In diesem Abschnitt werden die allgemeinen Prinzipien der elektronischen Klangerzeugung und -verarbeitung ausführlicher behandelt, einschließlich Verweisen auf MiniNovas-Einrichtungen, sofern relevant. Es wird empfohlen, dieses Kapitel sorgfältig zu lesen, wenn Sie mit der analogen Klangsynthese nicht vertraut sind. Benutzer, die mit diesem Thema vertraut sind, können diesen Abschnitt überspringen und mit dem nächsten fortfahren.
Um zu verstehen, wie ein Synthesizer Töne erzeugt, ist es hilfreich, die musikalischen und nicht-musikalischen Komponenten zu kennen, aus denen ein Ton besteht.
Ein Geräusch kann nur dann wahrgenommen werden, wenn Luft das Trommelfell regelmäßig und periodisch vibrieren lässt. Das Gehirn interpretiert diese Vibrationen (sehr genau) in eine von unzähligen verschiedenen Geräuscharten.
Bemerkenswerterweise kann jeder Laut anhand dreier Eigenschaften beschrieben werden, und alle Laute haben diese Eigenschaften immer. Sie lauten:
Was einen Ton von einem anderen unterscheidet, ist die relative Stärke der drei Eigenschaften, die ursprünglich im Ton vorhanden waren, und wie sich die Eigenschaften im Laufe der Tondauer veränderten.
Bei einem Musiksynthesizer legen wir bewusst Wert auf die präzise Kontrolle dieser drei Eigenschaften und insbesondere darauf, wie sie sich während der Lebensdauer des Klangs verändern lassen. Die Eigenschaften haben oft unterschiedliche Namen, z. B. kann Lautstärke als Amplitude, Lautstärke als Pegel, Tonhöhe als Frequenz und manchmal Klangfarbe als Ton bezeichnet werden.
Wie bereits erwähnt, wird Schall durch Luft wahrgenommen, die das Trommelfell vibrieren lässt. Die Tonhöhe wird durch die Geschwindigkeit der Schwingungen bestimmt. Bei einem erwachsenen Menschen erfolgt die langsamste als Schall wahrgenommene Schwingung etwa zwanzig Mal pro Sekunde, was das Gehirn als tiefen Basston interpretiert; die schnellste Schwingung erfolgt viele tausend Mal pro Sekunde, was das Gehirn als hohen Ton interpretiert.
Zählt man die Anzahl der Spitzen in den beiden Wellenformen (Schwingungen), so weist Welle B genau doppelt so viele Spitzen auf wie Welle A. (Welle B ist tatsächlich eine Oktave höher als Welle A.) Die Anzahl der Schwingungen in einem bestimmten Zeitraum bestimmt die Tonhöhe. Aus diesem Grund wird die Tonhöhe manchmal auch als Frequenz bezeichnet. Die Anzahl der in einem bestimmten Zeitraum gezählten Wellenformspitzen definiert die Tonhöhe bzw. Frequenz.
Musikalische Klänge bestehen aus mehreren verschiedenen, miteinander verbundenen Tonhöhen, die gleichzeitig auftreten. Die tiefste Tonhöhe wird als „Grundton“ bezeichnet und entspricht der wahrgenommenen Note des Klangs. Andere Tonhöhen, die den Klang bilden und in einfachen mathematischen Verhältnissen mit dem Grundton verwandt sind, heißen Obertöne. Die relative Lautstärke jedes Obertons im Vergleich zur Lautstärke des Grundtons bestimmt den Gesamtklang oder die Klangfarbe des Klangs.
Stellen Sie sich zwei Instrumente wie ein Cembalo und ein Klavier vor, die denselben Ton auf der Tastatur und mit gleicher Lautstärke spielen. Trotz gleicher Lautstärke und Tonhöhe klingen die Instrumente deutlich unterschiedlich. Dies liegt daran, dass die unterschiedlichen Tonerzeugungsmechanismen der beiden Instrumente unterschiedliche Obertöne erzeugen; die Obertöne eines Klavierklangs unterscheiden sich von denen eines Cembalos.
Die Lautstärke, oft auch als Amplitude oder Lautstärke des Klangs bezeichnet, wird durch die Stärke der Schwingungen bestimmt. Vereinfacht ausgedrückt: Wenn man ein Klavier aus einem Meter Entfernung hört, klingt es lauter, als wenn es fünfzig Meter entfernt wäre.
Nachdem wir gezeigt haben, dass nur drei Elemente jeden Klang definieren können, müssen diese Elemente nun in einem Musiksynthesizer umgesetzt werden. Es ist logisch, dass verschiedene Abschnitte des Synthesizers jedes dieser Elemente „synthetisieren“ (oder erzeugen).
