Dieser Artikel behandelt das Musikinstrument, zu rein elektronischen Anwendungen siehe bei
Frequenzsynthese
.
Synthesizer (1965),
Technisches Museum Wien
Der 1983 erschienene
Yamaha DX7
pragte durch seine große Verbreitung den Sound der Popmusik der 1980er Jahre mit
Ein
Synthesizer
(
[?z?nt?sa?iz?]
;
englische
Aussprache
[?s?nθ?sa?z?]
[1]
) ist seit dem Ende der 1960er Jahre ein zu den
Elektrophonen
gezahltes Musikinstrument, welches auf elektronischem Wege per
Klangsynthese
Tone erzeugt. Er ist eines der zentralen Werkzeuge in der Produktion
elektronischer Musik
. Man unterscheidet
analoge
und
digitale
Synthesizer. Ebenso wie in vielen Bereichen der Technik haben digitale Gerate die reine Analogtechnik teilweise verdrangt. Analoge Gerate werden jedoch wegen ihrer charakteristischen Eigenschaften immer noch eingesetzt. Viele altere Gerate haben teilweise Kultstatus unter Musikern erreicht. Der charakteristische Klang bestimmter verbreiteter Gerate und die kreative Nutzung von deren Eigenarten hat vielfach die Entwicklung ganzer Musikrichtungen beeinflusst, etwa bei
Acid House
,
Techno
und
Retrowave
. Bei letzterem stellt der Synthesizer das zentrale Instrument dar.
Elektrische Orgeln basieren auf dem Prinzip der additiven Synthese, bei der mehrere
Schwingungen
zusammengemischt werden. In der
Hammond-Orgel
von 1935 wurden
Sinusschwingungen
uber wellengetriebene Zahnrader erzeugt, welche in Tonabnehmern elektrische Schwingungen induzierten; fur jede harmonische Schwingung gab es jeweils ein Rad. In spateren Geraten wurden die Schwingungen durch elektronische Schaltungen erzeugt. Die von elektronischen Orgeln erzeugten Klange waren weit weniger modulierbar als die der heutigen Synthesizer, hatten aber den Vorteil,
polyphon
spielbar zu sein.
Das ebenfalls von der Firma Hammond entwickelte und zwischen 1939 und 1942 in 1069 Exemplaren gebaute
Novachord
kann als erster echter polyphoner Synthesizer mit Hullkurvengenerator und Filtern gelten. Er funktionierte mit Rohren. Mangels kommerziellen Erfolges wurde die Produktion allerdings nach Ende des Zweiten Weltkrieges nicht wieder aufgenommen.
Hugh Le Caine, John Hanert,
Raymond Scott
,
Percy Grainger
(mit Burnett Cross) und andere bauten in den spaten 1940er und 1950er Jahren verschiedene elektronische Musikinstrumente. Besonders erwahnenswert sind die Orchestermaschine sowie der Klangeffektgenerator Karloff von Raymond Scott.
[2]
1950 produzierte
RCA
experimentelle Gerate zum Erzeugen von Sprache und Musik. Im New Yorker Versuchslabor der
Radio Corporation of America
konstruierten die Ingenieure
Harry Ferdinand Olson
und
Herbert Belar
ein lochstreifengesteuertes Gerat, den
RCA
-Synthesizer Mark I. Hier wurden Tone durch Stimmgabeloszillatoren erzeugt; die sinusformigen Schwingungen wurden elektromagnetisch abgenommen und in obertonreiche Sagezahnschwingungen umgewandelt. Vor allem der Komponist
Milton Babbitt
beschaftigte sich mit dieser Apparatur und war auch ein Berater fur das Nachfolgemodell
Mark II
, welches im
Columbia-Princeton Electronic Music Center
gefertigt wurde. Dieser
Mark II von
1958 konnte aber ein Musikstuck erst nach vorheriger Programmierung mit einem
Notenrollensystem
wiedergeben und musste fur das nachste neu programmiert werden. Gesteuert wurde er uber
Lochstreifen
. 1958 entwickelte
Daphne Oram
beim
BBC Radiophonic Workshop
einen neuartigen Synthesizer, der die sogenannte ?Oramics“-Technik verwendete.
[3]
Gesteuert wurde der Synthesizer uber 35-mm-Film. Er wurde einige Jahre bei der
BBC
verwendet.
Ab den 1960er Jahren war die Entwicklung der
Elektronik
soweit vorangeschritten, dass Klange und Tone in
Echtzeit
erzeugt werden konnten, doch waren diese Gerate aufgrund ihrer Große auf den Studiobetrieb beschrankt. Diese Gerate waren meistens modular aufgebaut, und die einzelnen Komponenten konnten manuell miteinander verkabelt werden. Viele dieser ersten Gerate waren experimentelle Einzelstucke.
Donald Buchla
, Hugh Le Caine, Raymond Scott und Paul Ketoff waren die Pioniere in den 1960er Jahren, wobei nur Buchla ein kommerzielles Gerat anbot.
