Analoge Synthesizer




Monophon

Den ersten spiel- und konfigurierbaren Synthesizer stellte Robert Moog her und präsentierte ihn 1964 auf der „Audio Engineering Society convention“. Bereits während der Entwicklung konnte er den Musiker Walter Carlos (später Wendy Carlos) für den modularen Synthesizer begeistern. Der neue Klang, wie auf dem "meistverkauften Album klassischer Musik" Switched-On Bach von Walter Carlos 1968, war sensationell.

In den späten 1960ern erschienen eine Vielzahl von Aufnahmen, die den neuen Moog-Synthesizer-Sound verwendeten. Zur Berühmtheit wurde das Stück Popcorn, das zum weltweiten Tophit wurde und als erstes komplett mit dem Moog-Synthesizer erstellt wurde. Und auch die legendären Beatles verwendeten auf ihrem Album Abbey road ganz dezent einen Moog, um zum Beispiel dem Schluss-Refrain von Here comes the sun einen luftig „pfiffigen“ Klang zu verpassen.

Moog setzte zugleich auch die Standards, die das Verknüpfen verschiedener Synthesizer erlaubte, wie z. B. eine Schnittstelle zur externen Ansteuerung über eine logarithmische 1-Volt/Oktave-Tonhöhensteuerung. Die Ansteuerung der Synthesizer erfolgte normalerweise über eine normale Klaviatur oder über einen Sequenzer, bei dem man Tonhöhenfolgen zeitlich programmieren konnte, und der über die genannte Schnittstelle den Synthesizer ansteuerte.
Ein Moog Voyager
Ein Moog Voyager

Da das Moog Modular System jedoch für den Bühnen- und Live-Einsatz zu groß und zu umständlich zu bedienen war, integrierte Moog die wichtigsten Komponenten seines Synthesizers in ein kompaktes Gehäuse, das den Namen Minimoog erhielt und 1970 auf den Markt kam. Der Minimoog wurde in den Folgejahren ein von vielen Musikern verwendetes und weit verbreitetes Musikinstrument. Im Laufe der 1970er Jahre kamen verschiedene weitere Unternehmen mit Synthesizern auf den Markt u. a. ARP Instruments (von Alan Robert Pearlman), Oberheim (von Tom Oberheim) und Sequential Circuits. Alle Synthesizer hatten jedoch zwei entscheidende Nachteile: zum einen waren sie nur monophon spielbar, zum anderen waren sie nicht dauerhaft zu programmieren. Man konnte also keine Einstellungen speichern.

Dennoch spezialisierten sich Gruppen und Musiker wie Pink Floyd, Emerson, Lake and Palmer, Kraftwerk, Jean-Michel Jarre, Tangerine Dream, Ed Starink, Klaus Schulze oder Vangelis auf Synthesizer. Die Rockband The Who bediente sich in ihrem Song Won't get fooled again (1971) eines von einem Sequenzer gesteuerten Synthesizers.

Polyphon

Die meisten der ersten Synthesizer waren monophon. Nur wenige waren in der Lage, zwei Töne zur gleichen Zeit zu erzeugen, wie der Moog Sonic Six, der ARP Odyssey, und der EML 101. Echte Polyphonie war zur damaligen Zeit nur über das Prinzip der elektrischen Orgel (Oktavteiler-Prinzip) zu realisieren. Der ARP Omni, der Moog Polymoog und der Opus 3 verbanden daher beide Elemente.

Erst 1976 kamen die ersten echten polyphonen Synthesizer auf den Markt: der Yamaha CS-80 und der Oberheim Four-Voice. Diese ersten Synthesizer waren aber komplex und teuer. Der erste erschwingliche polyphone und zudem mikroprozessorgesteuerte und damit programmierbare Synthesizer war 1978 der Prophet-5 von Sequential Circuits. Zum ersten Mal konnten Musiker ihre Einstellungen speichern und per Knopfdruck wieder abrufen. Daneben war er - verglichen mit den Modulsystemen - kompakt und leicht.

Analoge Klangerzeugung


Analoge Synthesizer der 1970er Jahre sind oft als Modularsystem aufgebaut. Die einzelnen Komponenten (Signalgeneratoren, Filter, Modulatoren) sind in einem Rack montiert und werden nach Bedarf durch Klinkensteckerkabel miteinander verbunden.

Ein Ton setzt sich in der Regel aus einem Grundton, der die Tonhöhe festlegt, und Obertönen - auch Teiltöne oder Harmonische Töne genannt -, die die Klangfarbe bestimmen, zusammen. Verschiedenartige Klänge entstehen also durch verschiedenartigen Aufbau der Obertonreihen. Die einzelnen Obertöne differieren dabei in Frequenz, Amplitude und in zeitlichem Auf- und Abbau. Bei der Klangerzeugung im analogen Synthesizer ging man in Anlehnung an mechanische Instrumente zunächst von wenigen Grundwellenformen aus: der Kippschwingung (streicherähnlich), der Rechteckschwingung (holzbläserähnlich), und der Dreieckschwingung (flötenähnlich). Siehe: Signalgenerator

Voltage Controlled Oscillator

Der VCO stellt den wichtigsten Baustein bei analogen Synthesizern dar; dies ist ein elektronischer Schwingkreis, dessen Tonfrequenz von einer Steuerspannung abhängig ist. Bei der simultanen Verwendung mehrerer Oszillatoren erhöht sich die Zahl der klanglichen Gestaltungsmöglichkeiten, wobei das leichte Verstimmen von Oszillatoren gegeneinander häufig verwendet wird (out-of-tune-effect). Die Oszillatorenart Digitally Controlled Oscillator ist durch einen Mikroprozessor digital gesteuert, obwohl das Klangerzeugungsprinzip analog bleibt.