Ein Teil des Synthesizers, der Oszillatoren, erzeugen Rohwellensignale, die die Tonhöhe und den harmonischen Klang definieren. Diese Signale werden dann in einem Abschnitt namens Mischer, und die resultierende Mischung wird dann in einen Abschnitt namens Filter. Dadurch werden weitere Klangveränderungen vorgenommen, indem bestimmte Obertöne entfernt (gefiltert) oder verstärkt werden. Schließlich wird das gefilterte Signal in den Verstärker, der die endgültige Lautstärke des Tons bestimmt.
Zusätzliche Synthesizer-Sektionen - LFOs Und Umschläge - bieten weitere Möglichkeiten, die Tonhöhe, den Klang und die Lautstärke eines Klangs durch die Interaktion mit dem Oszillatoren, Filter Und Verstärker, wodurch sich der Klangcharakter im Laufe der Zeit verändern kann. Denn LFOs' Und UmschlägeDer einzige Zweck besteht darin, die anderen Synthesizerabschnitte zu steuern (modulieren), sie werden allgemein als „Modulatoren“ bezeichnet.
Diese verschiedenen Synthesizerabschnitte werden nun ausführlicher behandelt.
Der Oszillator ist das Herzstück des Synthesizers. Er erzeugt eine elektronische Welle (die die Vibrationen erzeugt, wenn sie schließlich an einen Lautsprecher weitergeleitet wird). Diese Wellenform wird in einer steuerbaren Tonhöhe erzeugt, die zunächst durch die gespielte Note auf der Tastatur oder eine empfangene MIDI-Notennachricht bestimmt wird. Der charakteristische Klang oder die Klangfarbe der Wellenform wird durch ihre Form bestimmt.
Vor vielen Jahren entdeckten Pioniere der musikalischen Synthese, dass nur wenige charakteristische Wellenformen viele der nützlichsten Obertöne für die Erzeugung musikalischer Klänge enthielten. Die Namen dieser Wellen spiegeln ihre tatsächliche Form wider, wenn sie auf einem Instrument namens Oszilloskop betrachtet werden. Es handelt sich um: Sinuswellen, Rechteckwellen, Sägezahnwellen, Dreieckwellen und Rauschen. Jede dieser MiniNovaDie Oszillator-Sektionen von können alle diese Wellenformen und auch nicht-traditionelle Synthesizer-Wellenformen erzeugen. (Beachten Sie, dass Rauschen tatsächlich unabhängig erzeugt und mit den anderen Wellenformen im Mixer-Bereich gemischt wird.)
Jede Wellenform (außer Rauschen) verfügt über einen bestimmten Satz musikalisch verwandter Obertöne, die von weiteren Abschnitten des Synthesizers manipuliert werden können.
Die folgenden Diagramme zeigen, wie diese Wellenformen auf einem Oszilloskop dargestellt werden, und veranschaulichen die relativen Pegel ihrer Harmonischen. Denken Sie daran: Die relativen Pegel der verschiedenen Harmonischen in einer Wellenform bestimmen den Klangcharakter des endgültigen Klangs.
Diese besitzen nur eine Harmonische. Eine Sinuswellenform erzeugt den „reinsten“ Klang, da sie nur diese eine Tonhöhe (Frequenz) hat.
Diese enthalten nur ungerade Harmonische. Die Lautstärke jedes Harmonischen nimmt mit dem Quadrat seiner Position in der Obertonreihe ab. Beispielsweise hat die fünfte Harmonische eine Lautstärke von 1/25 der Lautstärke des Grundtons.
Diese sind reich an Obertönen und enthalten sowohl gerade als auch ungerade Obertöne der Grundfrequenz. Die Lautstärke jedes Tons ist umgekehrt proportional zu seiner Position in der Obertonreihe.
Rechteck-/Pulswellen enthalten nur ungerade Harmonische, die die gleiche Lautstärke haben wie die ungeraden Harmonischen in einer Sägezahnwelle.
Die Rechteckwelle verbringt gleich viel Zeit im Zustand „hoch“ wie im Zustand „niedrig“. Dieses Verhältnis wird als Tastverhältnis bezeichnet. Eine Rechteckwelle hat immer ein Tastverhältnis von 50 %, d. h. sie ist die Hälfte des Zyklus „hoch“ und die andere Hälfte „niedrig“. MiniNova ermöglicht Ihnen die Anpassung des Tastverhältnisses der grundlegenden Rechteckwellenform (über die Form Regler), um eine eher rechteckige Wellenform zu erzeugen. Diese werden oft als Pulswellenformen bezeichnet. Je rechteckiger die Wellenform wird, desto mehr gerade Harmonische werden eingeführt, und die Wellenform verändert ihren Charakter und klingt nasaler.
