Elektronische Klangerzeugung
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Hauptseminar Audiodesign<br />
<strong>Elektronische</strong> <strong>Klangerzeugung</strong><br />
Christoph Bichlmeier<br />
6. Februar 2004<br />
Forschungs- und Lehreinheit Informatik V,<br />
Ingenieuranwendungen in der Informatik, numerische Programmierung<br />
Leitender Professor des Seminars:<br />
Prof. Dr. Huckle<br />
Bearbeitender Student:<br />
Christoph Bichlmeier<br />
Watzmannstr. 12<br />
85598 Baldham<br />
Matr.: 2103657<br />
1
Abbildungsverzeichnis<br />
1 Dynamophon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7<br />
2 Theremin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8<br />
3 Trautonium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9<br />
4 Mixturtrautonium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10<br />
5 Modulare Synthesizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10<br />
6 Festverdrahtete Synthesizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11<br />
7 Saegezahnwelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
8 Rechteckswelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
9 Pulswelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14<br />
10 Dreieckswelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14<br />
11 Sinuswelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15<br />
12 Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15<br />
13 Tiefpass und Hochpass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18<br />
14 Tiefpass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18<br />
15 Hochpass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19<br />
16 Bandpass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19<br />
17 Bandsperre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20<br />
18 Flankensteilheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21<br />
19 ADSR Huellkurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22<br />
20 Additive Klangsynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25<br />
21 Frequenzmodulations-(FM) Synthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26<br />
22 AD/DA Wandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28<br />
23 CMI Fairlight (1979) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30<br />
24 AKAI MPC 4000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31<br />
25 Software-Sampler Steinberg Cubase SX (2003)0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31<br />
2
Inhaltsverzeichnis<br />
1 Einleitung 5<br />
2 Grundlagen 5<br />
3 Synthesizer 6<br />
3.1 Historische Instrumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6<br />
3.1.1 Dynamophon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7<br />
3.1.2 Theremin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7<br />
3.1.3 Trautonium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8<br />
3.1.4 Mixturtrautonium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9<br />
3.2 Arten von Synthesizern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10<br />
3.2.1 Modulare Synthesizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10<br />
3.2.2 Festverdrahtete Synthesizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11<br />
3.3 Oszillatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12<br />
3.3.1 Wellenformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12<br />
3.3.1.1 Sägezahnwelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12<br />
3.3.1.2 Rechteckswelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
3.3.1.3 Pulswelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
3.3.1.4 Dreieckswelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14<br />
3.3.1.5 Sinuswelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14<br />
3.3.1.6 Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15<br />
3.3.2 Einstellung und Kombination von Oszillatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
3.3.2.1 Oszillatorsynchronisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
3.3.2.2 Ringmodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
3.3.2.3 Amplitudenmodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
3.3.2.4 Frequenzmodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17<br />
3.4 Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17<br />
3.4.1 Regler des Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17<br />
3.4.2 Filterarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17<br />
3.4.2.1 Tiefpass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17<br />
3.4.2.2 Hochpass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19<br />
3.4.2.3 Bandpass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19<br />
3.4.2.4 Bandsperre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20<br />
3.4.3 Flankensteilheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20<br />
3.5 Verstärker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21<br />
3.6 Hüllkurven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21<br />
3.6.1 ADSR Hüllkurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22<br />
3.6.2 Mehrstufen Hüllkurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23<br />
3.7 LFOs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23<br />
3.7.1 Einstellungsmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23<br />
3.7.2 Einsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23<br />
4 Klangsynthese 24<br />
4.1 Syntheseformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24<br />
4.1.1 Subtraktive Klangsynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24<br />
4.1.2 Additive Klangsynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25<br />
4.1.3 Frequenzmodulations-(FM) Synthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26<br />
3
4.1.4 Amplitudenmodulations-(AM) Synthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27<br />
4.1.5 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27<br />
4.1.5.1 AD/DA Wandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28<br />
4.1.5.2 Sampling bei der Musikkomposition . . . . . . . . . . . . . . . . . 29<br />
4.1.5.3 Beispiele für Sammpling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32<br />
4.2 Bands, die elektronischen Musik populär machten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32<br />
5 Schlusswort 32<br />
4
1 Einleitung<br />
Diese Ausarbeitung über das Thema ” Digitale <strong>Klangerzeugung</strong>“ wurde im Rahmen des Hauptseminars<br />
” Audiodesign“ am Lehrstuhl für Ingenieuranwendungen in der Informatik und numerische<br />
Programmierung der Technischen Universität München angefertigt.<br />
Das Grundlagenkapitel bietet dem Leser eine Auswahl an Begriffen und Definitionen der Musiklehre,<br />
die zum Verständnis der weitereren Ausführungen dieser Ausarbeitung beitragen. Ausdrücke,<br />
die im Zusammenhang mit Elementen der digitalen <strong>Klangerzeugung</strong> verwendet werden, sind an der<br />
jeweiligen Stelle im Text erklärt.<br />
Die Erzeugung elektronischer Klänge begann schon in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts.<br />
Zu Anfang war das definierte Ziel der Erfinder die Elektrizität hörbar zu machen und konstruierten<br />
auf unterschiedlichste Art und Weise Musikinstrumente. Einige dieser Instrumente werden in dieser<br />
Ausarbeitung vorgestellt.<br />
Dabei war die Motivation bei der Entwicklung der Instrumente zunächst nicht die Imitation natürlicher<br />
Klänge. Vielmehr wollte man bisher nicht gehörte Klänge erzeugen.<br />
Dennoch waren es die zunehmenden Fähigkeiten der elektronischen Instrumente, akustische Instrumente<br />
und Naturklänge zu imitieren, die dem Synthesizer und damit der elektronischen <strong>Klangerzeugung</strong><br />
und deren musikalischer Verwendung enorme Popularität verschafften und den kommerziellen<br />
Durchbruch bescherten. Die einzelnen Komponenten eines Synthesizers, d.h. deren Funktionsweise<br />
und deren Einsatz, werden im 3. Kapitel aufgezeigt.<br />
Im 4. Kapitel, ” Klangsynthese“ werden verschiedene Verfahren vorgestellt, die in Synthesizern realisiert<br />
worden sind, um Klänge aller Art künstlich herzustellen. In diesem Zusammenhang wird<br />
auch Technik des Samplings erklärt. Da sich die Imitation akustischer Instrumente und natürlicher<br />
Klänge als äußerst schwierig herausstellte, wurde im Laufe der Zeit für diese Zwecke das Sampling<br />