Analoge modulare Synthesizer von Moog und ARP (hinten)
Den ersten spiel- und konfigurierbaren Synthesizer prasentierte
Robert Moog
1964 auf der ?
Audio Engineering Society
convention“. Bereits wahrend der Entwicklung konnte er die Musikerin
Wendy Carlos
fur den
modularen Synthesizer
begeistern. Der neue Klang, wie auf dem ?meistverkauften Album klassischer Musik“, Carlos’
Switched-On Bach
von 1968, galt als sensationell.
Praktisch zeitgleich entwickelte
Don Buchla
seinen ersten Synthesizer.
[4]
In den spaten 1960er Jahren erschien eine Vielzahl von Aufnahmen, die den neuen
Moog-Synthesizer
-Sound verwendeten. Zur Beruhmtheit wurde das Stuck
Popcorn
, das zum weltweiten Tophit wurde, welches im Wesentlichen mit dem Moog-Synthesizer erstellt wurde. Auch die
Beatles
verwendeten auf ihrem Album
Abbey Road
dezent einen Moog, um zum Beispiel dem Schluss-Refrain von
Here Comes the Sun
einen luftig ?pfiffigen“ Klang zu verpassen.
Moog setzte zugleich auch die Standards, die das Verknupfen verschiedener Synthesizer erlaubte, wie z. B. eine Schnittstelle zur externen Ansteuerung uber eine logarithmische 1-
Volt
/
Oktave
-Tonhohensteuerung. Die Ansteuerung der Synthesizer erfolgte normalerweise uber eine normale
Klaviatur
oder uber einen
Sequenzer
, bei dem man Tonhohenfolgen zeitlich programmieren konnte und der uber die genannte Schnittstelle den Synthesizer ansteuerte.
Analoger
Mini-Moog Voyager
Da das
Moog Modular System
jedoch fur den Buhnen- und Live-Einsatz zu groß und zu umstandlich zu bedienen war, integrierte Moog die wichtigsten Komponenten seines Synthesizers in ein kompaktes Gehause, das den Namen
Minimoog
erhielt und 1970 auf den Markt kam. Der
Minimoog
wurde in den Folgejahren ein von vielen Musikern verwendetes und weit verbreitetes Musikinstrument. Im Laufe der 1970er Jahre kamen verschiedene weitere Unternehmen mit Synthesizern auf den Markt, u. a.
ARP Instruments
(von Alan Robert Pearlman),
Oberheim
(von Tom Oberheim),
EMS Synthi 100
(von
Peter Zinovieff
) und
Sequential Circuits
. Alle Synthesizer hatten jedoch zwei entscheidende Nachteile: Zum einen waren sie nur
monophon
spielbar, und zum anderen waren sie nicht dauerhaft zu programmieren, man konnte also keine Einstellungen speichern.
Dennoch spezialisierten sich Gruppen und Musiker wie
Pink Floyd
,
Human League
,
Emerson, Lake and Palmer
,
Kraftwerk
,
Jean Michel Jarre
,
Tangerine Dream
,
Ed Starink
,
Klaus Schulze
,
Larry Fast
oder
Vangelis
auf Synthesizer. Die Rockband
The Who
bediente sich in ihrem Song
Won’t Get Fooled Again
(1971) eines von einem Sequenzer gesteuerten Synthesizers.
Yamaha GX-1 (1973)
Die meisten fruhen Synthesizer waren monophon. Nur wenige waren in der Lage, zwei Tone zur gleichen Zeit zu erzeugen, wie der
Moog Sonic Six
, der
ARP Odyssey
und der
EML 101
. Echte
Polyphonie
war zur damaligen Zeit nur uber das Prinzip der elektrischen Orgel (Oktavteiler-Prinzip) zu realisieren. Der ARP
Omni
, der Moog
Polymoog
und der
Opus 3
verbanden daher beide Elemente. Erst Mitte der 1970er Jahre kamen mit der
Yamaha GX-1
, der
Yamaha CS-80
und der
Oberheim Four-Voice
die ersten echten polyphonen Synthesizer auf den Markt. Der GX-1 gilt mithin als der erste polyphone Synthesizer.
[5]
Diese waren aber komplex, schwer und teuer. Der erste erschwingliche polyphone und zudem mikroprozessorgesteuerte und damit programmierbare Synthesizer war 1978 der
Prophet-5
von
Sequential Circuits
. Zum ersten Mal konnten Musiker damit ihre Einstellungen speichern und per Knopfdruck wieder abrufen. Daneben war er ? verglichen mit den Modulsystemen ? kompakt und leicht. Die
DDR
zog erst 1987 mit dem
Tiracon 6V
nach.
Der modulare Synthesizer
Roland
System-100M erschien Ende der 1970er. Die konfigurierbaren Module sind an den waag- und senkrechten Trennlinien auf der Frontseite zu erkennen und konnten durch Kabel veranderbar gekoppelt werden. Das Gerat enthielt zahlreiche der im Text beschriebenen Module bzw. konnte damit nachgerustet werden.
