Synthesizer-Diplom

Synthesizer Diplom ist ein Pamphlet, welches ich Mitte der 90er schrieb, um digitale Synthesizer näher zu beleuchten als Arbeit bei der Schule für Tontechnik aka SfT in Wuppertal (Audio Engineer / Audio Producer). http://www.sequencer.de/synthaudio/synthesizer-diplom.html

Auch als PDF http://www.sequencer.de/pix/synthaudio_pics/synthdiplom.pdf (ohne Bilder leider). Im Folgenden auch ohne Bilder.. Bau ich evtl später dazu..

SYNTHESIZER - DIPLOM

von --- Moogulator.com - 13:44, 14 August 2007 (CEST) Uhrheberrechtlich geschützt, bitte bei Ausschnitten fragen.. nicht einfach kopieren (C) 1996/97 by Consequence Mic Irmer (Moogulator) kontakt / adresse / email moogulator

0 Vorgeschichte des Synthesizers

Synthesizer History Milestones/Vorgeschichte und Geschichtliche Meilensteine

• Synthesizer Vorgeschichte
• Synthesizer History Timeline

Hauptteil

2. Digitale Grundlagen / global

2.1 Was ist "digital"?

Bevor die Vorteile und die Technik von "Analog"- und "Digital" Synthesizern besprochen werden, ist es nötig, den Unterschied zu erklären: "digitale" Zustände kommen in der Natur nicht vor, es ist eine Technik der Vereinfachung durch Darstellung von physikalischen Größen in einem Zahlenraster. Konkret: eine Steuerspannung, die jeden Wert annehmen kann, ist formgleich; wie in der Natur; eine analoge wert- und zeitkontinuierliche Größe. Wenn man diese Größe als digital bezeichnen will, so bedeutet dies, sie wird als Zahlenwert auf einer ebenfalls gerasterten Zeitachse als diskrete Zahl ausgedrückt (Beispiel für die: y Achse: Auflösung: 8 Bit = 65536 Werte, dadurch ergeben sich Stufungen; erhöht man die Auflösung, werden die Stufen kleiner, aber niemals so fein wie das analoge "Soll-Pendant"; die x Achse: wieviele "Proben" werden genommen pro Sekunde?). Um das digitale Signal dem Analogvorbild anzunähern, kann man:

- Die Anzahl (Auflösung) der Werte zwischen Maximal- und Minimalpunkt vergrößern (die Treppe hat mehr Stufen = feineres Abbild). Ein Analogwert ist stufenlos, der digitale muß hier zwischen zwei diskreten Werten unterscheiden (="Quantisierung") und kann nur innerhalb dieser Werte operieren.

- Mehr Werte auf der x-Achse entsprechen häufigerem "Abfragen", also mehr Einzelproben, die "Samples" (Treppe hat schmalere Stufen = feineres Abbild). Häufigeres Abfragen erhöht die oberste hörbare, wiedergegebene Frequenz, muß also nicht "gegen unendlich" tendieren, wie der y-Wert, sondern kann im hörbaren Bereich bleiben. Hierbei sind noch andere Dinge wichtig, welche mit der Abtastung zusammenhängen. Zu nennen sei hier das "Nyquist-Theorem", das ähnlich dem Effekt des scheinbaren Rückwärtslaufes von Filmen besagt, die doppelte Abtastfrequenz zu verwenden, um nicht ungewollt Wellendurchläufe zu "überspringen" und somit falsch wiederzugeben. Dies soll zugunsten des Umfangs der Arbeit nicht weiter vertieft werden.

unperfekte Zeichnung:

Als Beispiel für die Reduktion einer analogen auf eine digitale Wellenform hier eine Prinzipskizze (Seite 6 oben) einer Sinuswellenform. Die Umwandlung ist nötig, um sie mit Computern weiterverarbeiten zu können.

Ein letzter Punkt zur Verdeutlichung ist die praktische Umsetzung in die Realität: Ein Analogsynthesizer ist aus verschiedenen Baugruppen (also Modulen), welche eine bestimmte Funktion erfüllen, zusammengesetzt. Jede Baugruppe kann, wie bei analogen Modularsystemen gut zu erkennen, als eine in sich geschlossene, (fast) autarke Einheit gesehen werden, die mit anderen Modulen durch entsprechendes Patchen verbunden werden. Bei nicht- oder teilmodularen Systemen sind diese Verbindungen bereits ab Werk intern verdrahtet. Ein reiner Digitalsynthesizer besteht ebenfalls aus solchen Baugruppen mit dem Unterschied, daß sie als Computerprogramme (bzw. "Unterprogramme") in Form eines Algorithmus bestehen. Diese (Einzel-)algorithmen besitzen die Möglichkeit zur Übergabe von Parametern zur Ein- und Ausgabe, welche mit den Patchkabeln zwischen den Analogmodulen vergleichbar sind.