als wichtiges Werkzeug der Musikkomposition.<br />
2 Grundlagen<br />
In folgenden Kapitel werden einige Begriffe und Definitionen aus der Musiklehre erklärt. Dies dient<br />
dazu, ein musikalisches Vorwissen zu schaffen, um die nachfolgenden Kapitel besser zu verstehen.<br />
Klang:<br />
Ein Klang ist ein akustisches Signal, dessen Botschaft über den Schall an das menschliche Gehör<br />
übermittelt wird. Das menschliche Gehör übersetzt und versteht aus Erfahrungswerten die Herkunft<br />
und Bedeutung des Signals. [SONICTHRILL]<br />
Schall:<br />
Der Schall ist das Transportmittel eines akustischen Signals. Die Akustik, die Lehre des Schalls,<br />
sagt, dass der Schall eine mehr oder weniger regelmäßige Luftdruckschwankung ausgehend von<br />
einer Schallquelle ist, die sich als Wellenzug in der Luft ausbreitet. Dieser Wellenzug nennt sich<br />
Schallwelle.<br />
Grundtöne und Obertöne:<br />
5
Ein einzelner Klang besteht aus einem Grundton und mehreren Obertönen. Ein einzelner Ton hat<br />
die Schwingungsform Sinus. Umgangssprachlich bezeichnet man als Ton die Kombination aus mehreren<br />
Sinus-Tönen, nämlich dem Grundton und den Obertönen, und damit den Klang. In der Natur<br />
existiert der Sinus-Ton als einzelnes akustisches Signal nicht.<br />
Bei Klängen, denen wir eine musikalische Tonhöhe zuordnen, schwingen die Obertöne mit ganzzahligen<br />
Vielfachen des Grundtones, d.h. sie haben die doppelte, dreifache, vierfache usw. Frequenz<br />
des Grundtones. Diese ” ganzzahlige“ Reihe nennt sich die natürliche Obertonreihe, und ein Teilton<br />
dieser Reihe wird in der Musik als eine Harmonische bezeichnet.<br />
Tonhöhe:<br />
Die Tonhöhe, die unser Ohr einen Klang zuordnet, entspricht dabei der Frequenz des Grundtones.<br />
Dabei muss dieser gar nicht unbedingt wirklich ertönen, denn aus den Frequenz-Verhältnissen der<br />
Obertöne kann unser Gehör einen fehlenden Grundton errechnen. Das menschliche Gehör braucht<br />
ungefähr eine viertel Sekunde, um die Tonhöhe eines Klanges zu ermitteln. Alle Klänge, die kürzer<br />
dauern, oder deren Obertongemisch nicht ” ganzzahlig“ ist, werden als Geräusch wahrgenommen.<br />
Klangfarbe:<br />
Die einzelnen Ton-Schwingungen addieren sich zu komplexeren Schwingungsformen. Das Lautstärkeverhältnis<br />
der einzelnen Obertöne bestimmt dabei die Klangfarbe, d.h. der Charakter des Klanges<br />
ergibt sich aus seinem Obertongehalt. Ein hoher Anteil an hohen Frequenzkomponenten oder Partialtöne<br />
bewirkt hellere oder sogar schrillere Klänge. Sind umgekehrt die tiefen Partialtöne stärker<br />
vertreten, so wirkt die Klangfarbe dumpf und dunkel.<br />
Hörschwelle:<br />
Unser Gehör ist nicht in der Lage alle Schwingungen wahrzunehmen. Schwingungen mit kleinerer<br />
Frequenz als 16Hz liegen außerhalb des hörbaren Bereichs, sie liegen unterhalb der Hörschwelle.<br />
Die Grenze für hohe Frequenzen hängt vom Alter (und Gesundheitszustandes des Gehörs) ab und<br />
reicht bei jungen Menschen bis ca. 19000Hz. Menschen hohen Alters hören bis 12000Hz.<br />
3 Synthesizer<br />
Ein Synthesizer ist ein regelbarer künstlicher Klangerzeuger, der natürliche Klänge wie z.B. Vogelgezwitscher<br />
oder Meeresrauschen nachahmen aber auch völlig neue unbekannte Klänge erzeugen<br />
kann. Dabei können die Anwender, bzw. die Musiker des Synthesizers Klänge erzeugen und diese<br />
über präzise Einstellungen bestimmter Parameter in ihrer Tonhöhe, Klangfarbe und Lautstärke<br />
verändern. Diese Parameter werden mittels elektronischer Signale angesteuert, die die elektronischen<br />
Bauteile des Synthesizers kontrollieren. Als Ergebnis liefert das Gerät ein Audiosignal, das<br />
über Lautsprecher hörbar gemacht werden kann. Der Begriff ” Analoger Synthesizer“ ergab sich<br />
aus dem Konstruktionsaufbau eines solchen Gerätes. der Synthesizer besteht aus Schaltkreisen, die<br />
wiederum aus einzelnen analogen Bausteinen wie Transistoren, Kondensatoren und Wiederständen<br />
aufgebaut sind. Im Laufe der Zeit wurden bestimmte Komponenten digitalisiert, d.h. einzelne<br />
Schaltkreise und Komponenten wurden zusammengefasst und durch Mikrochips und schließlich<br />
durch digitale Signalprozessoren (DSPS) ersetzt.<br />
3.1 Historische Instrumente<br />
Dieses Kapitel stellt die wichtigsten Vorläufer der heutigen Synthesizer und ihre Erfinder vor und<br />
erläutert ihre Funktionsweise.<br />
6
3.1.1 Dynamophon<br />
Abbildung 1: Dynamophon<br />
Der Amerikaner Thaddeus Cahill (1867-1934)entwickelte und erbaute zwischen 1897 und 1906 in<br />
Washington D.C das Dynamophon, auch Telharmonium genannt. Die beiden erklärten Ziele des<br />
Erfinders lauteten, alle technischen Möglichkeiten der damaligen Zeit auszunutzen und damit ein<br />
Instrument zu konstruieren, dass die völlige Kontrolle der Töne durch den Spieler erlaubte. Es<br />
handelte sich hierbei um ein 200t schweres Gerät mit den Ausmaßen eines Güterwagons, das durch<br />
Modifizierung seiner Dynamos unterschiedliche Klänge erzeugen konnte. Für jeden Halbton konstruierte<br />
er einen riesigen dampfgetriebenen Mehrfachstromerzeuger, der ihm die sinusförmigen<br />
Ausgangsspannungen lieferte. Die erzeugte Musik wurde über das damalige Telefonnetz verbreitet,<br />
da Lautsprecher noch nicht existierten. Dies begründet auch die gigantischen Ausmaße des<br />
Instruments, da die Generatoren des Instruments die ständigen Spannungsverluste im Netz wieder<br />
ausgleichen mussten. Die Betreibung dieses Instruments musste jedoch relativ bald eingestellt werden,<br />
da durch die Nutzung des Telefonnetzes als Verbreitungsmedium der eigentliche Zweck dieses<br />
Netzes, die Telephonie, durch Interferenzen beeinträchtigt wurde und der Druck der zunehmenden<br />
Beschwerden zu groß wurde. Dennoch fanden bereits 1906 erste Konzerte mit dem Dynamophon<br />
statt. [WIKIPED00], [UNIOSNA00], [ANAKLA]<br />
3.1.2 Theremin<br />
Der russische Physikprofessor und Radiopionier Lev Sergejewitch Termen(1896-1993) stellte 1920<br />
das Instrument Theremin, das auch später als Aetherophon bekannt wurde, vor. Wegen des großen<br />
Erfolgs in seiner Heimat startete er 1927 eine Europatournee als Musiker, in deren Verlauf er 1928<br />
in die USA kam und sich dort niederließ. In den USA änderte er seinen Namen in die amerikanische<br />
Schreibweise und hieß von diesem Zeitpunkt an Leon Theremin. Ebenfalls in den USA ließ er seine<br />
Erfindung patentieren und verkaufte die Lizenz an RCA 1 , die ab diesem Moment das Instrument<br />
1 Radio Corporation of America<br />
7
Abbildung 2: Theremin<br />
produzierte und erfolgreich verkaufte.<br />
Die wesentlichen sichtbaren Komponenten des Instruments sind zwei Antennen, links eine kreisförmig<br />
gebogene, rechts eine gerade. Ein Hochfrequenzoszillator gibt eine konstante Frequenz von etwa 170<br />
kHz ab, ein zweiter lässt sich im Bereich von etwa 168 kHz bis 170 kHz steuern. Diese Frequenzen<br />
liegen außerhalb des menschlichen Hörbereichs. Die Steuerung funktioniert mittels einer Antenne,<br />
die ein elektrisches Feld erzeugt. Die menschliche Hand verändert die Kapazität dieses Feldes<br />
und bewirkt somit eine Steuerung des zweiten Oszillators. Die rechte Hand beeinflusst hierbei die<br />
Tonhöhe, die linke Hand die Lautstärke. Je näher die Hand der Antenne mit der variablen Frequenz<br />
kommt, desto höher wird der Ton, je weiter entfernt, desto tiefer wird der Ton. Die Lautstärkekontrolle<br />
funktioniert nach dem gleichen Prinzip. In einer Mischstufe ergibt sich aus den beiden<br />
Frequenzen eine Differenzfrequenz (engl. Beat-Frequency), die zwischen 0 und 2 kHz liegt, also im<br />
hörbaren Bereich.<br />
Das Theremin fand in vielen Musikstücken von der Geburtsstunde des Instruments bis heute Anwendung<br />
in den verschiedensten Musikrichtungen. Beispielsweise benutzten die Beach-Boys in ihrem<br />
Hit ” Good Vibriations“ das Theremin. Generell kann man sagen, dass das Theremin in der Zeit<br />
des Psychadelic Rocks und des Surfsounds der Sechziger enorme Popularität erfuhr. Aber auch in<br />
andern Musikrichtungen fand das Instrument Verwendung. Rita Lee, eine brasilianische Bossa Nova<br />
Sängerin, spielte dieses Instrument mit ihrer damaligen Combo ” Os Mutantes“ im Titelsongs des<br />
gleichnamigen Albums ” 3001“ ˙ Aber auch heutzutage nehmen Bands das Theremin in ihrer Musik<br />
mit auf. So verwendete es die französische Easylistening-Band Air in ihrem Lied ” Le solei est pres<br />