Grundwellenformen, die bei der analogen Klangerzeugung verwendet werden:
Sinusschwingung
(reiner Grundton ohne Oberwellen bzw. Harmonische), Rechteckschwingung, Dreieckschwingung, Kippschwingung bzw. Sagezahn
Analoge Synthesizer der 1970er Jahre sind oft als Modularsystem aufgebaut. Die einzelnen Komponenten (
Signalgeneratoren
,
Filter
,
Modulatoren
) sind in einem
Rack
montiert und werden nach Bedarf durch
Klinkensteckerkabel
(oder uber ein Steckfeld) miteinander verbunden.
Ein Ton setzt sich in der Regel zusammen aus einem
Grundton
, der die
Tonhohe
festlegt, und Obertonen ? auch Teiltone oder
harmonische
Tone genannt ?, die die
Klangfarbe
bestimmen. Verschiedenartige Klange entstehen also durch verschiedenartigen Aufbau der Obertonreihen. Die einzelnen Obertone differieren dabei in
Frequenz
,
Amplitude
und in zeitlichem Auf- und Abbau. Bei der Klangerzeugung im analogen Synthesizer ging man in Anlehnung an mechanische Instrumente zunachst von wenigen Grundwellenformen aus: der
Kippschwingung
(streicherahnlich), der
Rechteckschwingung
(holzblaserahnlich) und der
Dreieckschwingung
(flotenahnlich).
Siehe:
Signalgenerator
Der
VCO
ist ein spannungsgesteuerter Oszillator und stellt den wichtigsten Baustein bei analogen Synthesizern dar. Uber eine
Steuerspannung
kann die Frequenz und somit die Tonhohe verandert werden. Durch simultane Verwendung mehrerer Oszillatoren erhoht sich die Zahl der klanglichen Gestaltungsmoglichkeiten. Haufig werden dabei die Oszillatoren leicht gegeneinander verstimmt, was den Klangeindruck voller macht (
Unisono
bzw.
Schwebung
, ahnlich einem
Chorus-Effekt
). Bei digitalen Synthesizern kommen DCOs (
Digitally Controlled Oscillator
) zum Einsatz. Im Unterschied zum VCO wird die Frequenz hier nicht durch eine elektrische Spannung, sondern durch einen Zahlenwert bestimmt, der von einem
Mikroprozessor
vorgegeben wird.
Der
Rauschgenerator
erzeugt
Rauschsignale
unterschiedlicher Spektralcharakteristik. In Analogie zur spektralen Energieverteilung bei weißem Licht spricht man von
weißem Rauschen
, wenn alle Frequenzen in gleichen Anteilen auftreten. Weicht die Frequenzverteilung von der Gleichverteilung ab, d. h. bestimmte Frequenzbereiche dominieren, handelt es sich um farbiges Rauschen. Einige Synthesizer besitzen die Moglichkeit,
1/f-Rauschen
(rosa Rauschen) zu erzeugen, bei dem die tiefen Frequenzen uberwiegen. Neben der Verwendung als
Audiosignal
kann Rauschen auch als Modulationsquelle dienen. Auf diese Weise entstehen ungewohnliche und interessante Klange.
Die eigentliche Klangformung findet im
spannungsgesteuerten Filter
(VCF) statt. Das gebrauchlichste Filter ist das
Tiefpass
-Filter, das tiefe Frequenzen passieren lasst und hohe Frequenzen dampft. Das
Hochpass
-Filter arbeitet genau umgekehrt. Durch die
Reihenschaltung
von Tief- und Hochpassfiltern entsteht ein
Bandpass
; eine
Bandsperre
entsteht bei
Parallelschaltung
. Hier wird ein spezielles Frequenzband gedampft, wahrend die ubrigen Frequenzanteile ungehindert passieren. Die
Flankensteilheit
des Filters legt fest, wie sanft oder abrupt der Ubergang zwischen Durchlass- und Sperrbereich erfolgt. Bei Synthesizern sind Werte von 12 dB (weich) und 24 dB (hart) ublich.
Der
Spannungsgesteuerte Verstarker
beeinflusst den Lautstarkeverlauf bzw. die
Dynamik
des Klangs. Es gibt VCAs mit linearer oder exponentieller Abhangigkeit von der Spannung. Als Synthesizermodul wird der VCA hauptsachlich vom Hullkurvengenerator gesteuert. Bei fast allen Herstellern arbeitet der VCA jedoch nicht als echter Verstarker, sondern lediglich als Abschwacher und wird daher auch als Voltage Controlled Attenuator (spannungsgesteuerter Abschwacher) bezeichnet. Lediglich bei Moog-Modularsystemen findet man beides ? Amplifier- und Attenuator-Module.
Hullkurvengeneratoren produzieren programmierbare Spannungsablaufe, die uber den VCA zur Dynamikregelung eines Klanges, oder uber einen VCF zur dynamischen Anderung der Klangfarbe verwendet werden. Hullkurvengeneratoren sind haufig als ADSR-Generatoren ausgefuhrt, die uber vier unterschiedliche Parameter verfugen: Anschwellzeit (Attack-Time),
Abklingzeit
(Decay-Time), Dauerpegel (
Sustain
-Level) und Ausklingzeit (Release-Time). Der Name ADSR leitet sich aus den Anfangsbuchstaben der Parameterbezeichnungen her (
A
ttack,
D
ecay,
S
ustain,
R
elease). Meist wird der Hullkurvengenerator uber ein Triggersignal gestartet, das durch Anschlagen einer Taste ausgelost wird.
