Synthesizer Basics Workshop: Subtraktive Synthese und deren Funktion

Filter

Nach den Oszillatoren folgt in der Signalkette eines subtraktiven Synths zumeist ein Mixer, der die Signale der Oszillatoren, des Rauschgenerators und ggf. weiterer Klangquellen zusammenmischt und an ein oder mehrere Filter weiterleitet. Einige Synths erlauben hier sehr flexible Verschaltungen, so ist es bei vielen Geräten möglich, das Signal von Oszillator 1 durch Filter 1 zu schicken, während das Signal von OSC 2 ein zweites, unabhängiges Filter durchläuft. Die endgültige Mischung der Signale erfolgt dann erst nach den Filtern. Am wenigsten festgelegt ist man bei vollständig modular aufgebauten Synthesizern, bei denen man die gesamte Verschaltung händisch oder virtuell mit Patchkabeln vornimmt und daher völlig frei bestimmen kann.  

Bei analogen Modularsystemen werden die Komponenten frei miteinander verbunden (Foto: Chris Adam)

Beim u-he Tyrell N6 und vielen anderen Synths müssen wir uns mit einem Filter begnügen, was aber nicht weiter schlimm ist, denn auch damit kann man allerhand anstellen.
Ein Filter ist eine elektronische Schaltung (oder deren Software-Emulation), die bestimmte Frequenzen aus dem Klang entfernt. So erhält man die Möglichkeit, aus den simplen Schwingungen der Oszillatoren viele verschiedene Klangfarben zu erzeugen. Das Filter ist mindestens genauso stark für den charakteristischen Sound eines Synthesizers verantwortlich wie die Oszillatoren selbst. Einige Designs für Filterschaltungen aus der Analogära wurden selbst zu Legenden und werden noch heute gebaut, kopiert und imitiert – allen voran das klassische “Moog-Ladder-Filter”, dessen Sound viele noch immer für unerreicht halten.
Der Filtertyp, der bei Synthesizern mit Abstand am häufigsten verwendet wird, ist das Tiefpassfilter (Lowpass / LP). Dieses lässt alle Frequenzen unterhalb einer einstellbaren Grenzfrequenz (Cutoff) ungehindert passieren und filtert die Frequenzen darüber heraus. Andere Filtertypen sind Hochpass (Highpass / HP), Bandpass (Bandpass / BP) und das Kerbfilter (Band Reject / BR / Notch). Das Bandpassfilter lässt nur die Frequenzen innerhalb eines bestimmten Bereichs passieren und ähnelt damit einem Wah-Wah-Pedal, während das Band-Reject-Filter nur einen bestimmten Bereich herausfiltert. Viele Synthesizer haben sogenannte Multimode-Filter, die sich zwischen verschiedenen Filtertypen umschalten lassen. Auch der Tyrell besitzt ein Multimode-Filter mit den Typen Tiefpass, Hochpass und Bandpass, wobei man hier zwischen Tiefpass und Hochpass überblenden kann, was interessante Möglichkeiten eröffnet.
Im folgenden Video seht ihr anhand eines Frequenzanalysetools, wie sich die Filtertypen Lowpass und Highpass auf das Frequenzspektrum einer Sägezahnwelle auswirken, wenn man am Cutoff-Regler dreht.

Flankensteilheit

Übrigens schafft es kein analoges Filter, die Frequenzen absolut exakt an der Cutoff-Frequenz zu teilen, und das würde auch komisch klingen. Es entsteht immer eine gewisse Kurve im Frequenzspektrum. Beim Tyrell (und bei vielen anderen Synths) lässt sich aber einstellen, wie steil diese verlaufen soll. Das ist die sogenannte “Flankensteilheit” des Filters – was für ein schönes Wort! Sie wird in dB pro Oktave angegeben, also wieviel Absenkung des Pegels das Filter im Frequenzbereich von einer Oktave schafft. Beim Tyrell stehen die Flankensteilheiten 12 db/Oct, 24 db/Oct und 36 dB/Oct zur Verfügung und lassen sich per Klick auf VCF POLES umschalten. Stellt das Tyrell-Filter einmal auf die verschiedenen Flankensteilheiten ein und experimentiert ein bisschen. Im folgenden Video seht und hört ihr, wie sich die verschiedenen Einstellungen auswirken. Das Filter ist zunächst auf 12 dB/Oct, dann auf 24 dB/Oct und schließlich auf 36 db/Oct eingestellt. Im Frequenzanalysetool ist gut zu sehen, wie die Kurve jedes Mal ein bisschen steiler wird. 

Der klangliche Unterschied ist ebenfalls zu hören. Bei 36 dB/Oct ist das Filter “zupackender” als bei 12 dB/Oct. Diese Einstellung ist deshalb prädestiniert für schärfere, schneidendere Sounds. Sanfte, warme Flächensounds klingen dagegen wahrscheinlich mit einer Flankensteilheit von 12 db/Oct besser. Übrigens ist 36 dB/Oct eine sehr hohe Flankensteilheit, die kaum ein echter analoger Synth schafft. Die großen Klassiker der Analogära hatten meist Filter mit maximal 18-24 dB/Oct – daher ist dies die Standardeinstellung für die meisten klassischen Synth-Sounds.

Resonanz

Der zweitwichtigste Regler der Filtersektion liegt bei fast allen Synthesizern gleich neben dem Cutoff und heißt Resonance. Einige Hersteller benutzen andere Bezeichnungen, so heißt die Filterresonanz bei Moog traditionell Emphasis und bei Korg Peak. Dreht man sie auf, so wird die Cutoff-Frequenz betont und tritt im Klang stärker hervor. Bei guten Filtern geht das so weit, dass das Filter bei voll aufgedrehter Resonanz selbst zu schwingen beginnt und man mit der Cutoff-Frequenz Melodien spielen kann. Dieses Phänomen nennt sich Selbstoszillation. Je mehr Resonanz man hineindreht, desto schärfer und schneidender wird der Sound. Im nächsten Video wird die Resonanz in einem Frequenzanalysetool sichtbar. Bei der ersten Filterfahrt ist gar keine Resonanz eingestellt, dann etwa 50% und schließlich 100%. Der Unterschied ist nicht zu übersehen – und nicht zu überhören.