du moi“. [UNIOSNA01], [ANAKLA], [THERMIN]<br />
3.1.3 Trautonium<br />
Erfinder des Trautoniums war der Postrat, Musikwissenschaftler und Organist Dr.-Ing. Friedrich<br />
Trautwein(1888 -1956). Unterstützung bekam er bei der Konstruktion des Instruments (1930) von<br />
der Musikhochschule Berlin und den Firmen Telefunken und AEG.<br />
8
Abbildung 3: Trautonium<br />
Das Trautonium stieß bei den zeitgenössischen Komponisten auf große Akzeptanz. Unter Anderen<br />
komponierten Paul Hindemith, Richard Strauß und Werner Egk Musikstücke für das Instrument.<br />
Das Instrument besteht aus einem Niederfrequenzgenerator, der eine sägezahnförmige Kippschwingung<br />
erzeugt. Diese Schwingung entsteht in einer parallel mit einem Kondensator geschalteten<br />
Glimmröhre. Der Kondensator wird durch eine Dreipolröhre periodisch aufgeladen, deren Gitterspannung,<br />
die über ein Manual regelbar ist, die Anzahl der Entladungen und damit die Tonhöhe bestimmt.<br />
Bei dem Manual bzw. der Reglervorrichtung des Instruments handelt es sich um ein Bandmanual.<br />
Der Spieler drückt dabei einen Draht nach unten, bis dieser eine Metallschiene berührt.<br />
Die Dynamik des gespielten Tons kann durch die Druckstärke beeinflusst werden. Die Druckintensität<br />
wird dabei durch einen Kohlewiderstand in einen elektrischen Wert übersetzt. Weiterhin<br />
realisiert das Trautonium erste Ansätze des Filterbaus und stellt Komponenten zur steuerbaren<br />
Gestaltung der Klangfarben zur Verfügung. Mit diesen Bauteilen können bestimmte Anteile des<br />
Klangs herausgefiltert, andere Frequenzbereiche verstärkt werden.[ANAKLA], [TRAUT00]<br />
3.1.4 Mixturtrautonium<br />
Das Mixturtrautonium wurde 1952 von Oskar Sala, einem anerkannten Musiker des Trautoniums,<br />
vorgestellt.<br />
Der Unterschied zu seinem Vorläufer, dem Trautonium, liegt in seiner Vielstimmigkeit und damit<br />
im erweiterten Klangspektrum des Instruments. Das Mixturtrautonium diente beispielsweise als<br />
Geräuschgenerator und Erzeuger von rhythmischen Effekten und verfügte über akustischen Einstellmöglichkeiten<br />
wie den Halleffekt. Das Instrument wurde bei der Geräuschvertonung des Alfred<br />
Hitchcock Klassikers ” Die Vögel“eingesetzt. [ANAKLA], [TRAUT00]<br />
9
Abbildung 4: Mixturtrautonium<br />
3.2 Arten von Synthesizern<br />
Synthesizern lassen sich in zwei Kategorien einteilen, den modularen und den festverdrahteten<br />
Geräten. Hierbei geht es um den Unterschied der Vielfalt der musikalisch-gestalterischen Möglichkeiten<br />
sowie der Gebrauchstauglichkeit der Instrumente. Die Einschränkungen und damit Nachteile<br />
der beiden Varianten wurden durch die Optimierung der Technik sowie die Konzentration auf die<br />
Fortentwicklung der Gebrauchstauglichkeit moderner Synthesizer in den letzten Jahren so gut wie<br />
behoben.<br />
3.2.1 Modulare Synthesizer<br />
Abbildung 5: Modulare Synthesizer<br />
Modulare Synthesizer bestehen aus einzelnen Bauteilen, die die Komponenten eines solchen Gerätes<br />
10
ealisieren, d.h. Oszillatoren, Filter, Verstärker, LFOs etc.. Diese Bauteile haben Ein- und Ausgänge,<br />
über die alle möglichen Signale einfließen und wieder zurückgegeben werden. Diese Signale können<br />
zum Einen zur Steuerung der Bauteile dienen, zum Andern stellen sie die zu verarbeitenden Quelleinformation,<br />
das Audiosignal dar.<br />
Diese Bauteile eines modularen Synthesizers können beliebig vom Anwender kombiniert werden.<br />
Dadurch entsteht das größtmögliche Gestaltungsspektrum des Klangs. Auch wenn einige Kombinationen<br />
keine Auswirkung haben, so bleibt es doch dem Anwender des Synthesizers überlassen,<br />
wie er seinen Klang produziert.<br />
Die einzelnen Komponenten werden hierbei mit sogenannten Patch-Cords verbunden. Diese Patch-<br />
Cords sind Kabel, die alle zulässigen Bauteilverbindungen mit bestimmten Steckern an beiden Enden<br />
kombinieren. Zum Beispiel regelt des Ausgangssignal eines LFOs 2 den Lautstärkeregler eines<br />
Verstärkers, um einen Tremoloeffekt zu erreichen. Zu den einzelnen Möglichkeiten der Kombination<br />
wird später mehr berichtet.<br />
Die Vorteile eines modularen Synthesizers sind ohne Zweifel die uneingeschränkte Flexibilität bei<br />
der <strong>Klangerzeugung</strong>. Der große Nachteil eines solchen Gerätes ist jedoch die komplizierte Handhabung.<br />
Vor allem lassen sich bei fortgeschrittenen Kabelsalat nicht immer alle Kombinationen und<br />
der daraus resultierende Klang auf Anhieb nachvollziehen. Demnach leidet die Übersichtlichkeit.<br />
3.2.2 Festverdrahtete Synthesizer<br />
Der Idee des festverdrahtete Synthesizer entsprang wirtschaftlichen und kommerziellen Gedanken.<br />
Abbildung 6: Festverdrahtete Synthesizer<br />
Es sollten möglichst billige, unkomplizierte und leicht transportierbare Geräte angeboten werden<br />
können, um möglichst hohe Verkaufszahlen zu erzielen. Dieses Bestreben wurde schließlich durch<br />
2 Der LFO (Low Frequenzy Oscillator) ist ein spezieller Oszillator der niedrige, vom menschlichen Gehör nicht<br />
wahrnehmbare Frequenzen erzeugt. Der LFO wird oft zur Erzeugung von Tremolo- und Vibratoreffekten eingesetzt.<br />
Mehr dazu im Kapitel 3.8 ” LFOs“.<br />
11
den Moog Minimoog bestätigt, der ab 1970 zum Verkauf angeboten wurde. Als seine Produktion<br />
1981 eingestellt wurde waren für damalige Verhältnisse sensationelle 13.252 Minimoogs hergestellt<br />
worden.[ANAKLA] Die Festlegung bestimmter sinnvoller Kombinationen von Bauteilen durch den<br />
Hersteller führte zu einer Zunahme der Übersichtlichkeit des Instruments und damit zu einer großen<br />
Popularität der festverdrahteten Synthesizer. Wegen einer gewissen vordefinierten Auswahl an Reglern,<br />
mit denen der Benutzer einzelne Komponenten ansteuern kann, ist es dem Anwender möglich,<br />
sofort mit der Soundgestaltung loszulegen, ohne genau über die physikalische Wirkungsweise einzelner<br />
Komponenten des Synthesizers informiert zu sein.<br />
3.3 Oszillatoren<br />
Oszillatoren liefern das Rohprodukt eines Synthesizers, d.h. elektrische Schwingungen, die in Gestalt<br />
von verschiedenen Wellenformen unterschiedliche Grundklänge liefern. Die Wellenformen Sägezahn,<br />
Sinus, Puls, Dreieck und Rechteck sind in jedem Synthesizer realisiert. Da oft mehrere Wellenformen<br />
kombiniert werden, um den Klang zu gestalten, wird eine Einheit von mehreren Oszillatoren auch<br />
als Generator oder Schwingungs-Generator bezeichnet. Beispielsweise kommt bei der Erzeugung<br />
von Rauschen, z.B. bei der Imitation von Meeresrauschen, ein sogenannter Rauschgenerator zum<br />
Einsatz, der aus mehreren Oszillatoren besteht, die zufällige, nicht sinnvoll zueinander stehende<br />
Schwingungen erzeugen.<br />
Generell kann man zwischen den traditionellen spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCO) 3 und<br />
den digital gesteuerten Oszillatoren (DCO2) 4 unterscheiden. Dabei liegt der Unterschied lediglich<br />
bei der Steuerung der Oszillatoren, die Erzeugung von akustischen Signalen ist bei Beiden analog.<br />
3.3.1 Wellenformen<br />
Die zuvor schon angesprochenen Wellenformen sollen im folgenden Kapitel grafisch dargestellt<br />
und erklärt werden. Dabei werden die akustischen Eigenschaften beschrieben, die jedoch nur als<br />
subjektive Einschätzung zu verstehen sind, da naturgegeben das menschliche Gehör einer Person<br />
einen Klang anders interpretiert als das einer zweiten Person.<br />
3.3.1.1 Sägezahnwelle<br />
Die Sägezahnwelle enthält als einzige aller Wellenformen alle Obertöne und gilt in Bezug auf die<br />
subtraktive Klangsynthese als die Ergiebigste. Auf die verschiedenen Syntheseformen soll im Kapitel<br />
4, ” Klangssynthese“, genauer eingegangen werden. An dieser Stelle wird jedoch die Beschreibung<br />
dieser Syntheseform vorweggenommen, da die Ergiebigkeit der Sägezahnwelle begründet werden<br />
soll. Die subtraktive Klangsynthese nimmt, wie der Name schon erahnen lässt, einen Teil des vom<br />
Oszillator erzeugten Grundklanges, hier die reine Sägezahnwelle, weg. Diese zu entfernenden Teile<br />
sind Obertöne des Grundtons (siehe Grundlagenkapitel). Werden nun Obertöne weggenommen, so<br />
ändert sich die Klangfarbe. Je mehr Möglichkeiten man hat, Obertöne zu entfernen, desto ergiebiger<br />
ist eine Wellenform. Da die Sägezahnwelle die meisten Obertöne aller Wellenformen besitzt,<br />