Das Synthesizermodul LFO (
Low Frequency Oscillator
) besteht aus einem regelbaren Oszillator mit einer im Vergleich zum VCO eher niedrigen Frequenz. Es dient dazu eine periodische Veranderung von Klangparametern automatisiert durchzufuhren. Steuert der LFO z. B. die Frequenz eines VCO, entstehen Vibratoeffekte oder sirenenartige Klange. Bei Modulation des VCA durch sinus- oder dreieckformige LFO-Signale ergibt sich ein
Tremolo
. Ein Rechtecksignal des LFOs fuhrt hingegen zu einem standigen Wiederholen des Tones (Mandolineneffekt). Moduliert man den VCF mit den unterschiedlichen Wellenformen des LFO, lassen sich bei Kopplung zweier Filter zu Bandpass oder -sperre verschiedene Effektvarianten wie
Wah-Wah
oder
Phaser
erzeugen.
Aus einem Rauschsignal wird in regelmaßigen Abstanden eine
Probe
(engl. sample) entnommen und als Spannungsniveau festgehalten. Steuert man mit diesem Signal einen VCO, andert sich die Tonhohe zufallig. Bei Steuerung eines VCF werden die Tone zufallsverteilt heller und dunkler (Spektralmodulation), was einen ?blubbernden“ oder entfernt sprachahnlichen Eindruck erzeugen kann.
In diesem Modul wird die Tonhohe eines Signals in eine entsprechende Steuerspannung umgewandelt. Damit arbeitet es genau nach dem umgekehrten Prinzip eines VCOs. Die Schwierigkeit hierbei liegt in der Minimierung der Zeit, die zum Erkennen der Tonhohe benotigt wird. Da mehrere Wellenlangen einer Frequenz zu ihrer Identifikation notwendig sind, ergibt sich bei tiefen Frequenzen eine langere Erkennungszeit als bei hoheren Tonen.
Diese Baugruppe wandelt den Lautstarkeverlauf oder eine Frequenz in einen entsprechenden Spannungsverlauf um.
Ein
Ringmodulator
multipliziert zwei Signale miteinander. Das resultierende Signal besteht aus den Summen- und Differenzfrequenzen der Harmonischen beider Eingangssignale. Wenn die Frequenzen der beiden Signale einfache Verhaltnisse bilden, erhalt man ublicherweise auch harmonische Klange. Wahlt man jedoch andere Frequenzverhaltnisse, entstehen beispielsweise metallische oder auch glockenartige Klange, die sich gut fur die Erstellung von rhythmischen bzw. perkussiven Klangen verwenden lassen. Die Flexibilitat bei der unmittelbaren elektronischen Umformung beliebiger Schallergebnisse hat die Ringmodulation zu einer bevorzugten Methode der
Live-Elektronik
werden lassen. Bei modernen Synthesizern, die die Ringmodulation auf rein mathematische Weise durchfuhren, kann man auch den Modulationstiefen-Verlauf einstellen und damit die Klangfarbe wahrend des Tonverlaufes verandern.
Dieses Modul dient der elektronischen Nachbildung von
Formanten
. In der Filterstufe von Synthesizern (das Hauptfilter ist meist der VCF) wird auch von resonanzfahigen Filtern gesprochen, wenn das Filter parametrisch in Resonanz (?ringing“) getrieben werden kann: Ausgenutzt wird dabei meist das Uberschwingverhalten von Filtern an oder kurz vor der Scheitelfrequenz.
Wird dieses Uberschwingen durch Ruckkopplung innerhalb der Filterstufe hinreichend verstarkt, kann das Filter sogar in Eigenschwingung (ohne jedes Eingangssignal durch den VCO) versetzt werden. Die eingestellte Filterfrequenz bestimmt dann die Tonhohe (?Pfeifen“) der Eigenschwingung. Horbar wird die Resonanz, sobald uber die Tastatur die ADSR-Hullkurve den VCA offnet. Sowohl ohne als auch in Kombination mit der eigentlichen Tonerzeugungsstufe (VCO oder Rauschgeneratoren) erweitert ein eigenresonantes Filter den Spielraum der klanglichen Moglichkeiten eines Synthesizers deutlich.
Analoge Sequenzer
produzieren automatische Steuerspannungsablaufe und
Triggersignale
, die zur Kontrolle jedes beliebigen spannungsgesteuerten Synthesizermoduls verwendet werden konnen. Analoge Synthesizer lassen sich auch von digitalen Sequenzern steuern. Heute werden digitale Sequenzer wiederum von Mikroprozessoren gesteuert. Man unterscheidet Hardware- und Software-Sequenzer.
