Synthesizer Basics Workshop: Subtraktive Synthese und deren Funktion

Oszillator, Voltage Controlled Filter, Envelope Generator, LFO… Nie gehört? Macht nichts! In diesem Artikel erklären wir euch, wie ein Synthesizer aufgebaut ist und Töne erzeugt. So könnt ihr dann die Praxis-Folgen unseres Workshops durchgehen, ohne dabei von allzu viel Theorie erschlagen zu werden. Wenn ihr Hintergründe zu einem speziellen Thema sucht, schaut ihr einfach hier nach.

Ein Synthesizer erzeugt einen Klang mit elektronischen Bauteilen – früher analog, heutzutage meist digital, per digitaler Simulation analoger Schaltungen oder gleich auf Software-Basis. Doch was charakterisiert eigentlich einen Klang? Drei Komponenten liegen jedem Klangereignis zu Grunde: Die Lautstärke, die Tonhöhe und die Klangfarbe. Die Lautstärke erklärt sich von selbst. Die Tonhöhe eigentlich auch – sie bezeichnet die Frequenz der Schwingung. Interessant wird es bei der Klangfarbe. Ein Grund, weshalb wir den Klang verschiedener Instrumente wie Trompete, Violine oder Flöte sofort voneinander unterscheiden können, ist die unterschiedliche Obertonstruktur der Klänge – ihre Klangfarbe. Um verschiedene, unterscheidbare Sounds erzeugen zu können, muss ein Synthesizer also Einstellmöglichkeiten für alle drei dieser Komponenten haben. Und ein wichtiger Faktor kommt noch hinzu: Die Zeit. Tonhöhe, Lautstärke und Klangfarbe bleiben nämlich selten im Zeitverlauf konstant. Ein auf dem Klavier angeschlagener Ton klingt langsam aus, ein Cellist kann stufenlos von einem Ton zum nächsten “rutschen” und ein Trompeter kann die Klangfarbe seines Instruments mit dem Anblasdruck radikal verändern, und zwar auch während er einen Ton hält. Um lebendige Sounds zu erzeugen, braucht ein Synthesizer also auch die Fähigkeit, die drei Grundkomponenten im Zeitverlauf zu verändern. Die Bausteine mit den erstmal kryptischen Abkürzungen erfüllen jeweils einen ganz bestimmten Zweck, um diese verschiedenen Facetten eines Klangs zu formen.  

Subtraktive Synthese

Am Anfang steht jedoch eine einfache Schwingung, sozusagen das Ausgangsmaterial. Und hier sind wir bei der ominösen “subtraktiven Synthese” angekommen. Dieses Syntheseprinzip war eines der ersten, die zu Beginn der Synthesizerära entwickelt wurden, und noch heute arbeiten die allermeisten Synths auf diese Weise. Es beginnt mit einem Oszillator; einer elektronischen Schaltung, die eine elektrische Schwingung erzeugt. Gibt man diese über Lautsprecher aus, wird sie hörbar. Da analoge Oszillatoren mit vertretbarem Aufwand nur eine Reihe von einfachen Schwingungsformen – auch Wellenformen genannt – produzieren können, wird noch ein Bauteil benötigt, das die Veränderung der Obertonstruktur, also der Klangfarbe, ermöglicht. Diesen Job übernimmt bei einem subtraktiven Synthesizer das Filter. Dahinter verbirgt sich eine Schaltung, die bestimmte Frequenzen aus dem Klang entfernt, also herausfiltert. Und damit wird auch klar, warum man von subtraktiver Synthese spricht: Aus einer relativ obertonreichen Schwingung werden nachträglich Frequenzen entfernt – die Obertöne werden also subtrahiert. So können die unterschiedlichsten Klangfarben entstehen.  

1/7  Einige Beispiele für subtraktive Synthesizer aus 5 Jahrzehnten: Moog Prodigy

2/7  Korg MS10

3/7  Roland JX-3P

4/7  Clavia Nord Rack 2X

5/7  Korg microKORG

6/7  Moog Little Phatty

7/7  Dave Smith Instruments Mopho X4

Die subtraktive Synthese ist bei weitem nicht das einzige Syntheseverfahren. Es wurden auch verschiedene andere Technologien entwickelt, allen voran die additive Synthese, die – richtig – durch Addition bzw. Überlagerung bestimmter Schwingungen zum gewünschten Ergebnis führt, was in etwa dem Funktionsprinzip einer Orgel entspricht, und die FM-Synthese (Frequenzmodulation) des 80er-Jahre-Bestsellers Yamaha DX7 – von der selbst zu ihrer Blütezeit maximal zehn Leute auf der Welt wussten, wie man sie eigentlich genau programmiert. Hinzu kommen allerhand exotische Syntheseverfahren, die meist Nischenprodukte blieben. In diesem Workshop wollen wir uns aber zunächst nur mit der subtraktiven Synthese befassen, denn diese ist nach wie vor das am weitesten verbreitete Prinzip (und nebenbei das einfachste).

1/2  Der Yamaha DX7 von 1983 revolutionierte die Synthesizerwelt. Trotzdem konnte seine FM-Klangerzeugung die subtraktive Synthese nicht verdrängen. (Bild zur Verfügung gestellt von Yamaha)

2/2  Die auf einem Exciter basierende Klangerzeugung des Native Instruments Reaktor Prism ist ein Beispiel für ein exotisches Syntheseverfahren.