf Minimum eingestellt, der Filter ist vollständig geöffnet und es werden keine Frequenzen aus den Rohsignalformen des Oszillators entfernt.
Bei einem Bandpassfilter wird nur ein schmaler Frequenzbereich um die Grenzfrequenz herum durchgelassen. Frequenzen ober- und unterhalb dieses Bereichs werden herausgefiltert. Es ist nicht möglich, diesen Filtertyp vollständig zu öffnen und alle Frequenzen passieren zu lassen.
In den vorangegangenen Abschnitten wurde die Synthese von Tonhöhe und Klangfarbe beschrieben. Der nächste Teil des Synthese-Tutorials erläutert die Lautstärkeregelung. Die Lautstärke eines von einem Musikinstrument erzeugten Tons variiert je nach Instrumententyp oft stark über dessen Dauer.
Beispielsweise erreicht ein auf einer Orgel gespielter Ton beim Drücken einer Taste schnell seine maximale Lautstärke. Diese bleibt so lange erhalten, bis die Taste losgelassen wird; dann fällt die Lautstärke sofort auf null ab.
Ein Klavierton erreicht nach dem Drücken einer Taste schnell seine volle Lautstärke, nimmt aber nach einigen Sekunden allmählich auf Null ab, selbst wenn die Taste gedrückt gehalten wird.
Die Emulation eines Streicherensembles erreicht ihre volle Lautstärke erst allmählich beim Drücken einer Taste. Sie bleibt so lange auf voller Lautstärke, wie die Taste gedrückt gehalten wird, aber sobald die Taste losgelassen wird, sinkt die Lautstärke relativ langsam auf null.
Bei einem analogen Synthesizer werden die Veränderungen des Klangcharakters während der Dauer einer Note durch sogenannte Hüllkurvengeneratoren gesteuert. Einer dieser Generatoren (Amp Env) steht immer in Zusammenhang mit dem Verstärker, der die Amplitude des Tons – also die Lautstärke des Klangs – beim Spielen des Tons steuert. PeakJeder Hüllkurvengenerator verfügt über fünf Hauptparameter, die die Form der Hüllkurve bestimmen; diese werden als AHDSR-Parameter oder Hüllkurven-„Phasen“ bezeichnet.
Der Attack-Wert regelt die Zeit, die nach dem Drücken einer Taste vergeht, bis die Lautstärke von null auf maximal ansteigt. Durch Erhöhen des Attack-Werts lässt sich ein Klang mit langsamem Einblenden erzeugen.
Dieser Parameter ist bei vielen Synthesizern nicht vorhanden, aber verfügbar bei PeakSie bestimmt, wie lange die Lautstärke des Tons nach der Attack-Zeit auf ihrem maximalen Niveau bleibt, bevor der durch die Decay-Zeit festgelegte Lautstärkeabfall beginnt.
Decay passt die Zeit an, die die Lautstärke benötigt, um von ihrer anfänglichen vollen Lautstärke auf den durch den Sustain-Pegelregler eingestellten Wert abzufallen, während Sie eine Taste gedrückt halten.
Sustain unterscheidet sich von den anderen Envelope-Reglern; es legt einen Pegel anstatt eines Zeitraums fest.
Es legt den Lautstärkepegel fest, auf dem die Hüllkurve bleibt, während Sie eine Taste gedrückt halten, nach der Attack- und Decay-Zeit.
Passt die Zeit an, die die Lautstärke benötigt, um nach dem Loslassen der Taste vom Sustain-Pegel auf Null abzufallen. Damit lassen sich Klänge mit einem Ausklingeffekt erzeugen.
Die meisten Synthesizer können mehrere Hüllkurven erzeugen. Peak verfügt über drei Hüllkurvengeneratoren: Amp Env verfügt über einen eigenen Satz von AHDSR-Reglern (Hold wird separat über das Menü gesteuert) und wird immer auf den Verstärker angewendet, um die Lautstärke jeder gespielten Note zu formen, wie oben beschrieben. Die beiden Modulationshüllkurven (Mod Env 1 Und Mod Env 2Sie verfügen über identische Bedienelemente, wobei ein Zuweisungsschalter die zu steuernde Hüllkurve auswählt. Modulationshüllkurven können verwendet werden, um andere Bereiche des Synthesizers während der Dauer jeder Note dynamisch zu verändern. Peak'S Mod Env Generatoren können beispielsweise verwendet werden, um die Grenzfrequenz des Filters oder die Impulsbreite der Rechteckwellenausgänge der Oszillatoren zu verändern.