Eine wirkliche Revolution war das Aufkommen von Synthesizern mit digitaler Klangerzeugung, zunachst per
FM-Synthese
. Diese ist zwar prinzipiell auch mit analogen Oszillatoren moglich, indem ein Oszillator von einem zweiten Oszillator mit einer Frequenz im horbaren Bereich moduliert wird, aber erst in den 1970er Jahren wurde die digitale Form entwickelt, die eine sehr komfortable Anwendung der FM-Synthese ermoglichte. Kurz gesagt erzeugen bei der FM-Synthese digitale Oszillatoren (sog. Operatoren) verschiedene Sinusschwingungen, die sich in Abhangigkeit von einem gewahlten Algorithmus gegenseitig modulieren, so dass sich komplexe Schwingungsformen ergeben konnen. Ein Alleinstellungsmerkmal der FM-Synthese im Gegensatz zur damals gebrauchlichen subtraktiven Synthese war die Moglichkeit, besonders obertonreiche und perkussive Klange zu erzeugen.
Das Patent der FM-Synthese wurde vom japanischen Musikinstrumentenhersteller
Yamaha
lizenziert. Die ersten Synthesizer, der
GS-1
und
GS-2
, waren schwere und teure Gerate und fanden keine weite Verbreitung. 1983 erschien dann mit dem
DX7
der Synthesizer, der den gesamten Markt revolutionieren sollte und die analogen Synthesizer verdrangte. Er hatte die Große und das Gewicht des
Prophet-5
und war vergleichsweise kostengunstig. Er war ?der“ Synthesizer der 1980er Jahre, und man findet kaum eine Pop-Musikaufnahme aus dieser Zeit, auf der kein DX7 zu horen ist. Nach dem Auslaufen des Patentschutzes fand die FM-Synthese weite Verbreitung, z. B. in einfachen 4-Operatoren-Synthesizern auf PC-Soundkarten.
Der
E-mu Emulator
war 1981 einer der ersten erschwinglichen Sampler, kostete aber immer noch 10.000 US-Dollar, nach heutiger
Kaufkraft
etwa 30.000 US-Dollar. Die 8-Bit-Samples konnten auf
5,25-Zoll-Disketten
gespeichert werden.
Eine zweite Revolution, die sich schon 1979 mit dem ersten
Fairlight CMI
ankundigte, war das
Sampling
. Beim Sampling werden naturliche Klange
digitalisiert
. Diese digitalen Wellenformen bilden dann die Grundlage der Klangerzeugung. Mit dem
Sampler
war etwas moglich, was bisher nur dem mit Magnetbandern funktionierenden, analogen
Mellotron
vorbehalten blieb: Die reale Wiedergabe akustischer Instrumente.
Die ersten Systeme, wie das Fairlight CMI, der
E-mu Emulator
oder spater auch das
Synclavier
von
New England Digital
, waren extrem teure Gerate, die nur den ?Großen“ der Branche vorbehalten waren. Außerdem waren die technischen Moglichkeiten der Wiedergabe wegen der geringen Auflosung und Speicherkapazitat zunachst begrenzt.
Peter Gabriel
und
Kate Bush
veroffentlichten 1982 die ersten Aufnahmen, auf denen ?gesampelte“ Klange zu horen sind. 1985 kam mit dem
Mirage
von
Ensoniq
der erste fur die breite Masse erschwingliche Sampler auf den Markt. Sampling pragte schon bald das Klangbild der Popmusik der 1980er Jahre. Heute konnen mit Computer und Soundkarte umfangreiche Sampling-Bibliotheken geladen und fur computerbasierte Musikarrangements genutzt werden.
Der
Korg M1
von 1988 vereinte erstmals die Funktionen Synthesizer, Effektgerat, Drumcomputer und Sequencer und war damit die erste
Music Workstation
1987 brachte
Roland
mit dem
D-50
einen Synthesizer auf den Markt, der aufgrund seiner Klangerzeugung mit
LA-Synthese
(Nachbildung akustischer Instrumentenklange mittels einer Kombination aus Attacksamples und Grundwellenformen, mit integriertem Effektgerat) sehr popular wurde. 1988 fuhrte
KORG
mit der
M1
die Integration fort. Die M1 reprasentierte einen neuen Typus von Synthesizer, die ?
Workstation
“. Hier waren zum ersten Mal Synthesizer,
Effektgerat
,
Drumcomputer
und
Sequencer
in einem Gerat integriert. Dieses erlaubte das Erstellen kompletter Musiksequenzen in einem Gerat ohne externe Hardware. Die Korg M1 ist nach dem Yamaha DX7 der bisher meistverkaufte Synthesizer.
[6]
Synthesizer-Workstations gibt es mittlerweile auch als reine Software (z. B.
Synthesizer Workstation Pro
), die außer dem PC keine Hardware mehr benotigen. Sie werden uber Arpeggiatoren oder MIDI-Files gespielt. Optional kann auch ein Keyboard angeschlossen werden.
Dieser Abschnitt ist nicht hinreichend mit
Belegen
(beispielsweise
Einzelnachweisen
) ausgestattet. Angaben ohne ausreichenden Beleg konnten demnachst entfernt werden. Bitte hilf Wikipedia, indem du die Angaben recherchierst und
gute Belege einfugst.
