Synthesizer verstehen und Klänge formen

Ein Synthesizer formt Klänge mit elektronischen Bausteinen. Eine Art, das zu tun, heißt subtraktive Synthese. „Subtrahieren“ bedeutet „abziehen“: Man beginnt mit einem Klang, in dem viel steckt, und nimmt dann Teile davon weg oder macht sie leiser. Den Weg, den der Klang dabei als elektrisches Signal durch das Gerät nimmt, nennt man Signalweg.

Am Anfang steht der Oszillator. Ein Oszillator ist ein Baustein, der schwingt und so einen Ton erzeugt. Wie oft er in einer Sekunde schwingt, nennt man Frequenz: Schnelle Schwingungen hörst du als hohen Ton, langsame als tiefen. Der Oszillator liefert das Rohmaterial, also den noch ungeformten Klang. Statt eines Oszillators können auch ein Rauschgenerator, der ein Rauschen erzeugt, oder eine Aufnahme dieses Rohmaterial liefern.

Bei analogen Synthesizern, die mit elektrischen Spannungen arbeiten, ist der VCO der wichtigste Baustein. VCO ist die Abkürzung für „Voltage Controlled Oscillator“, auf Deutsch spannungsgesteuerter Oszillator. Eine elektrische Steuerspannung stellt seine Frequenz und damit die Tonhöhe ein. Digitale Synthesizer, die mit Zahlen arbeiten, nutzen einen DCO („Digitally Controlled Oscillator“). Bei ihm bestimmt ein Zahlenwert die Frequenz. Diesen Wert gibt ein Mikroprozessor vor, also ein kleiner Rechenchip. Nutzt man mehrere Oszillatoren gleichzeitig und stimmt sie ein kleines bisschen unterschiedlich hoch, klingt der Ton voller.

Danach kommt der Filter. Viele Klänge bestehen nicht nur aus einem Ton: Neben dem Grundton, den du als Tonhöhe hörst, schwingen höhere Töne mit, die Obertöne. Sie bestimmen mit, wie ein Ton klingt, also seine Klangfarbe, zum Beispiel hell, dunkel oder näselnd. Der Filter schwächt unerwünschte Anteile des Klangs ab oder filtert sie heraus. Viele Synthesizer haben nur einen Tiefpassfilter. Er lässt tiefe Frequenzen durch. Frequenzen oberhalb der Eckfrequenz (englisch „cutoff frequency“) entfernt er nicht ganz. Er dämpft sie, macht sie also leiser, und zwar umso stärker, je weiter sie über der Eckfrequenz liegen.

Nach dem Filter wird das Signal in den Verstärker geschickt, den VCA („Voltage Controlled Amplifier“, spannungsgesteuerter Verstärker). Er regelt die Lautstärke. Hätte man nur Oszillator, Filter und Verstärker, entstünde ein stehender Ton, der vom Anfang bis zum Ende gleich klingt. Deshalb steuert eine Hüllkurve den Verstärker: Sie legt fest, wie sich die Lautstärke mit der Zeit ändert. Mehr dazu erfährst du im nächsten Abschnitt.

Der Oszillator kann verschiedene Schwingungsformen erzeugen. Ihre Namen kommen von der Form, die die Schwingung hat, wenn man sie aufzeichnet. Die meisten Oszillatoren bieten diese an: Der Sägezahn klingt brillant, also sehr hell und glänzend, und enthält alle natürlich vorkommenden Obertöne. Das Rechteck klingt ähnlich wie eine Klarinette bis nasal, also so, als spräche jemand durch die Nase. Es enthält nur die ungeradzahligen Obertöne, also nur einen Teil von ihnen. Das Dreieck klingt hohl und enthält fast nur die ersten fünf Obertöne. Der Sinus klingt rund und besteht nur aus dem Grundton, ohne Obertöne. Der Klang einer Stimmgabel, einer kleinen Metallgabel zum Stimmen, kommt ihm recht nahe.

Am Filter drehst du vor allem an der Eckfrequenz. Senkst du sie bei einem Tiefpass, werden mehr hohe Anteile gedämpft: Der Klang wird dunkler und dumpfer. Hebst du sie an, bleiben mehr helle Obertöne hörbar. Die meisten Filter haben außerdem einen Regler für die Resonanz. Sie hebt die Frequenzen im Bereich der Eckfrequenz an. Dadurch klingt der Ton dünner und näselnder. Die Eckfrequenz lässt sich bei den meisten Synthesizern von Hand verstellen oder automatisch bewegen, zum Beispiel durch eine Hüllkurve oder einen LFO.