kann man von dieser Wellenform auch die meisten Obertöne bzw. die meisten Kombinationen von<br />
Obertönen wegfiltern. Daraus ergibt sich eine äußerst große Vielfalt an zu erzeugenden Klangfarben.<br />
Die Beschreibung der weiteren Komponenten und ihre Wirkungsweise auf den Klang bezieht sich<br />
3 Voltage Controlled Oscillator<br />
4 Digital Controlled Oscillator<br />
12
Abbildung 7: Saegezahnwelle<br />
stets auf die subtraktive Klangsynthese.<br />
Der Klang einer Sägezahnwelle ist als hart zu bezeichnen. Er wird vor Allem für Flächensounds,<br />
Streicher oder Blechbläser verwendet und modelliert fette Sounds.<br />
3.3.1.2 Rechteckswelle<br />
Abbildung 8: Rechteckswelle<br />
Die Rechteckswelle ist eine Spezialform der Pulswelle und hat die Form eines Clock-Signals. Dabei<br />
stehen die Dauer des Impulses und der Impulspause im Verhältnis 50:50. Die Rechteckswelle enthält<br />
alle ungeraden Harmonischen und definiert damit ihren elektronischen, hohlen Klangcharakter, der<br />
am ehesten mit dem einer Klarinette zu vergleichen ist. Die Rechteckswelle wird oft benutzt um<br />
” elektronisch dreckige“, billige“Sounds zu erzeugen.<br />
”<br />
3.3.1.3 Pulswelle<br />
Die Pulswelle hat wie die Rechteckswelle die rechteckige Form. Hier kann aber das Verhältnis<br />
13
Abbildung 9: Pulswelle<br />
zwischen Impuls und Impulspause durch den Anwender eingestellt werden.<br />
Mit abnehmender Impulsbreite wird der erzeugte Klang nasaler, etwa die Entwicklung von einer<br />
Klarinette hin zu einem Fagott, d.h. es ergibt sich ein tieferes Klangspektrum.<br />
3.3.1.4 Dreieckswelle<br />
Abbildung 10: Dreieckswelle<br />
Der Klang der Dreieckswelle gleicht dem einer sehr stark gefilterten Rechteckswelle. Diese Wellenform<br />
wird oft für Flötenklange bei der Klangprogrammierung verwendet.<br />
3.3.1.5 Sinuswelle<br />
Die Sinuswelle ist das Atom aller Wellenformen. Alle anderen Wellenformen und damit alle anderen<br />
Klangfarben lassen sich durch Kombination von mehreren Sinuswellen erzeugen, z. B. mittels<br />
der additiven Klangsynthese. Die Sinusschwingung erzeugt lediglich den reinen Grundton und<br />
enthält deswegen keine Obertöne, vergleichbar mit einer Stimmgabel. Die Sinuswelle hat im mittleren<br />
Tonhöhenbereich einen relativ dünnen Klangcharakter. Sie wird jedoch in den unteren Fre-<br />
14
Abbildung 11: Sinuswelle<br />
quenzbereichen oft zur Erzeugung von z.B. ultratiefen Drum&Bass Subbässen verwendet. Auch bei<br />
futuristischen Sciencefiction-Klangeffekten wie Lasergeräusche findet die Sinuswelle Anwendung.<br />
3.3.1.6 Noise<br />
Abbildung 12: Noise<br />
Das Rauschen (englische Bezeichnung: Noise ) wird von einem Rauschgenerator erzeugt. Dieser<br />
Rauschgenerator besteht aus mehreren Oszillatoren, die unterschiedliche im musikalischen Sinn<br />
nicht sinnvoll zueinander stehende Frequenzen erzeugen. Die Resultate dieser Oszillatoren werden<br />
vom Generator übereinandergelegt und bewirken ein Rauschen, mit dem man Naturgeräusche wie<br />
z.B. einen Wasserfall imitieren kann.<br />
Man kann hierbei zwischen weißem und rosa Rauschen unterschieden. Das weiße Rauschen enthält<br />
alle Frequenzen zu gleichen Teilen und erzeugt helleres Geräusch, z.B. das Pfeifen des Windes,<br />
während das rosa Rauschen die höheren Frequenzanteile weglässt und dadurch für die Imitation<br />
von tieferem Rauschen verwendet wird, z.B. Donner oder Meeresbrandung.<br />
15
3.3.2 Einstellung und Kombination von Oszillatoren<br />
Bei den meisten Synthesizern lassen sich bei den Oszillatoren die beiden Einstellungen Wellenform<br />
und Frequenz einstellen. Die Tonhöhe lässt sich in der Regel in Halbtonschritten einstellen. Meistens<br />
existiert noch ein Regler für die Feinabstimmung zwischen den Halbtönen. Hat der Synthesizer die<br />
Funktionalität eine Pulswelle zu erzeugen, so gibt es einen Regler, der die Pulsweite steuert.<br />
Erst durch die Kombination von mehreren Oszillatoren wird die gestalterische Vielfältigkeit eines<br />
Synthesizers deutlich. Dies ist nicht die einzige Möglichkeit, die Klänge bzw. Klangfarben zu<br />
modellieren, dennoch eine sehr effektvolle. Zum Beispiel kann man einen Klang breiter und fetter<br />
machen, indem man zwei oder mehrere gleiche Oszillatoren leicht verstimmt übereinander legt.<br />
Beispielsweise hat eine einzelne Geige zumeist einen sehr dünnen Klang. Dies ist sicher auch durch<br />
den Geigenspieler beeinflussbar. Jedoch klingen mehrere Geigen eines ganzen Orchesters viel voller,<br />
lauter und klarer.<br />
Eine andere Möglichkeit einen Sound voller bzw. fetter zu machen ist die Übereinanderlagerung<br />
von zwei Oszillatoren, wobei hier der eine Oszillator eine Oktave tiefer klingt als der Andere. Diese<br />
tiefere Oktave erhält man durch Halbierung der Frequenz des einen Oszillators. Eine Verdopplung<br />
der Frequenz ergäbe die nächsthöhere Oktave.<br />
In den folgenden Unterkapiteln werden Verfahren vorgestellt, die Oszillatoren zu kombinieren, um<br />
die Klangfarben zu gestalten. Dabei übernimmt jeweils ein Oszillator die Steuerung eines anderen<br />
Oszillators und modelliert ihn so.<br />
3.3.2.1 Oszillatorsynchronisation<br />
Bei der Oszillator-Synchronisation steuert die Schwingung eines Oszillators das Verhalten eines<br />
Anderen. Dabei wird die zu modulierende Schwingung auf Nullposition gesetzt sobald die modellierende<br />
Schwingung eine Nullstelle durchläuft. Die klangerzeugende Welle wird somit ständig an<br />
irgendeiner Position unterbrochen und beginnt von Neuem.<br />
Mit diesem Verfahren kann man, natürlich abhängig von der Konfiguration der Oszillatoren, beispielsweise<br />
einen durchdringenden metallischen Sound erzeugen.<br />
3.3.2.2 Ringmodulation<br />
Hier wird eine Schaltkomponente verwendet, in die zwei Eingangssignale eingehen. Diese werden<br />
modifiziert und an zwei Ausgängen wieder ausgegeben. Dabei wird die Summe und die Differenz<br />
der Frequenzen an den Eingängen errechnet und die beiden veränderten Frequenzen an die beiden<br />
Ausgänge weitergeleitet.<br />
Werden beispielsweise an den Ringmodulator Signale mit den Frequenzen 200 Hz und 300 Hz<br />
übergegeben, so liegen and den Ausgängen die Frequenzen 100 Hz und 500 Hz an.<br />
3.3.2.3 Amplitudenmodulation<br />
Bei der Amplitudenmodulation verändert die Schwingung eines Oszillators, wie der Name der<br />
Modulation schon erahnen lässt, die Amplitude des Anderen. Damit lassen sich Tremoloeffekte<br />
im hörbaren Bereich erzeugen, d.h. der modulierende Oszillator schaltet abwechselnd in einer bestimmten<br />
Geschwindigkeit, abhängig von seiner Frequenz, das Signal des anderen Oszillators auf<br />
laut und leise.<br />
16
3.3.2.4 Frequenzmodulation<br />
Der modulierende Oszillator der Frequenzmodulation (FM) verändert die Frequenz und damit<br />
die Tonhöhe des anderen Oszillators. Hier kann ein dem Tremolo ähnlicher Effekt erzeugt werden,<br />
da der modulierende Oszillator zwischen zwei Tonhöhen hin und her schaltet.<br />
3.4 Filter<br />
Generell lässt sich behaupten, dass der Filtersatz eines Synthesizers seine Qualität bestimmt. Das<br />
akustische Rohmaterial, das von den Oszillatoren geliefert wird, wird von den Filtern bearbeitet,<br />
d.h. es werden Anteile des Klangs, die Obertöne der Klänge, so herausgefiltert, dass das Endergebnis<br />
der Vorstellung des Soundprogrammierer entspricht. Dieses Verfahren nennt man, wie im<br />
Kapitel 3.3 ” Oszillatoren“schon angesprochen, Subtraktive Synthese. Die Ergiebigste Wellenform<br />
ist hierbei die Sägezahnwelle, da sie alle Obertöne enthält und somit die meisten Obertonkombinationen<br />
herausgefiltert werden können.<br />
Mit Filter können Frequenzspektren simuliert werden, z.B. das einer Gitarre. Oder man verwandelt<br />
mit Filtern schrille Klänge zu weichen sanften.<br />
Dieses Kapitel beschreibt zunächst die Einstellungsmöglichkeiten eines Filters durch den Anwender.<br />
Danach wird näher auf die vier Filter, Tiefpass, Hochpass, Bandpass und Bandsperre, eingegangen.<br />
Man unterscheidet ähnlich wie bei den Oszillatoren zwischen digital- und spannungsgesteuerten<br />
Filtern (VCF 5 , DCF 6 ). Beim DCF wird lediglich die Steuerung des Filters digitalisiert, die Frequenzen<br />
der Filter sind in beiden Fällen analog.<br />
3.4.1 Regler des Filters<br />