Anfang der 1990er Jahre kamen die ersten Synthesizer mit einer neuartigen Synthesemethode, dem
Physical Modelling
, auf den Markt.
Das klangliche Resultat eines Instruments wird hier nicht nachgeahmt, sondern ein physikalisches Modell (beispielsweise eine schwingende Saite) digital reprasentiert, d. h. das Modell mit all seinen Eigenschaften, Dimensionen, Elastizitat, Spannung etc. ?existiert“ in einem Rechner und ihm wird mit einem ebenfalls virtuellen Erreger (z. B. Plektrum) an einer beliebigen Stelle kinetische Energie zugefuhrt. Im Zentrum steht zunachst die physikalische Simulation, der Klang ist nur eine Moglichkeit, diese zu vermitteln (so konnte man den Korper der Saite auch visuell vermitteln). Gleichwohl fuhrt PM-Synthese zu den realistischsten Klangergebnissen uberhaupt, wo es gilt, naturliche Instrumente nachzuahmen, und dies umso eher, je detaillierter das physikalische Modell beschaffen ist.
Das schon langer bekannte Prinzip konnte praktisch erst umgesetzt werden mit der Entwicklung des
Karplus-Strong-Algorithmus
und dessen Verfeinerung sowie der Verallgemeinerung des Algorithmus in eine
digital waveguide synthesis
durch Julius O. Smith III et al. Fur eine Echtzeitberechnung waren leistungsfahige
digitale Signalprozessoren
(DSP:
Digital Signal Processor
) notig, wie sie erst Ende der 1980er Jahre zur Verfugung standen.
Wie bei der FM-Synthese sicherte sich
Yamaha
die Rechte und entwickelte ab 1989 zusammen mit der
Stanford University
dieses Syntheseverfahren; der erste so arbeitende Synthesizer in Serienfertigung war 1994 der Yamaha VL-1. Auf diesem Weg versuchte man auch bald, die alten analogen Synthesizer mit ihren klanglichen Unzulanglichkeiten als
virtuell-analoge Synthesizer
digital wieder auferstehen zu lassen. Dazu gehoren der
Clavia Nord Lead
, der
Access Virus
und die Synthesizer des Unternehmens
Waldorf
. Nach den digitalen Synthesizerklangen der 1980er Jahre kam es in den 1990er Jahren zu einer Renaissance analoger Synthesizer bzw. ihrer Klange, insbesondere durch das Aufkommen der
Techno
-Musik. Vormals fast wertlose Synthesizer wie Rolands
TB-303
stiegen dadurch wieder erheblich im Wert.
Abhangig vom akustischen Effekt oder Instrument, welches simuliert werden soll, wird ein Modell gewahlt. Die namhaftesten Modelle sind hierbei die Modalsynthese und digitale Wellenleiter.
[7]
Das NESS(Next Generation Sound Synthesis) Projekt der
University of Edinburgh
stellt Modelle fur Blechblasinstrumente, elektromechanische Effekte, Becken und Gongs, modulare Umgebungen, virtuelle Raumakustik, 3D-Percussion, gestrichene Saiteninstrumente und Gitarren-Griffbrett-Interaktionen vor.
[8]
Heutige Synthesizer sind uberwiegend digital aufgebaut und verwenden spezielle
DSP
-Bausteine zur Klangerzeugung, wobei teilweise unterschiedliche Formen der Klangsynthese parallel eingesetzt werden. Fur Ein- und Ausgangsschaltungen, sowie teilweise bei den Einstellreglern (Potentiometern) werden noch analoge Schaltungsteile eingesetzt.
Allerdings wurden auch einige sogenannte Hybridsynthesizer entwickelt, die DSPs mit analogen Bauteilen kombinieren, wobei sowohl ein zum Großteil digitaler Signalweg, wie z. B. beim Waldorf Q+ (analoge Filter, ansonsten DSP-basiert) als auch ein vorwiegend analog aufgebauter Signalweg (DSI Evolver, Alesis A6 Andromeda) vorkommen. Das Konzept der hybriden Synthesizer stammt ursprunglich aus den 1980er Jahren: Modelle wie der ESQ1 von Ensoniq kombinierten kurze Samples oder additiv erzeugte Wellenformen mit analogen Filtern.
Ein vergleichbares Konzept findet sich im Sequential Circuits Prophet VS und dem Waldorf Wave, Microwave I wieder. Beide Synthesizer gehoren wegen ihrer speziellen Klangasthetik auch aktuell zu gern genutzten Klangerzeugern. Digitale Wellenschnipsel werden in Wavetables (Microwave) organisiert, uber die Oszillatoren ausgegeben und an die weiteren Synthesebausteine weitergereicht. Diese Synths sind deutlich vielseitiger als rein analoge Gerate, sind aber mit vergleichbaren Modulationsquellen und -zielen ausgestattet und sie profitieren von den als musikalisch empfundenen analogen Verstarker- und Filterbausteinen; als Stichworte fallen hier zumeist Attribute wie warm und druckvoll. Der Waldorf Q+ verwendet eine virtuell analoge Klangerzeugung, gibt diese aber uber analoge Filter aus. Wegen seiner spartanischen Bedienoberflache, welche in deutlichem Kontrast zur Vielzahl veranderbarer Parameter steht, wird fur den Microwave I aktuell ein DIY-Controller der Firma Stereoping als MIDI-Controller fur das Editieren der Sounds angeboten.