Jetzt kann man erkennen, daß der Digitalsynthesizer eine Datenverarbeitungsanlage, ein Computer, ist. Dieser ist, weil er ja keine (analogen) elektrischen Spannungen oder verschiedene Schalldrucke verarbeitet, sondern mit Algorithmen (also Zahlen) umgeht, mit Wandlern ausgestattet sein, die das digitale "Signal", also Zahlenkolonnen, in elektrische Spannungen (Spannungsschwankungen) umsetzen (und umgekehrt).

Die Vorteile der digitalen Geräte sind:-

leichter / preiswerter herstellbar- reproduzierbare Ergebnisse / mögliche Verarbeitung durch Computer- neue Funktionen leichter integrierbar / austauschbar

2.2 Sampling

Ein "Sample" ist die digitale Aufnahme eines Geräusches, welches oft als Erweiterung subtraktiver Synthesizer eingesetzt wird (siehe Kapitel "Synthesetechniken"), um Naturklänge oder Startphasen eines Klanges (sehr entscheidend zur Erkennung eines Instrumentes) authentischer und schneller zur Verfügung zu haben.

Um Samples zu benutzen, müssen diese im Speicher des Synthesizers (also des Computers im Synthesizer) abgelegt sein, welche entweder ab Werk fest in einem Chip (einem ROM = Read Only Memory, siehe dazu Abschnitt 2.3 Computer) oder von außerhalb in den Daten-Speicher des Synthesizers geladen werden. Dies geschieht durch Datentransfer über eine Schnittstelle oder Massenspeicher wie Disketten oder Festplatten. Eine übliche Methode ist die Benutzung von Analog- / Digital (A/D) - Wandlern, welche die Entsprechung bei der Ausgabe durch Digital / Analog (D/A) - Wandler sind. Hierbei gibt es viele Methoden. Die zur Zeit übliche ist die "Delta Sigma" Wandlung (Messung relativ zum vorangegangenen Meßwert).

Wie Tonhöhenänderungen erreicht werden siehe auch Kapitel 3.2.1.

Samples haben einen Start- und Endpunkt, sowie eine (oder mehrere) Schleifenbildungmöglichkeit(en) mit eigenen Start- und Endpunkten ("Loopstart- und Endmarkierung"). Die Schleife(n) sind für die Phase des Klanges, in der die Taste gedrückt bleibt, zuständig. So ist es möglich, auch einen Streicherklang "unendlich langzuziehen", bis die Taste losgelassen wird (durch Wiederholen, also "Loopen" eines Teils des Samples). Der Ausklang kann auch oft mit einer zweiten solchen Schleife ("Loop") belegt werden.

Professionelle und aktuellere Sampler haben zumeist eine komplette subtraktive Einheit mit "an Bord" und sind somit auch als Synthesizer zu sehen (wie zum Beispiel der E-mu "Emulator IV"). Die Oszillatoren haben hier Samples als "Wellenform", die nachher eine Filtereinheit passieren, das heißt: dynamisches Verändern bestimmter harmonischer Teiltöne. Natürlich können auch die Grundwellenformen als Sample benutzt werden, digitale Oszillatoren sind oft ebenfalls in dieser Weise realisiert (andernfalls werden sie algorithmisch, also nach einer Rechenvorschrift in einem Programm erzeugt). Deshalb kann man "Sampler" und "Synthesizer" nicht getrennt sehen, wie auch der "Workstation"-Begriff (Synthesizer mit eingebautem Sequencer und Schlagzeugsounds) lediglich auf eine Spezialisierung hinweist, und die Grenzen zunehmend verschwimmen oder gar nicht mehr zu erkennen sind.