Das Filter hat generell zwei Einstellungsmöglichkeiten. Zum Einen die CutOff-Frequenz, die die<br />
Frequenz festlegt, bei der der Filter eingreifen soll. Zum Anderen wird der Filtermodus definiert.<br />
Hier gibt es die Einstellmöglichkeiten Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Bandpassfilter und Bandsperre.<br />
Ein Durchlauf der CutOff-Frequenz durch alle Frequenzbereiche des Audiosignals wird als Filtersweep<br />
bezeichnet.<br />
Eine weitere Einstellungsoption ist der Resonanzregler, mit dem man den Frequenzbereich um die<br />
durch den Filter festgelegten Grenzfrequenzen herum anheben kann, d.h. der Klang wird dadurch<br />
deutlich schärfer und hörbarer.<br />
3.4.2 Filterarten<br />
Im Allgemeinen werden die heutigen Synthesizer mit folgenden vier logischen Filtereinheiten ausgestattet.<br />
Im Grunde gibt es sogar nur zwei verschiedene Filter, da sich die beiden Filter Bandpass<br />
und Bandsperre aus den Filtern Tiefpass und Hochpass konstruieren lassen.<br />
3.4.2.1 Tiefpass<br />
Das populärste und in den meisten Synthesizern vorhandene Filter ist wohl der Tiefpassfilter<br />
5 Voltage Controlled Filter<br />
6 Digital Controlled Filter<br />
17
Abbildung 13: Tiefpass und Hochpass<br />
Abbildung 14: Tiefpass<br />
18
(englische Bezeichnung: Low-Pass-Filter, LPF). Dabei lässt dieser Filter nur Frequenzen unterhalb<br />
seiner CutOff-Frequenz passieren. Das Tiefpassfilter dient dazu, schrille und grelle Klänge weich<br />
bzw. für das Gehör angenehm zu machen. Es werden also nur Frequenzen im niedrigeren Bereich,<br />
das sind die tiefern Tonhöhen, durchgelassen.<br />
3.4.2.2 Hochpass<br />
Abbildung 15: Hochpass<br />
Das Hochpassfilter (englische Bezeichnung: High Pass Filter, HPF) leistet das Gegenteil des Tiefpassfilters.<br />
Es lässt nur Frequenzen oberhalb der CutOff-Frequenz durch und wird dann verwendet,<br />
wenn man ” dünne“, ” spitze ” Sounds erzeugen will.<br />
3.4.2.3 Bandpass<br />
Abbildung 16: Bandpass<br />
Der Bandpassfilter (englische Bezeichnung: Band Pass Filter, BPF) ist schalttechnisch gesehen<br />
19
eine Reihenschaltung eines Tief-und Hochpassfilters. Dabei wird eine obere und untere CutOff-<br />
Frequenz festgelegt und nur die Frequenzen zwischen diesen Grenzen durchgelassen. Die Frequenz,<br />
die genau in der Mitte des Frequenzbandes liegt heißt Mittenfrequenz.<br />
Die Steilheit der Kurve des Bandpassfilters legt die Qualität des Filters fest. Ist diese Kurve besonders<br />
steil, so erhält man einen Formant-Filter. Formant-Filter werden genutzt um Gehäuseresonanzen<br />
akustischer Instrumente zu simulieren.<br />
3.4.2.4 Bandsperre<br />
Abbildung 17: Bandsperre<br />
Die Bandsperre ist das Gegenstück zum Bandpassfilter und lässt nur Frequenzen unterhalb der<br />
unteren CutOff-Frequenz und oberhalb der oberen CutOff-Frequenz durch. Das Filter ist eigentlich<br />
eine Parallelschaltung von einem Tiefpassfilter und einem Hochpassfilter. Die Frequenzbereiche, die<br />
somit ausgeschlossen sind, werden als Sperrbereich bezeichnet.<br />
Der Einsatz dieser Bandsperren eignet sich sehr gut um unerwünschte Frequenzen herauszufiltern.<br />
Dafür benötigt man sehr schmale Sperrbereiche und steile Flanken des Filters, die in Kombination<br />
” Notch-Filter“heißen.<br />
3.4.3 Flankensteilheit<br />
Die Flankensteilheit eines Filters definiert, wie hart die Frequenzen an den CutOff-Frequenzen<br />
abgeschnitten werden. Je höher die Flankensteilheit desto stärker die Wirkung des Filters. Die<br />
Maßeinheit ist hierbei dB/Oktave (Dezibel pro Oktave). Oktave heißt hier Frequenzverdopplung.<br />
Die meisten Synthesizer unterstützen 12dB und 24 dB Filter, gelegentlich auch 6, 18 oder 48 dB<br />
20
Abbildung 18: Flankensteilheit<br />
Filter. Filter bestehen rein technisch gesehen aus einem Widerstand und einem Kondensator, die<br />
zusammen ein sogenanntes RC-Glied 7 bilden. Dieses RC-Glied ist fähig das Signal von 6 dB/Oktave<br />
zu dämpfen. Durch Hintereinanderschaltung der RC-Glieder erreicht man alle vielfachen Werte von<br />
sechs für die Flankensteilheit, d.h. 12, 18, 24, 30,... .<br />
Die Aussage, ob ein Filter mit der Flankensteilheit 24 dB besser ist als eines mit 12 dB kann nicht<br />
als Bewertung gezählt werden. Vielmehr legt der höherer Wert fest, dass der Synthesizer bezüglich<br />
der Filter mehr Möglichkeiten bietet. Verschiedene Filter mit verschiedener Flankensteilheit werden<br />
für verschiedene Zwecke verwendet. Beispielsweise bieten sich Filter der Klasse 12 dB an, wenn der<br />
Klang nach der Filterbearbeitung natürlich klingen soll. Wird ein härterer, elektronischerer Sound<br />
erwünscht, so sind die 24 dB Filter die bessere Wahl.<br />
3.5 Verstärker<br />
Der Verstärker dient zur Regelung der Lautstärke. Dabei ermittelt er die Lautstärke des vom Oszillator<br />
bzw. vom Filter kommenden Signals, d.h. die Amplitude der Frequenzen, und verändert diese<br />
je nach Einstellung der Anwenders. Der Verstärker kann auch von anderen Einheiten, z.B. Oszillatoren<br />
gesteuert werden, um z.B. Klangeffekte wie ein Tremolo im hörbaren Bereich zu erzeugen.<br />
Wieder lassen sich die Verstärker in spannungsgesteuerte (VCA) 8 und digital gesteuerte (DCA) 9<br />
Verstärker unterteilen.<br />
3.6 Hüllkurven<br />
Um die Gestaltung der Klänge weiter voranzutreiben und Klänge wirkungsvoller in Szene zu setzen<br />
entwickelte man Hüllkurven. Diese erlauben dem Anwender bestimmte Aktionen zu automatisieren<br />
7 Ein RC-Glied ist eine Schalteinheit mit einem Widerstand (R) und einem Kondensator (C). Kann als Tiefpass<br />
verwendet werden.<br />
8 Voltage Controlled Amplifier<br />
9 Digital Controlled Amplifier<br />
21
wie z.B. Hochregeln und Herunterregeln der Lautstärke zur Einblendung und Ausblendung eines<br />
Klangs. Was sonst manuell, unter Umständen in kurzer Zeit erledigt werden müsste, kann mit den<br />
Steuerungsmöglichkeiten der Hüllkurven von vornherein festzulegen.<br />
Eine Hüllkurve packt den Klang hinter eine Maske, die die Amplitude und damit die Lautstärke<br />
eines Klangs für dessen Verlauf festlegt. Die Anwendung der Hüllkurve ist jedoch nicht auf die<br />
Amplitude eines Signals beschränkt.<br />
3.6.1 ADSR Hüllkurve<br />
Abbildung 19: ADSR Huellkurve<br />
Die ADSR Hüllkurve ist die bei den analogen Synthesizern am weitesten verbreitete Hüllkurve. Ihr<br />
Name definiert ihr Programm. Der Anwender kann eine Einschwingzeit, ” Attrack“ eine Abklingzeit,<br />
” Decay“ einen Haltepegel, ” Sustain“ und eine Ausklingzeit ” Release“ festlegen.<br />
Diese Funktionalität kann aber statt über Regler steuerbar auch über eine Klaviatur gesteuert werden.<br />
Beispielsweise kann man über die Geschwindigkeit des Drückens einer Taste die Einschwingzeit<br />
festlegen, d.h. wie lange der Klang benötigt, um die maximale Lautstärke zu erreichen. Die Abklingzeit<br />
ist die Zeit, die der Klang braucht, um von der maximalen Lautstärke bis zum Sustain-Pegel<br />
abzuklingen. Der Sustain-Pegel wird gehalten, solange die Taste gedrückt bleibt. Zuletzt fällt die<br />
Lautstärke in der Zeit, die für die Release-Zeit festgelegt ist wieder auf Null. Die ADSR Hüllkurve<br />
ist relativ einfach zu verstehen und für jeden Anwender sofort nutzbar. Allerdings hat sie auch<br />
Nachteile, da der Anwender nicht alle Möglichkeiten der Gestaltung hat. Möchte er den Klang beispielsweise<br />
nach dem Sustain-Pegel nicht komplett ausklingen lassen, so hat er mit der Hüllkurve<br />
keine passende Einstellungsmöglichkeiten. [ANAKLA]<br />
22
3.6.2 Mehrstufen Hüllkurve<br />
Um die Einschränkung der ADSR Hüllkurve zu beheben und die Hüllkurven für den Anwender<br />
flexibler zu gestalten, wurden Stufen-Hüllkurven entwickelt,, die genau die fehlenden Einstellungen<br />
zulassen. So können jetzt Anfangslautstärke, Einschwingzeit, maximale Lautstärke, Ausklingzeit bis<br />
zur Sustain-Phase, minimale Lautstärke vor der Sustain-Phase, Einschwingzeit bis zum Sustain-<br />
Pegel, das heißt Decay-Zeit, Lautstärke der Sustain-Phase, Ausklingzeit der Release-Phase, Endlautstärke<br />
der Release-Phase eingestellt werden.<br />
Neben dem Lautstärkenverlauf können Hüllkurven auch den Filterverlauf steuern. Hier wird die<br />
CutOff-Frequenz modifiziert. Mit Hilfe der Filterhüllkurve kann somit die Gestaltung der Klangfarbe<br />
festgelegt werden. Des Weiteren kann die Frequenz und damit der Tonhöhenverlauf gesteuert<br />
werden.<br />
