Die soundbestimmenden Elemente analoger Synthesizer
Was macht den spezifischen Charakter im Sound eines Synthesizers aus? Warum klingen Geräte mit ähnlicher Architektur zuweilen ziemlich unterschiedlich? Wir begeben uns auf die Suche nach den wohlklingenden Zutaten der analogen Klangsynthese.
Mit dem Minimoog hatte sich Anfang der 70er-Jahre eine fest verdrahtete Architektur etabliert, die alsbald mit individuellen Variationen allgemeiner Standard der subtraktiven Synthese wurde und heute in modernen Desktop-Synths, wie z. B. dem Arturia MiniBrute, weiterlebt.
Das Kürzel VCO-VCF-VCA beschreibt genau diese Anordnung von Elementen im Audiopfad. Das “VC” im Namen bedeutet “Voltage Controlled”, also spannungsgesteuert, “O” steht für “Oszillator”, “F” für “Filter” und “A” für “Amplifier”. Wir haben also einen Oszillator, der die Schwingungen erzeugt, ein Filter, das die erzeugten Wellen klanglich formt, und einen Verstärker, der, unterstützt durch eine Hüllkurven-Spannung, den Lautstärkeverlauf des Klanges bestimmt.
In diesem Verbund spielt der VCA klanglich eine eher untergeordnete Rolle. Der Aufbau von Oszillator und Filter dagegen macht den großen Unterschied, wie man beim Vergleich z. B. von Minimoog und Korg MS-20 deutlich hören kann. Untersuchen wir zunächst die Erzeugung der Wellenformen.
VCO − der Oszillator. Unser VCO, der Wellenform-Generator, liefert das klangliche Rohmaterial, das mit dem nachgeschalteten Filter zu einem spezifischen, durchsetzungsfähigen Klang geformt wird. Zum klassischen Wellenformvorrat gehören Rechteck-, Sägezahn-, Dreieck- und Sinus-Schwingungen. Aus der Sicht des Filters bieten Sägezahn und Rechteck bzw. Pulswelle die beste “Angriffsfläche”, da diese Wellenformen viele Obertöne enthalten.
Eine Dreiecksschwingung wiederum hat einen sehr geringen Obertongehalt, der ausschließlich die Harmonischen mit ungeraden Ordnungszahlen enthält.
Ideal und Wirklichkeit. So weit erst mal Definition und Theorie. Was macht nun den deutlich ausgeprägten Charakter der Klassiker aus? Es sind die Artefakte, die Abweichungen vom Ideal!
Schaut man sich die ungefilterten Grundwellenformen analoger Synthesizer einmal auf dem Oszilloskop an, wird das schnell deutlich. Einige Sägezähne sind weit davon entfernt, eine gleichmäßig abfallende Flanke zu haben, oder sie beginnen mit einen hochpegeligen Überschwinger. Rechteckwellen haben oft einen etwas weniger ausgeprägten Peak an einer der Flanken und fallen dann leicht ab, um in einer deutlich erkennbare Flanke zu enden. Gerade die Überschwinger sind eher willkommen als unerwünscht, denn sie stoßen das Filter kräftig an, wenn die Resonanz etwas höher ist.
Der Einfluss des Mixers, in dem die Signale der Oszillatoren addiert werden, auf das resultierende Filterfutter sollte man auf keinen Fall unterschätzen. Beim Minimoog etwa sind es die Kompressions- und Overdrive-Artefakte, die der Mixer bei hohen Oszillator-Pegeln erzeugt, welche dem Ladder-Filter so einen enormen Schub und den ultra-fetten Tiefbass entlocken.
>> In unserem Synthesizer-Tutorial zeigen wir dir wie ein Software-Synthesizer aufgebaut ist <<
Zu guter Letzt kommt das extrem spezifische Klangund Übersteuerungs-Verhalten der Filterschaltung zu tragen und prägt die am deutlichsten erkennbaren charakteristischen Klangeigenschaften.
Im Herzen: das Filter. Das zentrale Element der subtraktiven Synthese ist ganz klar das Filter. Seine Konstruktionsweise bestimmt das grundlegende Klangverhalten eines subtraktiven Designs am meisten.
Neben der Moog-Ladder und ihren Derivaten, diesen Ikonen des Filterdesigns, gibt es durchaus andere Konstruktionsweisen, die dank ihres spezifischen Klangverhaltens viele Freunde gefunden haben. Neben der kostengünstig herzustellenden Sallen-Key-Topologie hat sich vor allem die State-Variable-Bauweise etabliert. Daneben gibt es aber auch individuelle Entwürfe, die wir nur bei bestimmten Geräten finden, wie etwa dem Steiner-Parker Synthacon.
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Die Welt der Ladder-Filter. Die berühmteste FilterArchitektur dürfte das Moog-Ladder-Filter sein, das den unverwechselbaren Klang des Minimoog prägt. Es hat seinen Namen aufgrund der Leiter-artigen Anordnung der Transistoren und Kondensatoren im Schaltbild. Das resonanzfreudige Verhalten und die bei höheren Pegeln sanft einsetzende Sättigung prägen das Klangbild dieses kräftig zupackenden 24-dB-Tiefpassfilters. In Selbstoszillation kann die Moog Ladder auch als Sinus-Oszillator genutzt werden.
Auch mit Dioden lässt sich ein Ladder-Filter realisieren. Die EMS Synthesizer VCS 3 und Synthi A/AKS haben ein solche Dioden-Ladder, die bei kräftigen Pegeln einen enormen Biss entwickelt.