Die Breite der Pulswellenform (die „Pulsbreite“) kann durch einen Modulator dynamisch verändert werden, wodurch sich der harmonische Inhalt der Wellenform ständig ändert. Dies kann der Wellenform eine „fette“ Qualität verleihen, wenn die Pulsbreite mit einer moderaten Rate geändert wird.
Eine Impulswellenform klingt gleich, unabhängig davon, ob der Arbeitszyklus beispielsweise 40 % oder 60 % beträgt, da die Wellenform lediglich „invertiert“ wird und der harmonische Inhalt genau derselbe ist.
Rauschen ist ein Zufallssignal ohne Grundfrequenz (und damit ohne Tonhöheneigenschaft). Rauschen enthält alle Frequenzen und hat alle die gleiche Lautstärke. Da Rauschen keine Tonhöhe besitzt, eignet es sich häufig zur Erzeugung von Soundeffekten und perkussiven Klängen.
Zusätzlich zu den oben genannten traditionellen Oszillatorwellenformen gibt es noch dieMiniNovaverfügt außerdem über eine Reihe sorgfältig ausgewählter, digital generierter Wellenformen mit nützlichen harmonischen Elementen, die mit herkömmlichen Oszillatoren normalerweise nur schwer zu erzeugen sind.
Ein „Wavetable“ ist eine Gruppe digitaler Wellenformen. DieMiniNovaDie 36 Wavetables von enthalten jeweils neun separate digitale Wellenformen. Der Vorteil einer Wavetable besteht darin, dass aufeinanderfolgende Wellenformen in der Wavetable gemischt werden können.
Einige derMiniNovaDie Wavetables von enthalten Wellenformen mit ähnlichem harmonischen Inhalt, während andere Wellenformen mit stark unterschiedlichem harmonischen Inhalt enthalten. Wavetables werden lebendig, wenn der „Wavetable-Index“ – die Position innerhalb der Wavetable – moduliert wird. Dies führt zu einem Klang, der seinen Charakter kontinuierlich ändert, entweder sanft oder abrupt.
Neun Wellen bilden eine Wellentabelle Ringmodulation
Ein Ringmodulator ist ein Klanggenerator, der Signale von zwei derMiniNova's Oszillatoren und „multipliziert“ sie miteinander.
DerMiniNovahat 2 Ringmodulatoren, einer verwendet Oszillator 1 und Oszillator 3 als Eingaben und der andere Oszillator 2 und Oszillator 3. Die resultierende Ausgabe hängt von den verschiedenen Frequenzen und harmonischen Inhalten ab, die in jedem der beiden Oszillatorsignale vorhanden sind, und besteht aus einer Reihe von Summen- und Differenzfrequenzen sowie den in den Originalsignalen vorhandenen Frequenzen.
Um die Klangpalette zu erweitern, verfügen typische analoge Synthesizer über mehr als einen Oszillator. Durch die Verwendung mehrerer Oszillatoren zur Klangerzeugung lassen sich sehr interessante harmonische Mischungen erzielen. Zudem ist es möglich, einzelne Oszillatoren leicht gegeneinander zu verstimmen, wodurch ein sehr warmer, „fetter“ Klang entsteht.
DerMiniNovaDer Mixer von ermöglicht das Mischen von drei unabhängigen Oszillatoren, einem separaten Rauschoszillator und zwei Ringmodulatorquellen.
DerMiniNovaist ein subtraktiver Musiksynthesizer. Subtraktiv bedeutet, dass ein Teil des Klangs irgendwo im Syntheseprozess subtrahiert wird.
Die Oszillatoren liefern den Rohwellenformen reichlich harmonischen Inhalt und der Filterabschnitt subtrahiert einige der Harmonischen auf kontrollierte Weise.
14 Filtertypen stehen zur Verfügung auf derMiniNova, obwohl es sich hierbei um Varianten von drei grundlegenden Filtertypen handelt:
Der am häufigsten in Synthesizern verwendete Filtertyp ist der Tiefpassfilter. Bei einem Tiefpassfilter wird ein Grenzpunkt (oder eine Grenzfrequenz) gewählt. Frequenzen unterhalb dieses Punkts werden durchgelassen, Frequenzen darüber herausgefiltert. Die Einstellung des Parameters „Filterfrequenz“ bestimmt den Punkt, unterhalb dessen Frequenzen entfernt werden.