3.7 LFOs<br />
Ein LFO (Low Frequency Oscillator) ist ein normaler Oszillator, der hauptsächlich zur Erzeugung<br />
von periodischen Klangeffekten genutzt wird, da seine Frequenzen außerhalb des hörbaren Bereichs<br />
liegen. Einige Hersteller von Synthesizern bezeichnen die LFOs auch als Modulationsgenerator. In<br />
diesem Kapitel werden die Einstellungsmöglichkeiten und die Einsatzbereiche der LFOs behandelt.<br />
3.7.1 Einstellungsmöglichkeiten<br />
Der Anwender kann für den LFO Wellenform und Frequenz bestimmen. Dabei bleibt die Frequenz<br />
jedoch im nicht hörbaren Bereich zwischen 0,1 Hz bis 30 Hz. Der LFO wird hauptsächlich genutzt,<br />
um periodische Effekte wie Tremolo oder Vibrato zu erzeugen. [ANAKLA]<br />
Die LFOs können über zwei Parameter justiert werden. Ein Regler legt die Wellenform fest, die<br />
der LFO erzeugen soll, der andere steuert die Frequenz der Schwingung. Die Wellenform bestimmt<br />
den Charakter des periodischen Effekts. Beispielsweise hört sich ein Tremolo mit einer Sinuskurve<br />
runder an im Gegensatz zu einer Rechteckswelle, die ein abgehacktes Tremolo erzeugt. Allgemein<br />
verdeutlichen die Grafiken der Wellenformen sehr gut die akustische Auswirkung der LFOs, wenn<br />
man ihn auf die Lautstärke anwendet.<br />
Die Frequenz des LFOs bestimmt die Häufigkeit der Wiederholungen in einem bestimmten Zeitraum,<br />
d.h. einmal in 10 Sekunden (0,1Hz) bis dreißigmal in der Sekunde (30 Hz).<br />
3.7.2 Einsatz<br />
Um einen Eindruck zu gewinnen, welche Einstellungen des LFOs für welche Effekte notwendig sind,<br />
werden hier ein paar Möglichkeiten beschrieben, um Sounds mit dem LFO zu kreieren.<br />
Um den schon des öfteren angesprochenen Tremolo zu realisieren, benötigt man einen LFO, der<br />
mit der Wellenform Sägezahn oder Sinuswelle die Tonhöhe eines anderen Klangerzeugenden Oszillators<br />
verändert. So wird periodisch von einem tieferen Ton zu einem höheren Ton geschaltet. Die<br />
Frequenz des Tremolos wird festgelegt durch die Frequenz des LFOs.<br />
Beim Vibrato, einem dem Tremolo ähnlichen Effekt, wirkt ein Sinus- oder Sägezahnwelle erzeugender<br />
LFO auf den Verstärker. Das heißt der LFO schaltet den Klang periodisch von laut auf<br />
leise. Je höher die Frequenz des LFOs desto schneller die Abfolge der Wiederholungen.<br />
23
Eine weiteres sehr gebräuchliches Einsatzgebiet ist die Synchronisation des LFOs zum Takt eines<br />
Songs. Auch eine weitere Unterteilung des Taktes und dessen Verstimmung kann zu interessanten<br />
Effekten führen.<br />
Der Chorus, also der Klang eines mehrstimmigen Chores, wird erreicht, in dem man den LFO<br />
eine Dreieckswelle oder eine Sinuswelle erzeugen lässt und diese zur Steuerung der Pulsbreite einer<br />
Pulswelle nutzt.<br />
Den Thrillereffekt kann man ebenfalls mit Hilfe des LFOs bewirken. Dazu lässt man den LFO<br />
eine Rechteckwelle erzeugen und moduliert damit die Tonhöhe eines weiteren Oszillators.<br />
4 Klangsynthese<br />
Die Klangsynthese soll in dieser Ausarbeitung ein eigenes Kapitel erhalten, da es sich von der obigen,<br />
relativ technischen Beschreibung eines Synthesizers abgrenzt. Bei der Klangssynthese handelt<br />
es sich mehr um mathematische Verfahren, mit deren Hilfe die von Oszillatoren erzeugten Wellenformen<br />
modelliert werden können.<br />
Verschiedene Klangsyntheseverfahren wurden in unterschiedlichen Synthesizern realisiert und erlangten<br />
unterschiedlichen Anklang bei den Käufern. Einige zeichnen sich durch große Flexibilität in<br />
der Soundgestaltung aus, sind aber schwierig zu bedienen. Die Natur schafft natürliche Geräusche<br />
und Klänge. Auch die Klänge der vom Menschen konstruierten akustischen Instrumente wie z.B.<br />
die Gitarre zählen zu den natürlichen Klängen. Hier werden die Schwingungen erzeugt, indem der<br />
Gitarrenspieler eine oder mehrere Seiten zupft bzw. anschlägt. Erst der Korpus der Gitarre, der<br />
einen gewissen Resonanzkörper definiert, erzeugt den eigentlichen, für die Gitarre charakteristischen<br />
Klang, der wiederum aus dem Schallloch austritt. Für ein synthetisches Klangereignis benötigt man<br />
hingegen 1 bis n Oszillatoren, Filter und den Verstärker für die Lautstärke.<br />
4.1 Syntheseformen<br />
Für die Klangsynthese werden im folgenden Kapitel die wichtigsten und gebräuchlichsten Verfahren<br />
vorgestellt, um künstlich Klänge herzustellen und zu modellieren.<br />
4.1.1 Subtraktive Klangsynthese<br />
Die subtraktive Klangsynthese ist mit Abstand die bekannteste und meistbenutzteste Syntheseform.<br />
Sie wurde in den ersten Moog-Synthesizern ab 1964/65 sowie bis heute in computerbasierten<br />
virtuellen Synthesizern bereitgestellt. Das von der subtraktiven Klangsynthese zu verarbeitende<br />
Rohmaterial wird von den im Kapitel 3 vorgestellten Oszillatoren bereitgestellt. Hierbei gibt es<br />
ergiebigere Wellenformen wie z.B. die Sägezahnwelle und weniger ergiebige wie die Sinuswelle. Dies<br />
kann aber keine Bewertung der einzelnen Wellenformen sein, da es immer darauf ankommt, für<br />
welchen Zweck man eine bestimmte Wellenform wählt.<br />
Da man aber bei der subtraktiven Klangsynthese etwas vom Rohmaterial und damit von den von<br />
Oszillatoren erzeugten Wellenformen entfernt, sind die obertonreichen Schwingungen ergiebiger, da<br />
sich mehrere Obertonkombinationen herausfiltern lassen und damit mehrere Klangfarben erzeugen<br />
lassen. Generell wird das Subtrahieren von bestimmten Anteilen dieser Obertöne von Filtern<br />
übernommen, die die Lautstärke der Obertöne herabsetzen. Die genaue Funktionsweise von Filtern<br />
wurde bereits im Unterkapitel 3.4, ” Filter“, beschrieben.<br />
24
Da das Prinzip der subtraktiven Klangsynthese mit Analogtechnik realisiert wurde, basieren auch<br />
heute noch die Paradigmen im Aufbau und Umgang mit der subtraktiven Synthese auf den Limitierungen<br />
der analogen Welt. [ANAKLA], [AUDIOLUEN]<br />
4.1.2 Additive Klangsynthese<br />
Abbildung 20: Additive Klangsynthese<br />
Hier wird die Umkehrung des Prinzips der Fourier-Analyse angewandt. Anstatt eine komplexe<br />
Schwingung mathematisch auf einfache Sinusschwingungen zurückzuführen, werden hier durch Addition<br />
einfacher harmonischer Sinusschwingungen, deren Frequenzen in einem ganzzahligen Verhältnis<br />
zueinander stehen, komplexe Wellenformen erzeugt. Zum Beispiel kann man aus mehreren Sinusschwingungen<br />
die Rechteckswelle annähern. Die Anordnung der Frequenzen dieser einfachen<br />
Sinusschwingungen folgt normalerweise der Partialtonreihe (Obertonreihe, Naturtonreihe). Da zur<br />
Erzeugung der später zu addierenden Schwingungen jeweils ein Oszillator nötig ist und eine komplexe<br />
Wellenform viele Schwingungen benötigt, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erreichen,<br />
muss ein enormer technischer Aufwand betrieben werden, damit diese Oszillatoren mit den notwendigen<br />
Parametern versorgt werden können. Damit die erzeugten Klänge weiter modelliert und<br />
damit lebendiger gemacht werden können, existiert normalerweise zusätzlich die Möglichkeit, für<br />
die einzelnen zu addierenden Schwingungen eine Hüllkurve festzulegen. Dies erweitert den Steuerungsaufwand<br />
der additiven Synthese. Deshalb sind die meisten additiven Synthesizer bezüglich<br />
ihrer Steuerungseinheiten digitalisiert, da der Aufwand mit Analogtechnik nicht zu meistern wäre.<br />
25
Im Moment gibt es wegen der Kompliziertheit dieser Klangsyntheseform und der daraus resultierenden<br />
Komplexität der Synthesizer nur wenige erfolgreiche Produkte auf dem Markt. Dazu<br />
zählen der Kawai K5000 und sein Vorgänger, K5.FM Synthese Sampling.<br />
Theoretisch müsste sich durch Addition einzelner Sinusschwingungen jeder Klang nachbilden lassen.<br />
Tatsächlich enthält aber ein natürlicher Klang unendlich viele Partialtöne, von denen die meisten<br />
unhörbar leise sind. Die hörbaren Partialtöne haben unendlich fein abgestufte Lautstärkeschwankungen,<br />
die letztlich alle für den Gesamtklang wichtig sind. Die additive Synthese hat ihre Grenzen<br />
in den Limitierungen der Technik, da es nicht möglich ist, mit vertretbarem Aufwand genug Sinusschwingungen<br />
zu erzeugen und diese in ihrer Lautstärke völlig flexibel zu kontrollieren, um jeden<br />
natürlichen oder synthetischen Klang nachzubilden. Das Maximum an erzeugbaren Partialtönen<br />