Der Rauschgenerator

In Analogie zum physikalischen Licht spricht man von Weissem Rauschen, wenn in einem Klanggemisch sowohl hohe wie tiefe Frequenzen gleichzeitig auftreten. Um Farbiges Rauschen handelt es sich bei einer Störung dieser Frequenz-Gleichverteilung (wenn ein Frequenzbereich dominant ist). Einige Synthesizer besitzen die Möglichkeit, 1/f-Rauschen zu erzeugen, bei dem die tiefen Frequenzen überwiegen. Neben der Kombination mit VCOs als Lieferant komplexer Audiosignale kann Rauschen auch als Modulationsquelle dienen. Auf diese Weise entstehen ungewöhnliche und interessante Klänge.

Voltage Controlled Filter (VCF)

Die eigentliche Klangformung findet im Spannungsgesteuerten Filter (VCF) statt - der gebräuchlichste Filter ist der Tiefpass-Filter. Der Hochpass-Filter arbeitet genau umgekehrt. Durch die Reihenschaltung von Tief- und Hochpassfiltern entsteht ein Bandfilter; eine Bandsperre entsteht bei Parallelschaltung. Hierbei wird ein spezielles Frequenzband gedämpft, während die übrigen Frequenzanteile ungehindert passieren. In der Regel kann man bei Filtern zwischen 12 (weich) und 24 (hart) dB Flankensteilheit wählen.

Voltage Controlled Amplifier (VCA)

Der Spannungsgesteuerte Verstärker kontrolliert den Klangparameter Dynamik durch lineare oder exponentielle Abhängigkeit der Spannung. Als Synthesizermodul wird der VCA hauptsächlich von dem Hüllkurvengenerator gesteuert.

Der Hüllkurvengenerator
   
Hüllkurvengeneratoren produzieren programmierbare Spannungsabläufe, die über den VCA zur Dynamikregelung im "mikroskopischen" Bereich eines Klanges verwendet werden. In der Mehrzahl der Fälle lassen sich bei H. vier unterschiedliche Parameter programmieren: Anschwellzeit (Attack-Time), Abklingzeit (Decay-Time), Lautstärke (Sustain-Level), und Ausklingen (Release-Time). Die Festlegung des Bereiches wird durch den Parameter Level verändert.

Die Modulation


Das Synthesizermodul LFO (Low Frequency Oscillator) besteht aus einem regelbaren Oszillator mit sehr niedriger Frequenz.
Moduliert man den VCF mit den unterschiedlichen Wellenformen des LFO lassen sich bei Kopplung zweier Filter zu Bandpass oder -sperre verschiedene Effekt-Varianten wie Wah-Wah oder Phaser erzeugen. Bei Modulation des VCA durch sinus- oder dreieckförmige LFO-Signale entsteht hingegen ein Tremolo. Ein Rechtecksignal des LFOs sorgt für ein ständiges Repitieren des Tones (Mandolineneffekt).


Sample-and-Hold

Aus einem Rauschsignal wird in regelmässigen Abständen eine Probe entnommen und festgehalten. Bei VCO-Kontrolle ändert sich die Tonhöhe zufällig, wohingegen die Töne bei VCF-Steuerung (Spektralmodulation) abwechselnd heller und dunkler werden.

Frequency Follower

In diesem Modul wird die Tonhöhe eines Signals in eine entsprechende Steuerspannung umgewandelt; damit arbeitet es genau nach dem umgekehrten Prinzip eines VCOs. Die Schwierigkeit hierbei liegt in der Minimierung der Zeit, die zum Erkennen der Tonhöhe benötigt wird. Da mehrere Wellenlängen einer Frequenz zu ihrer Identifikation notwendig sind, ergibt sich bei tiefen Frequenzen eine längere Erkennungszeit als bei höheren Tönen.

Envelope Follower

Diese Baugruppe wandelt den Lautstärkeverlauf in einen entsprechenden Spannungsverlauf um.

Ringmodulator

Mit Hilfe dieses Moduls lassen sich aus zwei beliebigen Klängen neue komplexe Klänge erstellen. Als Resultat entstehen metallische, glockenartige Klänge. Die Flexibilität bei der unmittelbaren elektronischen Umformung beliebiger Schallergebnisse hat die Ringmodulation zu einer bevorzugten Methode der Live-Elektronik werden lassen.

Resonanzfilter

 Dieses Modul dient der elektronischen Nachbildung von Formanten.

Analoge Sequenzer

Analoge Sequenzer produzieren automatische Steuerspannungsabläufe und Triggersignale, die zur Kontrolle jedes beliebigen spannungsgesteuerten Synthesizermoduls verwendet werden können. Analoge Synthesizer lassen sich auch von digitalen Sequenzern steuern. Heute werden digitale Sequenzer wiederum von Mikroprozessoren gesteuert. Man unterscheidet Hardware- von Software-Sequenzern.