Durch das Entfernen von Obertönen aus den Wellenformen wird der Klangcharakter bzw. die Klangfarbe verändert. Wenn der Frequenzparameter auf Maximum steht, ist der Filter vollständig „offen“ und es werden keine Frequenzen aus den Rohwellenformen des Oszillators entfernt.
In der Praxis reduziert sich die Lautstärke der Obertöne oberhalb der Cut-Off-Grenze eines Tiefpassfilters allmählich. Wie schnell die Lautstärke dieser Obertöne mit steigender Frequenz oberhalb der Cut-Off-Grenze abnimmt, wird durch die Filtersteilheit bestimmt. Die Steilheit wird in „Lautstärkeeinheiten pro Oktave“ gemessen. Da die Lautstärke in Dezibel gemessen wird, wird diese Steilheit üblicherweise in Dezibel pro Oktave (dB/Okt.) angegeben. Typische Werte sind 12 dB/Okt. und 24 dB/Okt. Je höher die Zahl, desto stärker werden Obertöne oberhalb der Cut-Off-Grenze unterdrückt und desto ausgeprägter ist der Filtereffekt.
Ein weiterer wichtiger Parameter des Filters ist seine Resonanz. Frequenzen am Cut-Off-Punkt können mit dem Filterresonanz-Regler verstärkt werden. Dies ist nützlich, um bestimmte Obertöne des Klangs hervorzuheben.
Mit zunehmender Resonanz erhält der durch den Filter fließende Klang einen pfeifartigen Klang. Bei sehr hohen Resonanzpegeln führt dies dazu, dass der Filter selbstschwingt, sobald ein Signal durch ihn hindurchgeht. Der entstehende Pfeifton ist eine reine Sinuswelle, deren Tonhöhe von der Einstellung des Frequenzreglers (der Grenzfrequenz des Filters) abhängt. Diese resonanzerzeugte Sinuswelle kann bei Bedarf für einige Klänge als zusätzliche Klangquelle genutzt werden.
Das folgende Diagramm zeigt die Reaktion eines typischen Tiefpassfilters. Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz werden in der Lautstärke reduziert.
Wenn Resonanz hinzugefügt wird, wird die Lautstärke der Frequenzen am Grenzpunkt erhöht.
Neben dem traditionellen Tiefpassfiltertyp gibt es auch Hochpass- und Bandpassfilter. Der verwendete Filtertyp wird mit dem Parameter Filtertyp ausgewählt.
Ein Hochpassfilter ähnelt einem Tiefpassfilter, arbeitet jedoch in umgekehrter Richtung: Frequenzen unterhalb der Cut-Off-Grenze werden entfernt. Frequenzen oberhalb der Cut-Off-Grenze werden durchgelassen. Wenn der Parameter „Filterfrequenz“ auf Null gesetzt ist, ist der Filter vollständig geöffnet und es werden keine Frequenzen aus den Rohwellenformen des Oszillators entfernt.
Bei Verwendung eines Bandpassfilters wird nur ein schmales Frequenzband um die Cut-Off-Grenze durchgelassen. Frequenzen oberhalb und unterhalb des Bandes werden entfernt. Es ist nicht möglich, diesen Filtertyp vollständig zu öffnen und alle Frequenzen durchzulassen.
In den vorherigen Abschnitten wurde die Synthese der Tonhöhe und der Klangfarbe eines Klangs beschrieben. Im nächsten Teil des Synthese-Tutorials wird beschrieben, wie die Lautstärke des Klangs gesteuert wird. Die Lautstärke eines von einem Musikinstrument erzeugten Tons variiert je nach Instrumententyp oft stark über die Dauer des Tons.
Beispielsweise erreicht ein auf einer Orgel gespielter Ton seine volle Lautstärke, wenn eine Taste gedrückt wird. Er bleibt bei voller Lautstärke, bis die Taste losgelassen wird. Dann fällt der Lautstärkepegel sofort auf Null.
Ein Klavierton erreicht nach dem Drücken einer Taste schnell seine volle Lautstärke und fällt nach einigen Sekunden allmählich auf Null ab, selbst wenn die Taste gedrückt gehalten wird.
Eine String Section-Emulation erreicht die volle Lautstärke nur allmählich, wenn eine Taste gedrückt wird. Sie bleibt bei voller Lautstärke, während die Taste gedrückt gehalten wird, aber sobald die Taste losgelassen wird, fällt die Lautstärke relativ langsam auf Null.
