Synthesizer Basics Workshop: Oszillatoren, Filter & Envelopes

Als erstes basteln wir einen einfachen, klassischen Synth-Bass nach Art z.B. eines Minimoog. Hier hört ihr schon mal den fertigen Sound:

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• Bass

Ladet im Tyrell das Preset bonedo_01_Start. In diesem “Reset-Programm” ist nur ein einziger Oszillator aktiv und die anderen Parameter des Synthesizers sind komplett neutral eingestellt. Viele Synths besitzen ein solches Start-Preset als Ausgangspunkt für eigene Klangprogrammierungen, oft heißt es INI, INIT oder Default. Unser Tyrell-Reset klingt so:

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• Reset-Sound: bonedo_01_Start

Oszillatoren

Werft mal einen Blick auf die Oszillator-Abteilung des Tyrell:

Die Oszillatorsektion des Tyrell

Hier entsteht die Basis des Klangs: Ein Oszillator ist eine elektronische Schaltung, die eine Schwingung erzeugt. Diese lässt sich später mit verschiedenen Mitteln zum endgültigen Sound zurechtbiegen. Mehr Infos dazu findet ihr im Theorie-Artikel. Der Tyrell hat zwei Oszillatoren und einen sogenannten “Sub-Oszillator”. Damit lässt sich schon einiges anstellen. Einige legendäre Synthesizer kommen sogar mit nur einem einzigen Oszillator aus. Das heißt nicht unbedingt, dass sie schlechter sind – nur etwas weniger vielseitig. Beispiele sind der Korg MS10, der Roland SH-101 oder die Roland TB-303 Bassline – alles simpel aufgebaute Geräte mit nur einem Oszillator, für die heute dennoch Mondpreise auf dem Gebrauchtmarkt hingeblättert werden.
In der Mixer-Sektion werden die einzelnen Oszillatoren zusammengemischt, bevor sie gemeinsam den Rest des Signalweges durchlaufen. Der Mixer ist im Grunde selbsterklärend. Im Moment ist hier nur der Regler für OSC1 aufgedreht, also hören wir auch nur die Schwingung des ersten Oszillators. Wenn wir die Regler für OSC2 und SUB aufdrehen, kommen auch die Signale des zweiten Oszillators und des Suboszillators hinzu. Die drei Fader für NOISE, RING und FEEDBACK bieten drei weitere Möglichkeiten zur Klangerzeugung, denen wir uns später widmen werden. Fürs erste bleiben wir bei den Oszillatoren.

1/2  Im Mixer werden die Signale der Oszillatoren gemischt

2/2  Mit dem Regler SHAPE 1 wird die Wellenform des ersten Oszillators gewählt

Lasst OSC 2 und SUB zunächst einmal aus und dreht am Regler SHAPE 1 in der Oszillatorsektion. Dieser bestimmt, welche Schwingungsform der erste Oszillator liefert. Der Tyrell ist hier vergleichsweise luxuriös ausgestattet, weil er auch die stufenlose Überblendung der vier Grundwellenformen erlaubt. Bei vielen Synths gibt es nur Wahlschalter, mit denen man zwischen einigen festgelegten Schwingungsformen auswählen kann. In unserem Preset erzeugt Osc1 eine Sägezahnwelle (Saw). Das ist eine der üblichen Basiswellenformen, die bei so gut wie jedem Synth zu finden sind. Sie hat ihren Namen vom Aussehen der Schwingung auf einem Oszilloskop – sie erinnert an die Zähne einer Säge. Spielen wir ein paar Noten, um den “nackten” Sägezahnsound kennenzulernen:

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• Sägezahnschwingung

Der Sägezahn ist eine sehr obertonreiche Schwingung, er klingt sehr hell und im wahrsten Sinne “sägend”. Stellt den Regler SHAPE 1 jetzt mal ganz nach rechts auf den Wert 4.00 ein (der aktuelle Wert wird beim Drehen im “Display” angezeigt). Nun hört ihr eine Rechteckwelle (Square). Sie ist ebenfalls sehr obertonreich, klingt aber etwas hohler und irgendwie “plastikmäßiger” als der Sägezahn:

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• Rechteckschwingung

Wenn ihr SHAPE 1 nun nach links auf die Stellung 2.00 dreht, erklingt eine Dreieckwelle (Triangle). Diese hat wesentlich weniger Obertöne als Sägezahn und Rechteck. 

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• Dreieckschwingung

Ganz links beim Wert 1.00 erzeugt der Oszillator eine Sinusschwingung. Sie hat (theoretisch) überhaupt keine Obertöne und klingt sehr dumpf:

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• Sinusschwingung

Das sind die vier Grundschwingungsformen, die für unsere Klangexperimente als Basis dienen werden. Da der Tyrell den Luxus bietet, stufenlos zwischen Wellenformen überzublenden, eröffnet sich hier eine große Spielwiese. Viele moderne Synths haben noch etliche weitere Wellenformen, mit denen sich sehr komplexe Klänge realisieren lassen. Für den Anfang genügen uns aber diese vier.

