Allgemeiner Aufbau eines subtraktiven Synthesizers

Der optische und technische Aufbau eines subtraktiven Synthesizers kann je nach
Hersteller unterschiedlich ausfallen. Manche Hersteller verwenden nicht die
gebräuchlichen Begriffe für die Bauteile oder deren Parameter. Trotzdem sind die
Grundbestandteile des Synthesizers und die Funktionsweise im Prinzip immer
gleich.
Oszillator
Der Begriff Oszillator, kommt ursprünglich aus der Elektrotechnik. Er benötigt kein
Eingangssignal, sondern er erzeugt kontinuierlich eine elektrische Schwingung.
Der Oszillator wird in der Musik auch als Wellenformerzeuger bezeichnet. Im
Prinzip macht er auch genau das. Der Oszillator erzeugt eine Wellenform in Form
von Spannung.
Der Oszillator in einem Synthesizer, ein VCO (engl. „Voltage Controlled Oscillator),
im digitalen auch DCO (engl. Digital Controlled Oscillator) genannt, ist ein
spannungsgesteuerter Oszillator. Hier bezieht sich der Begriff
„spannungsgesteuert“ auf die Frequenz der ausgegebenen Wellenform.
Die ausgegebene Wellenform eines VCOs ändert sich in Abhängigkeit einer am
VCO anliegenden Eingangsspannung. Der Oszillator hat empfängt diese
Eingangsspannung über den „CV“-Input (engl. „Control Voltage“). Er wird auch als
Keyboardspannungseingang bezeichnet.

In den späten 60er Jahren setzte sich die von Robert Moog entwickelte
exponentielle Ansteuerung der Oszillatoren als Marktsstandart durch. Bei diesem
Schaltungsdesign entsprach eine Erhöhung der Eingangsspannung um 1 Volt
einer Verdopplung der Ausgangsfrequenz, also eine Erhöhung um 1 Oktave.
Deshalb ist die Einheit dieser Ansteuerung auch V/Okt., sprich Volt pro Oktave.
Diese Ansteuerung trifft auf den Minimoog zu. Der Minimoog konnte über die
eingebaute Tastatur angesteuert werden, sowie auch über eine extern anliegende
Steuerspannung mit einem Volt pro Oktave.
Andere Firmen, wie Korg oder Yamaha versahen einige Geräte wie z.B. den Korg
MS-20 mit einer linearen Ansteuerung. Bei linearer Ansteuerung spricht man von
der Einheit Hz/V.
Ein Nachteil aus musikalischer Sicht ist, besitzt man Geräte mit unterschiedlicher
Ansteuerung, dann kann man diese nur über sogenannte Spannungskonverter
verbinden.
Wellenformen
Im Musikbereich werden die VCOs so gebaut, dass sie verschiedene
Wellenformen ausgeben können. Bei analogen Synthesizern bieten die
Oszillatoren mindestens zwei, oft auch fünf Kurvenformen an.
Der Hauptunterschied zwischen den Wellenformen liegt in erster Linie im
Obertongehalt.
Im Folgenden nenne ich die häufigsten Kurvenformen analoger Oszillatoren.
Sägezahn, Saw, Sawtooth
Die Sägezahnschwingung wird in der Elektrotechnik auch als Kippschwingung
bezeichnet. Bei der Sägezahnschwingung dauert der Vorgang des Aufladens
etwas länger. Das Entladen geschieht rasch und passiert dann, wenn ein
bestimmter Schwellwert erreicht wird.
Die Bezeichnung Sägezahn wurde abgeleitet von dem Aussehen dieser
Schwingung im Oszilloskop, es gleicht einem Sägezahn. Das Signal ist allgemein
langsam aufsteigend und dann schnell abfallend.
Der Sägezahn selbst klingt sehr grell. Das liegt an dem reichen Gehalt der
Obertöne. Die Sägezahnwelle enthält alle harmonischen Obertöne. In der Rohform
erinnert der Klang des Sägezahns ungefähr an eine trockene E-Gitarre. Durch das
Filtern des Sägezahnsignals mit einer entsprechenden Resonanz können
unterschiedliche Obertöne betont werden. Dies ist wichtig für das Erstellen von
Orgel-, Trompeten- oder Flöten- und Streicher- sowie Padsounds.
Rechteck, Pulse
Neben dem Sägezahn ist die Rechteckschwingung die bedeutendste Kurvenform.
Sie wird auch Pulswelle genannt.
Gewonnen wird das Rechteck aus der Sägezahnkurvenform. Immer wenn die
Sägezahnwelle einen bestimmten Schwellwert überschreitet, wird eine Spannung
gesendet. Wenn die Sägezahnwelle diesen Schwellwert wieder unterschreitet,
dann wird die Spannung abgeschaltet. Man spricht von einem symmetrischen
Rechteck, wenn die An- und Aus-Phase der Spannung gleich lange andauert. Sind
die Phasen nicht gleich lang, dann spricht man von einem unsymmetrischen
Rechteck bzw. unterschiedlicher Pulsweite oder unterschiedlicher Pulsbreite. Die
Pulsbreite wird in Prozent angegeben. Bei Phasengleichheit beträgt die Pulsbreite
50%. Bewegt man sie in Richtung 100% oder 0%, dann ändert sich die Pulsbreite.
Die Phase wird immer kürzer bis sie schließlich nur noch nadelförmig im
Oszilloskop erscheint und schließlich ganz verschwindet, wenn man die maximale
Pulsbreite eingestellt hat. Von einer symmetrischen Rechteckschwingung
ausgegangen ist es dem menschliche Ohr egal ob sich die Pulsbreite gegen 100%
oder 0% bewegt, denn das menschliche Ohr kann den positiven und negativen
Wert nicht unterscheiden. Ob eine Pulsbreite 30% oder 70% Prozent hat, macht für
das menschliche Ohr also keinen Unterschied.
Die Rechteckwellenform enthält nur ungeradzahlige Obertöne.
Klanglich erinnert die Rechteckschwingung etwas an eine Klarinette. Sie vermittelt
einen etwas nasalen Klangeindruck. Dies eignet sich gut für Klänge ähnlich einer
Flöte.
Dreieck, Triangle
Die Dreieckskurvenform entsteht durch einen geteilten Sägezahn. Die Teilung
erfolgt am Nulldurchgang der Schwingung. Ein Teil der beiden wird invertiert und
dann dem anderen Teil hinzugemischt. Das Resultat ist eine Schwingung in
Dreiecksform.
Die Dreieckschwingung ist eine recht obertonarme Wellenform. Sie enthält wie die
Rechteck-Schwingung nur ungeradzahlige Obertöne, jedoch hat diese Wellenform
im Gegensatz zur Rechteck-Schwingung einen starken Höhen-Abfall. Daher klingt
die Dreieck-Wellenform auch dumpfer als die Rechteck-Wellenform oder
Sägezahn-Wellenform.
Diese Wellenform eignet sich gut zum Addieren von Bassanteilen oder zum
Erstellen von weichen Sounds.