Eine Hüllkurve legt fest, wie sich ein Wert vom Drücken der Taste bis zum Verklingen verändert, zum Beispiel die Lautstärke am Verstärker oder die Eckfrequenz am Filter. Am weitesten verbreitet ist die ADSR-Hüllkurve mit vier Phasen. Die Buchstaben stehen für englische Wörter: Attack (Anstieg), Decay (Abfall), Sustain (Halten) und Release (Freigeben). Attack, Decay und Release sind Zeitdauern. Sustain ist eine Lautstärke, die Haltlautstärke. Es gibt auch Hüllkurven mit bis zu acht Phasen.

So hörst du die Phasen: Attack ist die Zeit, bis der Ton nach dem Drücken am lautesten ist. Ein kurzer Attack lässt ihn sofort einsetzen, ein langer lässt ihn langsam anschwellen. Decay ist die Zeit, in der er danach auf die Haltlautstärke absinkt. Sustain ist die Lautstärke, die bleibt, solange du die Taste hältst. Release ist die Zeit, in der der Ton nach dem Loslassen ausklingt: Ein kurzer Release macht ihn schnell still, ein langer lässt ihn lange nachklingen.

Ein LFO („Low Frequency Oscillator“, Oszillator mit niedriger Frequenz) schwingt langsamer als der Oszillator, der den Ton erzeugt. Er verändert Eigenschaften des Klangs automatisch und in regelmäßigem Wechsel. Was du hörst, hängt davon ab, was er steuert. Steuert er die Frequenz des VCO, schwankt die Tonhöhe: Es entstehen ein Vibrato, also ein leichtes Beben der Tonhöhe, oder sirenenartige Klänge. Steuert er mit einer Sinus- oder Dreieckschwingung den Verstärker, schwankt die Lautstärke: Das ist ein Tremolo. Eine Rechteckschwingung des LFO am Verstärker lässt den Ton ständig neu erklingen. Das nennt man Mandolineneffekt (eine Mandoline ist ein Zupfinstrument). Bewegt der LFO die Eckfrequenz des Filters, wird der Klang regelmäßig heller und dunkler.

Beim Planen gehst du vom Ziel aus. Beschreibe zuerst in Worten, was du hören willst: Soll der Klang hell oder dunkel sein? Soll er sofort da sein oder langsam anschwellen? Soll er nach dem Loslassen schnell verstummen oder nachklingen? Soll er sich bewegen, etwa in der Tonhöhe oder in der Lautstärke?

Dann gehst du den Signalweg durch und begründest jede Einstellung mit ihrer hörbaren Wirkung. Bei der Schwingungsform helfen Hinweise: Ein Sägezahn eignet sich gut, um Streichinstrumente wie die Geige nachzuahmen. Ein Rechteck eignet sich gut für Holzblasinstrumente wie die Klarinette. Ein Dreieck eignet sich gut, um flächige Klänge anzudicken, also voller zu machen. Willst du den Klang mit dem Filter formen, brauchst du Obertöne: Ein reiner Sinus hat keine, deshalb kann ein Filter seine Klangfarbe nicht verändern.

Danach wählst du die Eckfrequenz: tiefer für einen dunkleren, höher für einen helleren Klang. Mit der Hüllkurve planst du Anfang und Ende des Tons: Attack für den Einsatz, Sustain für die Lautstärke beim Halten, Release für das Ausklingen. Ein LFO kommt dazu, wenn sich der Klang regelmäßig bewegen soll. Überlege dabei genau, was er steuern soll: die Tonhöhe, die Lautstärke oder den Filter.

Ein Flächenklang (englisch „Pad“) ist ein lang gehaltener, weicher Klang, der wie ein Teppich unter der Musik liegt. Bei solchen Klängen hört man die subtraktive Klangformung besonders gut, wenn die Eckfrequenz während eines gehaltenen Tons durch den Klang wandert. Steuern kann das zum Beispiel eine Hüllkurve oder ein LFO.