Wenngleich der Waldorf Blofeld primar als ?Virtuell Analoger (Wavetable) Synthesizer“ beworben wird, kann er wegen seiner 60 MB großen Sampling-Option als ?Hybrider“ gesehen werden. Dies gilt umso mehr, als die mittels Tool (Spectre) einzuspeisenden Samples mit den weiteren Wellenformen und Synthesefunktionen des Blofeld interagieren.
Auch die Tempest Drummachine, welche unter dem DSI-Label von den Synth-Pionieren
Dave Smith
und
Roger Linn
entwickelt wurde, ist ein Hybrid-Synthesizer im Groovebox-Format. Die Klangerzeugung beinhaltet 6 analoge Stimmen mit je 2 analogen und 2 digitalen Oszillatoren, die Eingabe erfolgt uber beleuchtete Pads, ein Sequenzer gibt die Kompositionen wieder, die Klange konnen u. a. uber FX-Slider und Regler in Echtzeit verandert werden. Konzeptionell gehoren dieser Linie auch die DSI-Instrumente-Evolver und der Prophet 12 und dessen kleiner Bruder Pro2 an.
Der SY99 von Yamaha konnte dagegen geladene Samples in die FM-Synthese (s. o.) einspeisen und die daraus resultierenden Wellenformen nochmals subtraktiv bearbeiten (Filter) und kombinierte so Sampler und digitale FM-Synthese mit subtraktiver Klangerzeugung.
Ein neuer Trend sind sogenannte ?native software synthesizer“. Aufgrund der Leistungsfahigkeit moderner
PCs
ist es moglich, digitale Klangerzeugung auf unspezialisierten
Prozessoren
durchzufuhren. Mittlerweile gibt es fur jede Syntheseform verschiedene
Software-Synthesizer
, die zum Teil
Simulationen
bekannter Hardware-Synthesizer sind. Auch werden bekannte alte Instrumente wie etwa
Fender-Rhodes
-Pianos oder die
Hammond-B3
-Orgel simuliert.
Diese Software-Synthesizer werden oft durch ein
Masterkeyboard
, einen
Pad
-
Controller
oder einen
Drehregler
gesteuert. Meist arbeiten diese Synthesizer als
VST
-Plugins (Virtual Studio Technology), welche sich einfach in die meisten
DAW
-Programme (Digital Audio Workstation) integrieren lassen.
Korg iMono/Poly auf dem iPhone.
Heutige Mobiltelefone besitzen derart viel Rechenleistung, dass sie Synthesizer-Apps als Anwendungsprogramme spielen konnen, die in ihren Klanggestaltungsmoglichkeiten den klassischen analogen und auch vielen digitalen Synthesizern immer naher kommen. Sie verfugen uber mehrere Oszillatoren mit zahlreichen pulsweiten-modulierbaren Wellenformen, Frequenz- und Amplituden-Modulation, Detuning, Hullkurvengeneratoren, Delay-, Exciter-, Chor- und Hall-Effekten sowie uber dynamische Filter. Gespielt werden sie bevorzugt uber MIDI-Files, da das Spielen auf einer kleinen Handytastatur etwas muhsam ist. Ein Beispiel dafur ist der
Windows Phone Synthesizer
(siehe Weblinks).
Technisch mit dem Synthesizer verwandt dient der
Vocoder
zur klanglichen Modulation von analogen Instrumentalklangen oder Gerauschen (Tragersignal), meistens mit Hilfe der menschlichen Stimme als Steuersignal. Die dynamischen und klangfarblichen Eigenschaften des steuernden Sprachsignals werden dabei mit Hilfe von Filtern und Steuerspannungen auf den Instrumentalklang ubertragen, so dass dieser zu ?sprechen“ oder zu ?singen“ scheint.
Eine Filterbank ist ein analog, oder digital aufgebautes System, welches keine eigene Tonerzeugung besitzt, sondern eingespeiste Signale bearbeiten kann. In klassischen analogen Systemen bestehen diese meist aus RC-Filtern, in digitalen Systemen aus
IIR
- oder
FIR-Filtern
. In modernen Systemen werden die Signale auch mittels
FFT
zerlegt, im Frequenzbereich bearbeitet und dann resynthetisiert.
Wichtig fur die Verbreitung der Synthesizer war die Entwicklung von
MIDI
, einer einfachen digitalen seriellen Standardschnittstelle fur Synthesizer. Entwickelt wurde sie 1982 von den Unternehmen
Roland
sowie
Sequential Circuits
und hat sich in kurzester Zeit als Standard-Schnittstelle fur Musikgerate etabliert. Sie erlaubt es, verschiedenste elektronische Gerate auf einfache Art und Weise miteinander zu verbinden. Bis heute ist sie in fast unveranderter Form in vielen Synthesizern zu finden.