Sinus, Sine
Der Sinus ist ein reiner Ton ohne Obertöne. Da dieser keine Obertöne besitzt,
kann das Klangbild des Sinus durch filtern auch nicht verändert werden.
Klanglich macht der Sinus einen sehr dumpfen Eindruck, da er wie gesagt nur aus
einem Grundton besteht. In der Natur kommt ein Sinuston nicht vor. Der Klang
einer Stimmgabel ähnelt in etwa dem Ton des Sinus. Da ein reiner Sinus keine
Obertöne enthält, kann durch Filtern das Klangbild nicht verändert werden.
Aufgrund der fehlenden Obertöne eignet sich der Sinus gut zum unterstreichen von
Bässen oder Bassdrums.
Spaced Saw, Peak
Um eine Spaced Saw zu erzeugen wird die untere Hälfte des Sägezahns weg
gelassen. Somit klingt die Spaced Saw etwas spitzer als der ganze Sägezahn. Die Spaced
Saw wird auch „Peak“ genannt. Die Spaced Saw kann für Leadsounds und Bässe sehr gut
eingesetzt werden.
Moog Saw, Saw Triangular
Die Moog Saw wird auch als „Saw Triangular“ bezeichnet. Die Oszillatoren im
Minimoog bieten eine Kurvenform, die aus der Addition von Dreieck und Sägezahn
entsteht. Klanglich vermittelt die Moog Saw daher einen Eindruck der zwischen der
Sägezahn- und dem Dreieckwellenform liegt.
In Kombination mit anderen Wellenformen lassen sich hier auch sehr schöne
Leadsounds realisieren.
Sonstige Wellenformen
Digitale Oszillatoren können theoretisch noch mehr Wellenformen ausgeben, da
die Erzeugung der Wellenform nicht durch analoge Bauteile erfolgt, sondern durch
digitale Programmzyklen. Manche Oszillatoren bieten bis zu 32 Wellenformen an,
diese hier alle zu nennen, würde den Rahmen sprengen. Hat man so viele
Wellenformen zur Auswahl, und stellt sich nun die Frage welche Wellenform für
welchen Klang, dann ist es sehr hilfreich die Wellenformen Sägezahn, Rechteck,
Dreieck und Sinus zu kennen. Diese vier Wellenformen sind eine gute Basis für die
Orientierung in der subtraktiven Synthese.