Die vier Grundschwingungsformen

Für den ersten Synth-Bass bleiben wir bei einer Sägezahnschwingung. Im Mixer dreht ihr jetzt den Fader für OSC 1 ganz auf. Zusätzlich regelt ihr den Fader für den Suboszillator etwa auf Null (hier meine ich den beim Regeln im “Display” angezeigten Wert und nicht die aufgedruckte Skala!). Nun hört ihr den ersten Oszillator und etwas leiser den Suboszillator, der immer eine Rechteckwelle erzeugt und eine Oktave unter dem Oszillator 1 klingt. Der Suboszillator bietet zwar keine weiteren Einstellmöglichkeiten, eignet sich aber hervorragend dafür, Sounds ein solides Fundament zu verpassen: genau das richtige für einen Bass!

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• OSC 1 und SUB

Filter

Nach dem Mixer erreicht das zusammengemischte Signal der Oszillatoren das Filter. Es erlaubt bestimmte Teile des Frequenzspektrums “wegzuschneiden”. Deshalb heißt dieses Syntheseverfahren auch “subtraktive Synthese” – aus einer relativ obertonreichen Ausgangsschwingung werden Frequenzen entfernt, also subtrahiert, um den endgültigen Klang zu erreichen. Mehr Infos dazu findet ihr im Theorie-Artikel. Viele neuere Synths haben zwei oder mehr Filter, die flexibel miteinander verschaltet werden können. Beim Tyrell müssen wir uns mit nur einem (wenn auch recht flexiblen) Filter begnügen. Das reicht für den Anfang absolut aus.

1/2  Die Filtersektion des Tyrell

2/2  So sieht der Signalweg bis hierhin aus: OSC1 und Suboszillator erreichen durch den Mixer das Filter

Der bei Synthesizern am häufigsten verwendete Filtertyp ist das Tiefpassfilter (“Low Pass” oder LP). Es lässt die Frequenzen unterhalb eines einstellbaren Punkts ungehindert passieren und filtert jene heraus, die über diesem Punkt liegen. Dieser Filtertyp ist in unserem Startpreset bereits voreingestellt. Der Punkt, an dem der Schnitt erfolgt, ist die sogenannte Grenzfrequenz, oder englisch “Cutoff”. Sie lässt sich mit dem CUT-Regler einstellen. So klingt es, wenn ihr das Filter zu- und wieder aufdreht:

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• Filter Cutoff (Low Pass)

Die beiden wichtigsten Regler der Filtersektion: Cutoff und Resonanz

Je tiefer die Cutoff-Frequenz, desto dumpfer wird der Sound. Für unseren Basssound stellt ihr CUT auf etwa 80 ein (wie immer, wenn ich Werte angebe, meine ich den Display-Wert und nicht die Skala am Fader). Nun klingt das Ganze so:

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• Bass: Filter ohne Resonanz

Jetzt fügt ihr noch ein wenig Filterresonanz hinzu, wodurch die Cutoff-Frequenz klanglich betont wird. Wenn ihr den Regler RES so ungefähr auf 50 stellt, sollte der Sound so klingen:

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• Bass: Filter mit Resonanz

Hüllkurven

Das ist natürlich noch viel zu langweilig. Deshalb kümmern wir uns nun darum, dem Sound Leben einzuhauchen. Dafür sind unter anderem die sogenannten Hüllkurven (engl. “Envelopes”) zuständig, mit denen Klangeinstellungen wie Lautstärke, Filter oder Tonhöhe im Zeitverlauf gesteuert werden können. Der Tyrell hat zwei Envelopes: ENV1 und ENV2.

Die beiden Hüllkurven (Envelopes) des Tyrell

Beide Hüllkurven haben vier Regler für die vier Phasen einer klassischen ADSR-Hüllkurve: Attack-Zeit, Decay-Zeit, Sustain-Level und Release-Zeit. Die Einzelheiten dazu findet ihr im Grundlagen-Kapitel. An dieser Stelle möchte ich nur noch einmal betonen, dass Attack, Decay und Release (Regler 1, 2 und 4) Zeiten angeben, während Sustain (Regler 3) ein Level ist, das gehalten wird, bis die Taste losgelassen wird. Das sollte man sich unbedingt klarmachen, um die Funktionsweise einer solchen Hüllkurve zu verstehen. Zusätzlich stehen für beide Envelopes Regler für die Anschlagempfindlichkeit, das Key Tracking und Fall/Rise zur Verfügung, die aber erst später benötigt werden.
ENV1 trägt zusätzlich die Bezeichnung “VCA”. Das besagt, dass diese Hüllkurve in erster Linie zur Regelung der Lautstärke dient. Hinter dem Filter folgt im Signalweg nämlich der sogenannte “Voltage Controlled Amplifier”, der im Normalfall von diesem ENV1 moduliert wird. ENV2 steht zur freien Verfügung. Für den Beispielbass werden wir mit ENV1 die Lautstärke kontrollieren und mit ENV2 den Filter-Cutoff.
Weil der Effekt hier besser hörbar wird, beginnen wir mit ENV2 und dem Filter. Stellt die Decay-Zeit (den zweiten Fader) etwa auf den Wert 30 ein. Das Sustain (Regler Nr. 3) dreht ihr ganz herunter. Nun erzeugt die Envelope bei jedem Tastenanschlag eine abfallende Kurve. Die Release-Zeit (Regler 4) kommt hier nur zum Tragen, wenn wir die Taste schon vor Ende der Decay-Zeit wieder loslassen. Stelt sie auf einen kleinen Wert ein, z.B. 10.00.