liegt derzeit bei 512 im VirSyn Cube (2003), einem virtuellen additiven Synthesizer. Der letzte<br />
additive “Hardwaresynthesizer“ der kommerziell vertrieben wurde, war der Kawai K5000 (1996).<br />
Dieses Gerät ist auf 128 Partialtöne limitiert. [ANAKLA], [AUDIOLUEN], [RAFFAS]<br />
4.1.3 Frequenzmodulations-(FM) Synthese<br />
Abbildung 21: Frequenzmodulations-(FM) Synthese<br />
Hierbei handelt es sich um eine technisch äußerst aufwendige Syntheseform. die erst mit der Digitalisierung<br />
der Synthesizertechnik ihren Durchbruch fand. Es gibt und gab die FM-Synthese auch<br />
26
in rein analogen Geräten, dort wurde sie jedoch lediglich zur Erzeugung von Effektsounds genutzt.<br />
Erst durch die Digitalisierung der Steuerung könnte man gezielt erwünschte Klänge erzeugen.<br />
Zwischen 1967 und 1973 entwickelte Prof. Dr. John Chowning an der Stanford University diese<br />
Syntheseform. 1982 erschienen die FM-Synthesizer GS1 (ca. 30.000 DM) und GS2 (16.000 DM),<br />
die jedoch wegen ihres Verkaufspreises wenig Absatz fanden. Ab 1983 wurde der Yamaha DX7 zu<br />
einem moderaten Preis von DM 4700,- angeboten. Dieses Preisangebot führte zum kommerziellen<br />
Erfolg und zur Verbreitung dieser Synthesetechnologie. Der Yamaha DX7 ist bis heute der meistverkaufte<br />
Synthesizer der Geschichte. [ANAKLA], [AUDIOLUEN]<br />
Diese Syntheseform basiert auf der Modulation der Frequenzen einzelner Oszillatoren durch die<br />
Frequenzen anderer Oszillatoren. Dabei moduliert die Frequenz eines Oszillators (Modulator) die<br />
Frequenz eines anderen Oszillators (Carrier = Träger). Bei niedriger Frequenz des Modulators und<br />
deutlich tonal hörbarer Frequenz des Carriers entsteht ein einfaches Vibrato. Das Prinzip der FM-<br />
Synthese beruht jedoch auf dem Phänomen, dass ab einer Modulator-Frequenz von ca. 20 Hz (der<br />
Untergrenze des hörbaren Bereichs) das Ohr kein Vibrato mehr wahrnimmt, sondern einen neuen<br />
Ton.<br />
Komplexe Spektren können normalerweise nur mit mehr als zwei Oszillatoren erzeugt werden, die<br />
entweder über eine Parallelschaltung oder eine Kaskadeschaltung kombiniert werden können. Im<br />
professionellen Bereich kommen mindestens sechs Oszillatoren zum Einsatz, einfachere und kostengünstigere<br />
Geräte verfügen nur über vier Oszillatoren.<br />
Bei der Parallelschaltung werden die Signale von jeweils einem Modulator-Carrier-Paar addiert, bei<br />
der Kaskadenschaltung werden mehrere Modulator-Carrier-Paare hintereinander geschaltet. Um die<br />
Modulation noch weiter zu treiben, kann man den Ausgang eines Oszillators an einen weiteren Modulationseingang<br />
führen. Dieser Fall der Selbstmodulation wird Feedbackschleife genannt.<br />
4.1.4 Amplitudenmodulations-(AM) Synthese<br />
Im Gegensatz zur FM-Synthese, bei der die Frequenz eines Oszillators von einem anderen reguliert<br />
wird, steuert bei der Amplitudenmodulations-(AM)Synthese ein Oszillator, der Modulator, die<br />
Amplitude und damit die Lautstärke eines Anderen, dem Carrier.<br />
Liegt die Frequenz des Modulators innerhalb des hörbaren Bereichs, so entsteht auch hierbei ein<br />
komplexer, obertonreicher Klang. Die Modulatorfrequenz wird zur Grundfrequenz sowohl addiert<br />
als auch subtrahiert. Die AM-Synthese kommt derzeit in keinem kommerziell vertriebenen Synthesizer<br />
zum Einsatz, auch wenn sie sich durch gute Voraussagbarkeit während des Editierens und<br />
relativ einfach zu erreichende Dynamik der Klänge auszeichnet. [ANAKLA], [AUDIOLUEN]<br />
4.1.5 Sampling<br />
Unter dem Begriff Sampling versteht man einerseits die digitale Erfassung analoger Information,<br />
andererseits bezeichnet man damit auch eine Form der Klanggestaltung bzw. Musikgestaltung, die<br />
heutzutage weitverbreitet ist.<br />
Zunächst befasst sich dieses Kapitel jedoch mit dem Sampeln von analogen Daten zu Digitalen.<br />
Dafür wurden Analog/Digital Wandler entwickelt, die die Amplituden analoger Frequenzsignale in<br />
einem bestimmten Zeitabstand messen, auswerten und einem bestimmten Wert eines definierten<br />
digitalen Rasters zuordnen.<br />
Diese Art von Digitalisierung findet bei vielen Technologien Anwendung. Zum Beispiel werden<br />
bei digitalen Telefonanlagen die analogen Informationen, die über die Telefonleitungen übertra-<br />
27
Tabelle 1: Auflösungen & Datenmengen.<br />
44,1 kHz 22 kHz 11 kHz<br />
16 Bit 76 KByte/s 88 KByte/s 44 KByte/s<br />
12 Bit 132 KByte/s 66 KByte/s 33 KByte/s<br />
8 Bit 88 KByte/s 44 KByte/s 22 KByte/s<br />
gen werden, digitalisiert. Dieselbe Technik ermöglicht es auch, analoge Telefone weiterzubenutzen,<br />
obwohl man z.B. eine ISDN Telefonanlage besitzt.<br />
4.1.5.1 AD/DA Wandler<br />
Analoge Audiosignale sind zeit- und wertkontinuierliche Signale. Bei der Digitalisierung (=Ab-<br />
Abbildung 22: AD/DA Wandler<br />
tastung) werden diese in ein zeit- und wertdiskretes<br />
Digitalsignal umgesetzt. Hierzu wird die Amplitude des Signals in regelmäßigen Abständen abgetastet<br />
und den einzelnen Stichproben (=Samples) Werte aus einer begrenzten Wertemenge zugeordnet<br />
(Quantisierung).<br />
Die Abtastfrequenz (=Abtastrate, Sampling-Frequenz, Sample Rate) bestimmt, wie oft das Signal<br />
pro Sekunde abgetastet wird. Die Auflösung legt die Wertemenge und die Qualität der Aufnahme<br />
fest.<br />
Für die verschiedenen Auflösungen ergeben sich folgende Datenmengen. Pro Minute werden bei<br />
unkomprimierten Daten (Stereo, 44,1 kHz, 16 bit) ca. 10 MByte Speicherplatz benötigt. Dies entspricht<br />
der CD-Qualität. Bei stark komprimierten Daten (Real Audio, MPEG-1/Layer 3) werden<br />
hingegen nur ca. 1 MByte Speicherplatz beansprucht. Die Qualität lässt natürlich mit zunehmender<br />
Komprimierung ab. Dieser Fortschritt des Qualitätsverlustes ist jedoch, je nach Komprimierungsformat<br />
und der dazugehörigen Komprimierungstechnik, unterschiedlich.<br />
Allgemein kann man behaupten, dass es nie möglich sein wird, einen natürlichen Klang exakt<br />
zu digitalisieren, da die Natur mit unendlich vielen analogen Werten arbeitet, während das digitale<br />
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Raster immer begrenzt ist.<br />
Misst der A/D Wandler einen Wert, der im digitalen Raster nicht definiert ist, so wird dem gemessenen<br />
Wert der nächstnähere Wert, der im Raster existiert, zugewiesen. Je mehr Werte das Raster<br />
zur Verfügung stellt, desto besser ist die Aufnahme. Werden allerdings Werte im Grenzbereich<br />
gemessen und liegen diese für eine gewisse Zeit weit über dem maximalen Wert, so kann nicht automatisch<br />
ausgesteuert werden. Vielmehr wird oben oder unten abgeschnitten und die übersteuerten<br />
Werte werden nicht berücksichtigt.<br />
Nach der Aufnahme kann diese Überschreitung des Grenzbereichs nicht mehr ausgeglichen, d.h.<br />
ausgesteuert werden, da die Werte verloren gegangen sind. Deshalb sollte man beispielsweise bei<br />
der Aufnahme einer LP mit einem Recorder über den Rechner immer vorher möglichst gut per<br />
Hand aussteuern, da bei einer Übersteuerung der Aufnahme die digitale Kopie meist unbrauchbar<br />
ist.<br />
Ein weiteres Problem der Digitalisierung von analogen Signalen ist der Aliasingeffekt. Wenn das<br />
abgetastete Signal Frequenzen enthält, die über der halben Abtastfrequenz liegen, werden bei der<br />
A/D Umwandlung Werte in das Raster eingetragen (Aliasfrequenzen, Spiegelfrequenzen), die im<br />
Originalsignal gar nicht enthalten waren. Um diesem als Aliasing bezeichneten Phänomen entgegenzuwirken,<br />
wird das Originalsignal vor der Abtastung durch einen Tiefpassfilter in seiner Bandbreite<br />
begrenzt. Die Grenzfrequenz des Filters muss aufgrund begrenzter Flankensteilheit einen bestimmten<br />
Betrag unter der halben Abtastfrequenz liegen.<br />
Ein weiterer Effekt des numerischen Problems der begrenzten Zielmenge bei der A/D Umwandlung<br />
ist das Quantisierungsrauschen. Da diese Rundungsfehler im Zeitverlauf statistisch verteilt<br />
auftreten, machen sie sich als Rauschen bemerkbar.<br />
4.1.5.2 Sampling bei der Musikkomposition<br />
Eine Sampler ist ein Musikinstrument, mit dem man unter geringem Rechenaufwand kurze Musiksequenzen,<br />
Samples, abrufen, aneinander setzen und loopen kann. Oft ist auch eine Bearbeitung<br />
der Klangfarbe und des Klangverlaufs der Samples durch spezielle Tools möglich. Unter geringem<br />