Der LFO (Low Frequency Oscillator) eines Synthesizers ist ein Modulator. Anstatt selbst Teil der Klangerzeugung zu sein, dient er dazu, andere Bereiche des Synthesizers zu verändern (oder zu modulieren). Beispielsweise verändern LFOs häufig die Tonhöhe von Oszillatoren, die Grenzfrequenz von Filtern und viele weitere Parameter.
Die meisten Musikinstrumente erzeugen Töne, deren Lautstärke, Tonhöhe und Klangfarbe sich im Laufe der Zeit verändern. Manchmal sind diese Veränderungen recht subtil, tragen aber dennoch wesentlich zur Charakterisierung des endgültigen Klangs bei.
Während wir Hüllkurven verwenden, um eine einmalige Modulation über die Dauer einer einzelnen Note zu steuern, modulieren LFOs mithilfe einer sich wiederholenden zyklischen Wellenform oder eines sich wiederholenden Musters.
Wie bereits erwähnt, erzeugen Oszillatoren eine konstante Wellenform, die beispielsweise die Form einer Sinus- oder Dreieckswelle annehmen kann. LFOs erzeugen Wellenformen auf ähnliche Weise, jedoch normalerweise mit einer Frequenz, die zu niedrig ist, um einen vom menschlichen Ohr direkt wahrnehmbaren Ton zu erzeugen. Ähnlich wie bei einer Hüllkurve können die von den LFOs erzeugten Wellenformen an andere Teile des Synthesizers weitergeleitet werden, um die gewünschten zeitlichen Veränderungen – oder „Bewegungen“ – des Klangs zu erzeugen.
Stellen Sie sich vor, diese niederfrequente Welle wird auf die Tonhöhe eines Oszillators angewendet. Dadurch steigt und fällt die Tonhöhe des Oszillators langsam über und unter ihren ursprünglichen Wert. Dies simuliert beispielsweise das Streichen eines Geigers mit dem Finger auf der Saite. Diese subtile Auf- und Abwärtsbewegung der Tonhöhe wird als Vibrato-Effekt bezeichnet.
Eine häufig für einen LFO verwendete Wellenform ist die Dreieckswelle.
Alternativ dazu, wenn dasselbe LFO-Signal die Grenzfrequenz des Filters anstelle der Tonhöhe des Oszillators modulieren würde, wäre das Ergebnis ein bekannter Wackel-Effekt, der als „Wah-Wah“ bekannt ist.
Ein Synthesizer lässt sich in fünf Hauptblöcke zur Klangerzeugung oder Klangmodifikation (Modulation) unterteilen:
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Oszillatoren, die Wellenformen mit verschiedenen Tonhöhen erzeugen.
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Ein Mischer, der die Ausgänge der Oszillatoren miteinander mischt (und Rauschen und andere Signale hinzufügt).
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Filter, die bestimmte Obertöne entfernen und dadurch den Charakter oder die Klangfarbe verändern.
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Ein Verstärker, der von einem Hüllkurvengenerator gesteuert wird, der die Lautstärke eines Tons im Laufe der Zeit verändert, wenn ein Ton gespielt wird.
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LFOs und Hüllkurven, die zur Modulation der oben genannten Elemente verwendet werden können.
Ein Großteil des Vergnügens, das man mit einem Synthesizer hat, besteht darin, mit den werkseitig voreingestellten Sounds (Patches) zu experimentieren und neue zu kreieren.
Praktische Erfahrung ist durch nichts zu ersetzen. Experimente mit Anpassungen PeakDie verschiedenen Bedienelemente werden schließlich zu einem umfassenderen Verständnis dafür führen, wie die verschiedenen Synthesizer-Sektionen neue Klänge verändern und formen.
Mit dem Wissen aus diesem Kapitel und dem Verständnis dafür, was im Synthesizer tatsächlich passiert, wenn man an den Reglern und Schaltern dreht, wird das Erschaffen neuer und aufregender Klänge zum Kinderspiel.