Eine Auswahl einiger digitaler Synthesizer und Samplermodule: Von oben nach unten (rechtes Foto): - ENSONIQ ASR - 10 (Sampler mit Effektprozessor) & Wechselplattenlaufwerk - YAMAHA TG-77 (FM-Synthesizer mit Samplewiedergabe = "AFM") ( YAMAHA Effektprozessor SPX 900 ) - WALDORF Microwave (Hybrid Wavetable-Synthesizer) - CLAVIA Nord Lead (digitaler virtueller "analog"-Synthesizer) - E-MU Emulator IV (Z-Plane-Sampler)& Wechselplattenlaufwerk (nicht im Bild) ( ENSONIQ Effektprozessor DP/4 )

Fotos sind hier leider nicht mehr, aber alle Synthesizer befinden sich in der Synthesizerdatenbank! SynthDB

Von oben n. unten (Linkes Foto): OBERHEIM Xpander(Analog-Synthesizer) KORG Prophecy (M.O.S.S. Synthesizer) ENSONIQ SQ80 (Hybridsynthesizer)

3. Synthesetechniken / speziell

3.1 Subtraktive Synthese / Sampling

Grundlagen und wie digitale Filter funktionieren

3.2.1 Wavetable-Synthese (Wavescanning / Wavesequencing)

(zB in ppg wave und waldorf wave, microwave 1 und 2 und waldorf microwwave xt und xtk)

5.CD Inhalte

hier downloaden: http://www.sequencer.de/synthaudio/synthesizer_cd_literatur.html#synthdiplomAUDIO

6. Literaturverzeichnis

5. Literaturverzeichnis

monatliche Zeitschriften:

- Keys 1/97, PPV Presse Project Verlags GmbH, Bergkirchen-

Keyboards 4/86, 5/86, 6/86 MM-Musik Media Verlag GmbH, Augsburg

sowie die Informationen dieser Zeitschriften seit 1985...

Bücher:

- Marc Vail, Vintage Synthesizers, 1. Auflage, 1993, GPI / Miller Freeman Books San Francisco

- Dr.Ing. Hans-Jochen Bartsch, Taschenbuch mathematischer Formeln, 16.Auflage 1994, Fachbuchverlag Leipzig-Köln Leipzig

- Matthias Becker, Synthesizer von gestern, 1. Auflage, 1990, MM-Musik Media Verlag Augsburg

- Europa / H.Häberle, Tabellenbuch Elektrotechnik, 11.Auflage, 1984, Verlag Europa Lehrmittel, Nourney, Vollmer, Wuppertal

Verschiedenes:

- Informationen und Bedienungsanleitungen der exemplarischen Firmen Waldorf, Symbolic Sound, Clavia

- sowie sehr viele persönliche Informationen / Aufzeichnungen des Autors..

... 6. Bilderverzeichnis

Seite 4 - Foto: YAMAHA CS-80 (fotografiert von Dieter Stork) Matthias Becker, Synthesizer von gestern, Seite 71 unten rechts, 1. Auflage, 1990, MM-Musik Media Verlag Augsburg

Seite 6 - Grafik / Prinzipskizzen: vom Verfasser selbst (analog <>digital)

Seite 8 - Foto: vom Verfasser selbst (diverse Synthesizer)

Seite 18 - Foto: vom Verfasser selbst (CLAVIA Nord Lead, offen)

Seite 21 - Foto: vom Verfasser selbst (WALDORF Microwave, offen) Foto: vom Verfasser selbst (YAMAHA TG77, offen)

Seite 25 - Grafik / Skizzen: vom Verfasser selbst (Filterkennlinien)

Seite 28 - Grafik: vom Verfasser selbst (WALDORF Microwave Parameter für Modulationen, Oszillatoren, LFOs & LFO-Hüllkurve, Mix, Wave/table)

Seite 35 - Grafik: vom Verfasser selbst (WALDORF Microwave: Wavetable-Ausschnitt / Interpolation, Wave-Hüllkurve, Filter-Hüllkurve mit Modulationen)

Seite 38 - Grafik: vom Verfasser selbst (Beispiel für FM-Synthesizer: Hüllkurven, Skalierung und "Algorithm" für YAMAHA TG77)

Anmerkung: Einige Grafiken wurden unter Zuhilfenahme des Programms "EMAGIC Sounddiver für Apple Macintosh" erstellt.

7. Bilderverzeichnis

8. Anhang (Demo-CD Inhalt) AUDIO DOWNLOAD

9 ) find a complete "how to make a bass with FM" tutorial here / Tutorial für FM Bass Sounds hier..