So in etwa sieht die Kurve aus, die ENV2 in diesem Beispiel erzeugt

Um den Filter-Cutoff mit ENV2 zu steuern, klickt ihr nun in der Filtersektion auf das Feld SOURCE 1. Hier öffnet sich eine Liste, in der ihr aus verschiedenen Möglichkeiten zur Steuerung des Filters auswählen könnt. ENV2 verbirgt sich hinter dem Eintrag ADSR2.

1/2  Aus dieser Liste wird die Modulationsquelle für das Filter ausgewählt

2/2  Dieser Regler bestimmt, wie stark der Filter-Cutoff beeinflusst wird

Wenn ihr nun den darüber liegenden Regler MOD 1 aus der Mittelstellung nach rechts dreht, beginnt die Hüllkurve, die Cutoff-Frequenz des Filters zu beeinflussen. Bei positiven Werten wird die mit dem CUT-Regler eingestellte Frequenz durch die Hüllkurve nach oben moduliert. In unserem Beispiel beginnt die Filterfrequenz höher und fällt innerhalb der eingestellten Decay-Zeit auf den CUT-Wert ab. Dreht man MOD 1 hingegen nach links, wirkt die Hüllkurve negativ, wodurch der Filter-Cutoff von unten aufgeht, bis er nach der Decay-Zeit den CUT-Wert erreicht hat. Das kann übrigens nicht jeder Synth – die positive Modulation ist sehr viel verbreiteter und wird viel häufiger benutzt. Probiert das trotzdem einmal aus. Im nächsten Klangbeispiel hört ihr, was passiert, wenn man MOD 1 aus der Mittelstellung einmal ganz nach rechts, dann ganz nach links und wieder in die Mitte dreht:

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• Filterhüllkurve positiv und negativ

Für unseren Basssound stellt ihr nun für MOD 1 den Wert +60 ein, so dass der Cutoff moderat positiv moduliert wird.
Auch die Lautstärke soll einer Hüllkurve folgen, wofür wir ENV1 benutzen. Hier stellt ihr für Decay (Regler 2) den Wert 20 ein, für das Sustain-Level den Wert 70 und für Release einen recht kurzen Wert, z.B. 10. Das beseitigt ein eventuelles Knacken beim Loslassen der Taste, ohne dass der Ton zu lange ausklingt. Die entstehende Kurve sieht in etwa so aus:

ENV1 erzeugt in diesem Beispiel eine solche Kurve

Nach dem Tastenanschlag fällt der Pegel also sehr schnell auf das Sustain-Level ab, wodurch bei jeder Note am Anfang ein kleiner “Punch” entsteht. Das macht unseren Bass druckvoller und knackiger. Beim Loslassen der Taste fällt der Pegel wegen der kurzen Release-Zeit ganz schnell auf Null zurück. Damit die Hüllkurve die Lautstärke beeinflusst, braucht ihr hier übrigens nichts extra einzustellen – das ist im Start-Preset schon voreingestellt. Das entsprechende Setting verbirgt sich hinter der Liste VCA in der Global-Abteilung ganz oben rechts. Wäre hier stattdessen “Gate” ausgewählt, würde der Ton einfach an und aus gehen wie bei einer Orgel, ohne durch ENV1 in der Lautstärke beeinflusst zu werden.

1/2  Hier stellt man ein, ob die Lautstärke von ENV1 kontrolliert werden soll

2/2  Mit den Steuerungen durch die Envelopes sieht unser Signalweg nun so aus

Im Ergebnis hört sich das nun so an:

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• Bass

Und damit ist euer erster, einfacher Synth Bass fertig. Experimentiert ruhig mit den Wellenformen, dem Filter und den beiden Hüllkurven, um den Sound nach euren Wünschen zu gestalten! Zum Beispiel könntet ihr dem Oszillator 1 statt der Sägezahnwelle eine andere Wellenform geben, die Filterresonanz erhöhen, die Decay-Zeit der ENV 2 anders einstellen oder am MOD1-Regler des Filters drehen, ganz wie es euch beliebt. Probiert auch einmal, bei beiden Envelopes den VELO-Regler aufzudrehen. Dann wirkt sich die Anschlagstärke darauf aus, wie stark die jeweilige Hüllkurve eingreift – der Sound wird anschlagdynamisch.

So sieht der fertige Basssound im Tyrell aus