Ein
Soundmodul
ist ein klangerzeugendes Gerat oder Software-Modul ohne
Klaviatur
; es wird durch MIDI oder
USB
mit den entsprechenden Geraten verbunden.
Ein
Sequenzer
steuert eine bestimmte Abfolge (Sequenz) von Tonen oder Klangereignissen, die von einem anderen Gerat oder Modul erzeugt werden. Sequenzer verbreiteten sich zusammen mit MIDI, das meist als Standard fur Ubertragung der Daten dient. Eine ahnliche Funktion bietet der
Arpeggiator
, der eine kurzere, zusammenhangende Tonfolge speichert, die dann etwa durch einen Tastendruck abgespielt werden kann.
In der
Elektrotechnik
beschreibt ein Synthesizer eine elektronische Vorrichtung zur Erzeugung monophoner, hochreiner Schwingungen, wie etwa einer
Sagezahn
-,
Sinus
-,
Dreieck-
und
Rechteckschwingung
oder
Nadelimpulsfolgen
. Entsprechende Gerate werden auch als
Funktionsgenerator
bezeichnet und dienen der Uberprufung elektronischer Schaltungen wie z. B.
Verstarkern
oder Filtern. Sie besitzen meist ein extrem niedriges
Rauschen
und einen an der Grenze der Messbarkeit liegenden
Klirrfaktor
.
Da sie heute uberwiegend mit
digitalen
Bauelementen realisiert werden, bezeichnet man sie oft auch als digitale Oszillatoren. Eine typische Methode ist die
DDS
.
Im Folgenden eine Aufreihung bekannter Hersteller, die die Entwicklung von Synthesizern maßgeblich pragten. In Klammern angegeben sind Gebiete, auf die der jeweilige Hersteller Einfluss genommen hat.
- Alesis
(analoge Synthesizer, Soundmodule)
- ARP Instruments
(Modularsysteme)
- Arturia
(analoge Synthesizer, digitale Synthesizer mit analogem Sound)
- Behringer
(analoge Synthesizer, Nachbauten analoger Klassiker)
- Buchla
(Modularsysteme, analoge Synthesizer)
- Clavia
(Virtuell-analoge Synthesizer)
- Casio
(
PD-Synthesizer
)
- Doepfer
(Modulare und nichtmodulare analoge Synthesizer, Eurorack Modul-Format)
- Electronic Music Studios
(Spannungsgesteuerte analoge Synthesizer, insbesondere durch den
EMS VCS 3
)
- Ensoniq
(digitale Synthesizer, Workstations, Sampler)
- Fairlight
(Sample-basierte Digitalsynthesizer)
- Korg
(Halb-Modularsysteme, Analoge und digitale Synthesizer, Workstations)
- Kurzweil
(Sample-basierte-, Physical-Modelling- und virtuell-analoge Digitalsynthesizer und Workstations/Performance Controller)
- Moog
(Modularsysteme, analoge Synthesizer,
Minimoog
)
- New England Digital
(FM-Synthese, Digitalsynthesizer)
- Oberheim
(Multi-Timbrale Synthesizer, Analogsynthesizer, Expander)
- PPG
(PPG 1020 erster Synthesizer mit digitalem Oszillator, Wavetable-Synthese)
- Roland Corporation
(Analoge und digitale Synthesizer, Workstations,
Grooveboxen
)
- Sequential Circuits
(Mikroprozessorgesteuerte Synthesizer)
- Waldorf
(Analoge und virtuell-analoge Synthesizer)
- Yamaha
(FM-Synthese, Physical-Modelling-Synthese, Sample-basierte Workstations)
- Quasimidi
(Analogmodellierung, Technoboxen)
- Bernd Enders
:
Die Klangwelt des Musiksynthesizers. Die Einfuhrung in die Funktions- und Wirkungsweise eines Modulsynthesizers
. Franzis-Verlag, Munchen 1985,
ISBN 3-7723-7761-0
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- Peter Forrest:
The A?Z of analogue synthesisers
. 2 Bande. Susurreal Publishing, Crediton 1998,
ISBN 0-9524377-2-4
(Detaillierte Darstellung aller bis 1998 jemals hergestellter analoger Synthesizer und Orgeln; englisch).
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Synthesizer Programming
. 3. unveranderte Auflage. Wizoo, Bremen 2004,
ISBN 3-934903-47-9
(mehrere Auflagen).
- Uwe G. Hoenig:
Workshop Synthesizer. Klangerzeugung fur Musiker. Von analog uber digital bis Software Synthesizer verstehen und spielen
. 3. Auflage. PPV Medien, Bergkirchen 2006,
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Hands On Synthsound. DVD Lernkurs
. Schwabach 2010,
ISBN 978-3-9811987-8-2
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Das große Synthi-Buch. Sounds, Tricks, Musik, Tips
. Voggenreiter, Bonn-Bad Godesberg 1984,
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