In einem analogen Synthesizer werden Änderungen des Klangcharakters, die während der Dauer einer Note auftreten, durch einen Abschnitt namens Hüllkurvengenerator gesteuert. Der MiniNova verfügt über 6 Hüllkurvengeneratoren (genannt Env 1 bis Env 6). Env 1 ist immer mit einem Verstärker verbunden, der die Amplitude der Note – also die Lautstärke des Klangs – steuert, wenn die Note gespielt wird.
Jeder Hüllkurvengenerator verfügt über vier Bedienelemente zum Anpassen der Hüllkurvenform.
Stellt die Zeit ein, die nach dem Drücken einer Taste vergeht, bis die Lautstärke von Null auf die volle Lautstärke ansteigt. Damit lässt sich ein Sound mit langsamer Einblendung erzeugen.
Passt die Zeit an, die benötigt wird, bis die Lautstärke von der anfänglichen vollen Lautstärke auf den durch den Sustain-Regler eingestellten Pegel fällt, während eine Taste gedrückt gehalten wird.
Wie die Hüllkurvengeneratoren ist auch der LFO (Low Frequency Oscillator) eines Synthesizers ein Modulator. Anstatt Teil der Klangsynthese selbst zu sein, dient er dazu, andere Bereiche des Synthesizers zu verändern (oder zu modulieren). Beispielsweise können die LFOs verwendet werden, um die Oszillator-Tonhöhe, die Filter-Grenzfrequenz und viele weitere Parameter zu verändern.
Die meisten Musikinstrumente erzeugen Töne, deren Lautstärke, Tonhöhe und Klangfarbe im Laufe der Zeit variieren. Diese Variationen können manchmal sehr subtil sein, tragen aber dennoch maßgeblich zum Charakter des endgültigen Klangs bei.
Während eine Hüllkurve eine einmalige Modulation über die Dauer einer einzelnen Note steuert, modulieren LFOs mithilfe einer sich wiederholenden zyklischen Wellenform oder eines Musters. Wie bereits erwähnt, erzeugen Oszillatoren eine konstante Wellenform, die die Form einer sich wiederholenden Sinuswelle, Dreieckwelle usw. annehmen kann. LFOs erzeugen Wellenformen auf ähnliche Weise, jedoch normalerweise mit einer zu niedrigen Frequenz, um einen vom menschlichen Ohr direkt wahrnehmbaren Klang zu erzeugen. 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. Das Ergebnis ist, dass die Tonhöhe des Oszillators langsam über und unter ihre ursprüngliche Tonhöhe steigt und fällt. Dies würde beispielsweise einen Geiger simulieren, der seinen Finger auf der Saite seines Instruments auf und ab bewegt, während es gestrichen wird. Diese subtile Auf- und Abbewegung der Tonhöhe wird als „Vibrato“-Effekt bezeichnet.
Eine häufig für einen LFO verwendete Wellenform ist eine Dreieckswelle.
Wenn alternativ dasselbe LFO-Signal die Filter-Grenzfrequenz anstelle der Oszillator-Tonhöhe modulieren würde, wäre ein bekannter Wackeleffekt namens „Wah-Wah“ das Ergebnis.
Ein Synthesizer kann in fünf Hauptblöcke zur Klangerzeugung oder Klangmodifizierung (Modulation) unterteilt werden:
-
Oszillatoren, die Wellenformen mit unterschiedlichen Tonhöhen erzeugen.
-
Ein Mixer, der die Ausgänge der Oszillatoren zusammenmischt (und Rauschen und andere Signale hinzufügt).
-
Filter, die bestimmte Obertöne entfernen und so den Charakter oder die Klangfarbe des Klangs verändern.
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Ein von einem Hüllkurvengenerator gesteuerter Verstärker, der die Lautstärke eines Tons mit der Zeit ändert, wenn eine Note gespielt wird.
-
LFOs und Hüllkurven, die zum Modulieren aller oben genannten Elemente verwendet werden können.
Ein großer Teil des Spaßes, den man mit einem Synthesizer hat, besteht darin, mit den werkseitig voreingestellten Sounds (Patches) zu experimentieren und neue zu erstellen.
Es gibt keinen Ersatz für praktische Erfahrung. Experimente mit der Anpassung MiniNovaDie verschiedenen Bedienelemente von führen schließlich zu einem umfassenderen Verständnis davon, wie die verschiedenen Synthesizerabschnitte neue Klänge verändern und zur Formung beitragen.
Mit dem Wissen aus diesem Kapitel und einem Verständnis davon, was tatsächlich im Synthesizer passiert, wenn an den Knöpfen und Schaltern Änderungen vorgenommen werden, wird das Erstellen neuer und aufregender Klänge zum Kinderspiel.