Das Synthacon-Filter. Nyle Steiner, der von 1975 bis 1979 in Salt Lake City den kompakten Synthacon baute, entwickelte sein ganz eigenes Filter, das heute eine legendären Ruf genießt. Im Arturia MiniBrute wurde mit dem Segen des Erfinders eine aktualisierte Variante des Synthacon-Filters zu neuem Leben erweckt, die mit Sicherheit zur großen Popularität des Mini-Desktop-Hits von Arturia beigetragen hat.
Artefakte prägen den Charakter, die Abweichungen vom Ideal!
Die Kombination von Ladder-Design und Sallen-Key-Topologie besaß als damaliges Alleinstellungsmerkmal jeweils Hochpass-, Bandpass- und Tiefpass Eingänge. Hier kam ein einziger Strang aus sechs Dioden zum Einsatz, der auch die Einspeisepunkte für LP, BP und HP beherbergte. Durch die Möglichkeit, unterschiedliche Eingangs-Signale gefiltert zu mischen, waren ungewöhnliche Klänge möglich. Das Original funktionierte allerdings nicht, wenn an allen Eingängen Signale anlagen. Moderne Nachbauten wie der Synthacon VCF von Ken Stone können dies und arbeiten z. B. als Phaser, wenn an allen drei Eingängen dasselbe Signal anliegt.
Korgs Sallen-Key-Design. Das recht spezielle Filterdesign machte den Korg MS-20 zu einer Kultmaschine mit einem spezifischen, expressiven Sound. Klangbestimmendes Element des MS-20 ist das Doppelfilter, bestehend aus 6-dB-Hochpass und 12-dBTiefpass. Korg setzte hier für beide Filter zunächst einen in Kunststoff vergossenen Hybrid-Chip namens »Korg35« ein, der auch in anderen Korg-Geräten wie dem MS-10 zum Einsatz kam. Später kam dann eine diskret aufgebaute Version mit dem OTA-Chip LM 13600 und Operations-Verstärkern auf einer Zusatzplatine zum Einsatz, die etwas zahmer als die Hybrid-Chip-Variante klang.
State-Variable-Filter. Diese Filter-Bauform kommt bei diversen Synthesizern, wie etwa dem Oberheim SEM und dem OB-X oder in abgespeckter Version in den späten ARP-2600-Modellen zum Einsatz. Das Design des State-Variable-Filters (SVF) liefert nicht nur einen 2-Pol-Tiefpass mit 12 dB Flankensteilheit, sondern bietet gleichzeitig nutzbare HP-, BP- und Bandsperre-Abgriffe. Das Resonanzverhalten des SVF ist deutlich zurückhaltender als bei den LadderVarianten und reicht selten bis zur Selbstoszillation. Insgesamt klingt das SVF eher analytisch und sauber als komprimiert und angezerrt. Gerade die in den frühen 70ern aufkommende ersten polyfonen AnalogSynths, wie die Two-, Four- und Eight-Voice-Modelle von Oberheim, profitierten durchaus vom schlankeren Sound des SVF-Designs − allzu mächtige Filter-Wirkungen hätten das feine polyfone Klangbild eher verwaschen als gewinnbringend betont.
Moderne Interpretationen. Zum Glück ist man beim heutigen reichhaltigen Angebot an analoger Synthesizer-Hardware nicht darauf angewiesen, die oft zu horrenden Preisen gehandelten Originale zu erwerben, um in den Genuss der Klangästhetik bestimmter Oszillatoren oder Filter zu kommen. Warum nicht das beste aus allen Welten nehmen und ein paar charakteristische Oszillatoren mit verschiedenen Filter-Entwürfen in einem kompakten Euro-Rack-Modularsystem kombinieren?
Insbesondere an Nachbauten der beliebtesten Klassiker mangelt es nicht. So hat man hat die Wahl zwischen diversen Moog-Ladder-Interpretationen und MS-20-Filtern. Ein Steiner-Parker-Nachbau ist genauso verfügbar wie der deftige Polivoks-Filter. Viel Spaß bei der klanglichen Entdeckungsreise!
Die wichtigen Sounds All-in-One. Eine weitere moderne Interpretation findet man in der SoftwareWelt. Es gibt sicher viele Beispiele für liebevoll nachgebaute Vintage-Synthesizer, aber kein SoftwareInstrument ist so flexibel wie u-he Diva! Dieser Softsynth ist ein wahres Klangchamäleon, bietet er doch die Möglichkeit, die Oszillatoren, Filter und Hüllkurven verschiedener Charakteristiken zu kombinieren. Dabei bietet Diva die Elemente sowohl von Minimoog, Roland Jupiter-6, Korg MS-20 als auch Oberheim SEM und vereint die wichtigsten Klangvarianten der analogen Welt. Nicht zuletzt sollte man die hohe Klangqualität von u-he Diva erwähnen. Der Synthesizer ist zwar sehr leitungshungrig, aber der Sound … Extrem geil!
Hinweis: der Link ist nicht errecihbar
>> In unserem Synthesizer-Tutorial zeigen wir dir wie ein Software-Synthesizer aufgebaut ist <<
MfG Gerhard Sippel
Hallo Gerd. Danke für den Hinweis. Nun geht er wieder.
Schöne Fotos und Beschreibungen, wie ein analoger Synthesizer funktioniert! Das waren noch Zeiten, als die analogen Synthesizer in Hole-Through Technik verlötet wurden. Vorteil gegenüber der SMD-Technik heutiger Synthesizer: Leichter zu reparieren. Wer mal versucht hat, einen SMD-Chip auszutauschen, weiß warum.