Aufwand kann man kurze analoge Musiksequenzen aufnehmen, speichern und beliebig mit weiteren<br />
Musiksequenzen kombinieren, um so die eigene Musik zu kreieren.<br />
Seit Ende der Siebziger Jahre wird in der Musikbranche gesammelt. Oft werden Naturklänge in<br />
einem Lied mitverarbeitet, z.B. kurze von einer Person gesprochene Sequenzen oder Geräusche<br />
des Stadtverkehrs. Gerade die Musikrichtung HipHop arbeitet viel mit Samples aus alten Songs<br />
der Musikrichtungen Jazz, Soul oder Funk. Zum Beispiel benutzte die HipHop Band ” Tribe Called<br />
Quest“ für den Song ” Bonita Appelbum“ der Anfang der Neunziger Jahre in den Charts war, einen<br />
kurzen Abschnitt der Baseline des Stückes ” Daylight“ von Tramp aus den Siebzigern. Hört man<br />
das Original und den Song von Tribe Called Quest, so erkennt man deutlich das Sample.<br />
Beinahe jeder Dialog des HipHop und Graffiti- Films ” Wild Style“ wurde von etlichen HipHop-<br />
Bands, an deren Spitze sicherlich die ” Beastie Boys“ zu platzieren sind, mit in ihre Lieder aufgenommen.<br />
Auch in der Musikrichtung House wurden etliche Samples aus alten Discotracks sowie Salsa-Liedern<br />
wiederverarbeitet. Dadurch entstanden neue Musikrichtungen wie Latin House oder Disco House.<br />
Auch die Musikrichtung BigBeat arbeitet viel mit Samples aus<br />
alten Funkliedern und unterlegt diese mit fetten Bass- und Drumlines. Zuweilen werden ganze Lieder<br />
neu aufgelegt, d.h. digitalisiert, der Klang bestimmter Sequenzen hervorgehoben und mit einer<br />
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markanten Baseline und Drumsequenz dem aktuellen Musiktrend angepasst. So wurde beispielsweise<br />
aus dem Funktrack von War Galaxy“ aus dem gleichnamigen Album der New School Track<br />
”<br />
” Galaxy“ von den Plump Djs.<br />
In den letzten Jahren wurde das remixen und sampeln von brasilianischer Musik wie Samba und<br />
Bossa Nova populär. Gerade die Drum&Bass Szene entdeckte den Samba, dessen Rhythmus eine<br />
ähnliche Geschwindigkeit aufweist wie Drum&Bass. Ein größerer Hit wurde beispielsweise Sam-<br />
”<br />
bassim“ von Dj Partife. Mit der Zeit entstand eine eigene Musikrichtung, Brasilectro, die in Europa<br />
großen kommerziellen Erfolg erfuhr.<br />
Eine Liste von Liedern, die besonders auffällig Samples verwenden, wurde am Schluss dieses Kapitels<br />
angelegt. Oft wird jedoch auch weniger auffällig gesampelt und z.B. nur einfache Drumschläge<br />
nach Geschmack des Musikers kombiniert und so eine neue Drumsequenz kreiert.<br />
Digitale Sampler kamen ab ca. 1979 mit den Geräten CMI Fairlight und NED Synclavier auf<br />
den Markt. Diese Instrumente erlaubten es dem Musiker, in einer einheitlichen Umgebung zu komponieren<br />
und zu arrangieren. Für diese Sampler waren bereits diverse <strong>Klangerzeugung</strong>sverfahren,<br />
u.a. auch digitales Sampling realisiert. [AUDIOLUEN]<br />
Abbildung 23: CMI Fairlight (1979)<br />
Ein hochentwickelter Sampler, dessen Nachfolger heutzutage gerne zur Komposition von Drum&Basstracks<br />
verwendet wird, wurde von AKAI konstruiert.<br />
Der augenblickliche Nachfolger dieses AKAIs ist der AKAI MPC 4000. Er zeichnet sich aus durch<br />
exzellente Zusammenarbeit von Sampling und Sequencing, besitzt eine große Auswahl an Filtern,<br />
einen großen internen Speicher und eine Vielzahl von Anschlussmöglichkeiten zu anderen Geräten.<br />
Er beinhaltet außer der Sampling-Technik auch alle Komponenten eines Synthesizers, d.h. LFOs,<br />
Oszillatoren, Hüllkurven usw.. Durch das Handling von Samples über die 16 Pats wird der Vorgang<br />
des Komponierens erleichtert. Die Möglichkeit einen Rechner an den AKAI anzuschließen, um dort<br />
die Samples mit geeigneter visualisierender Software zu bearbeiten, vereinfacht das Arbeiten mit<br />
Samples zusätzlich. [JOSCH]<br />
Wie nahezu alles Studioequipment sind auch Sampler heutzutage in Computer-Produktionsumgebungen<br />
als reine Software-Lösung implementiert. Derartige Software-Sampler beherrschen alle Funktionen<br />
30
Abbildung 24: AKAI MPC 4000<br />
Abbildung 25: Software-Sampler Steinberg Cubase SX (2003)0<br />
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früherer Hardware-Sampler, erlauben aber ein wesentlich flexibleres Dateimanagement als diese<br />
(z.B. Native Instruments Kontakt, Steinberg Halion). [AUDIOLUEN]<br />
4.1.5.3 Beispiele für Sammpling<br />
Folgende Lieder beweisen eindrucksvoll den weitverbreiteten Einsatz von Sampling in der Musikindustrie:<br />
Rick James (Super Freak) :: MC Hammer (Can‘t touch this)<br />
Tramp (Daylight) :: Tribe Called Quest (Bonita Apple bum)<br />
War (Galaxy) :: Plump Djs Galaxy<br />
Lee Perry (Chase the Devil) :: Prodigy (Out Of Space)<br />
Shuggy Otis (Aht Uh Mi Hed ) :: Absolute Beginner (Liebeslied)<br />
Jean Jaque Perry (E.V.A) :: Gangstarr (Just to Get a Rep)<br />
4.2 Bands, die elektronischen Musik populär machten<br />
In diesem Abschnitt möchte ich zwei Musikbands vorstellen, die ich auch selbst gerne höre. Das<br />
sind zum Einen die ” Sugarhill Gang“ die Mitbegründer der HipHop-Musik und HipHop-Kultur<br />
und zum Anderen die deutsche Combo, Kraftwerk, die schon seit 1970 experimentellen Sounds produziert<br />
und erfolgreich verkauft. Es gibt sicher noch weitere wichtige Vertreter der elektronischen<br />
Musik, die mit Kreativität und Innovation die Entwicklung der Musik vorangetrieben haben. Ein<br />
allumfassender Überblick würde jedoch den Rahmen sprengen und ist auch nicht Thema dieser<br />
Ausarbeitung.<br />
Die Mitglieder der Sugarhill Gang sind Wonder Mike (Mike Wright), Big Bank Hank (Henry<br />
Jackson), Master Gee (Guy O’Brien) und Kory O. IM Jahr 1979 erlange die Gruppe enormen<br />
kommerziellen Erfolg mit ihrer Single Rappers Delight“ das hauptsächlich auf Elemente des Chic-<br />
”<br />
Songs Good Times“ basierte. Ein weiteren Beitrag zur Entwicklung der elektronischen Musik mit<br />
”<br />
” The Message“ das 8th Wonder“ und diversen anderen Musikstücken. Sugarhill Gang existiert<br />
”<br />
heute nur noch als Label für Musik aus der Hip Hop und R&B Szene.<br />
Kraftwerk ist einer der wichtigsten der Vorreiter der elektronischen Musik und wurde von den<br />
technikbegeisterten Musikern, Ralf Hütter und Florian Schneider-Eslebende gegründet. Zu den<br />
Beiden gesellten sich Karl Bartos und Wofgang Flür. Ihr erstes Album veröffentlichte die Band<br />
1970. Es folgte 1974 der Hit ” Autobahn“ der ihnen auch in den USA enormen Erfolg einbrachte.<br />
Im Jahr 2000 lieferte die Band den Jingle für die Weltausstellung ” EXPO 2000“ in Deutschland.<br />
Ihren letzten großen Auftritt hatten sie im Dezember bei den MTV Awards 2003.<br />
5 Schlusswort<br />
Der Leser der Ausarbeitung sollte nun einen Überblick über die Funktionsweise und die Komponenten<br />
eines Synthesizers erhalten und damit das Prinzip und die Möglichkeiten der künstlichen<br />
<strong>Klangerzeugung</strong> erkannt haben. Die grundsätzlichen technischen Komponenten der <strong>Klangerzeugung</strong><br />
sind bereits größtenteils erforscht und entwickelt. Die Hauptaufgabe dieses Forschungsbereichs wird<br />
in Zukunft, die Optimierung der Klangqualität der analogen Geräte auch bei den digitalen Geräten<br />
zu erreichen und dadurch die Gebrauchstauglichkeit der Synthesizer zu verbessern. Insbesondere die<br />
Entwicklung von Software, die die Schaffungsmöglichkeiten eines analogen Synthesizers simuliert<br />
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sowie die Sampling-Technologie in ihrer Gebrauchstauglichkeit optimiert, wird die Motivation für<br />
weitere innovative Ideen sein.<br />
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Literatur<br />
[SONICTHRILL] http://home.snafu.de/sicpaul<br />
[WIKIPED00] http://de.wikipedia.org/wiki/Dynamophon<br />
[UNIOSNA00] http://bird.musik.uni-osnabrueck.de<br />
[ANAKLA] Schmitz, R: Analoge Klangsynthese; WIZOO, Köln; 1998<br />
[UNIOSNA01] http://bird.musik.uni-osnabrueck.de/virtsem2002/theremin<br />
[THERMIN] http://www.thereminworld.com/<br />
[TRAUT00] http://www.obsolete.com<br />
[RAFFAS] http://www.raffaseder.com/sounddesign/klangsynthese/additiv.htm<br />
[AUDIOLUEN] http://audio.uni-lueneburg.de/seminare/ws03/digprod/<br />
[JOSCH] Interview mit meinem Bekannten Jochen Schlund, der sich privat viel mit<br />
Synthesizer und Sampler beschäftigt.<br />
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