Die Welt der Synthesizer und ihre Funktionsweise

Als elektronische Musikinstrumente ermöglichen Synthesizer die Verarbeitung und Manipulation von Wellenformen, die durch Oszillatoren erzeugt werden.

Die Geschichte des Synthesizers geht auf das späte 19. und frühe 20. Jahrhundert zurück, als die ersten Synthesizer-ähnlichen Instrumente entwickelt wurden. Dazu gehören das Dynamophon von Thaddeus Cahill und das Theremin, benannt nach seinem russischen Erfinder Leon Theremin. Beide Instrumente hatten großen Einfluss auf die Entwicklung von Synthesizern, allerdings waren sie zu dem Zeitpunkt zu komplex, um kommerziellen Erfolg zu erreichen.

Das erste populäre elektronische Instrument, die Hammondorgel, kam 1935 auf den Markt. Heute gilt sie als ein monumentales Produkt, dessen Sound in vielen VSTs enthalten ist. Im Jahr 1956 wurde schließlich der Begriff Synthesizer als Beschreibung des RCA Mark I Synthesizers von Harry F. Olson und Herbert Belar geprägt. Allerdings blieben Synthesizer für die meisten Menschen aufgrund ihrer Größe und Kosten vorerst unzugänglich.

Die nächste entscheidende Erfindung, der modulare Moog-Synthesizer, kam 1964 auf den Markt. Sein Entwickler Robert Moog fand einen Weg, die Tonhöhe durch Spannung zu steuern und sie durch andere Komponenten wie Hüllkurven (Envelopes), Filter und Sequenzer zu manipulieren.

Die 1970er Jahre erlebten die Geburt des Minimoog, eines kleinen, preiswerten Synthesizers, dank dem die Instrumente endlich zugänglicher wurden. Zu der Zeit wurden auch andere, wesentlich kompaktere Synthesizer entwickelt, darunter der ARP 2600. In den 70ern erregten Synths zunehmend die Aufmerksamkeit von Artists, insbesondere in den USA und im Vereinigten Königreich. Musikschaffende begannen, sie in ihren Produktionsprozess zu integrieren, wodurch sich Synthesizer zu einem wesentlichen Bestandteil der modernen Musikproduktion etablierten.

Die 1980er Jahre markierten den Übergang von analoger zu digitaler Technik und die Entstehung neuer (Musik-)Technologien. Dazu gehört unter anderem MIDI, ein Industriestandard für den Austausch von Informationen zwischen ‘Steuertools’ und Instrumenten (z.B. Keyboards und Synths). Dies brachte eine Vielzahl neuer Möglichkeiten mit sich und führte zur Veröffentlichung des Yamaha DX7, dem ersten kommerziell erfolgreichen digitalen Frequenzmodulations-Synthesizer (FM). Digitale Synths blieben bis in die 2000er Jahre die bevorzugte Wahl. Danach gewannen analoge Synthesizer erneut an Popularität.

Heute existieren analoge und digitale Synthesizer oft als virtuelle Software-Versionen, während viele traditionelle Sounds in VSTs als Presets/Samples integriert sind. Aber wie unterscheiden sich analoge Synths von Digitalen, und was ist der Unterschied zwischen Hardware- und Software-Synthesizern?

Synthesizer lassen sich grob in zwei Kategorien – analog und digital – einteilen. Analoge Synths verwenden analoge Schaltungen und Signale, dank der Klang erzeugt und manipuliert werden kann. Im Gegensatz dazu verwenden digitale Synthesizer digitale Signalprozessoren (DSP), um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. Synths, die beide Technologien verbinden, werden als hybrid bezeichnet. Alle drei fallen in die Kategorie der Hardware-Synthesizer.

Analoge Synthesizer lassen sich zusätzlich in monophone und polyphone Geräte unterscheiden. Monophone Synthesizer können nur eine Note zur selben Zeit spielen, während polyphone Synthesizer mehrere Noten gleichzeitig spielen können und somit sowohl Melodien als auch Harmonien erzeugen. Allgemein werden sie mit einem wärmeren Klang assoziiert und ermöglichen eine recht einfache Manipulation von Sound. Da sie vor digitalen Synthesizern entwickelt wurden, sind sie jedoch nicht immer mit MIDI und anderen modernen Technologien kompatibel.

Digitale Synthesizer sind in der Regel polyphon und bieten mehr Möglichkeiten zur Erzeugung von Klängen, die mit analogen Synthesizern nicht erreicht werden können. Sie ermöglichen verschiedene Formen der Synthese, darunter Sampling, FM-Synthese oder additive Synthese. Im Vergleich zu analogen Synths können sie Presets speichern und sind in der Regel etwas günstiger.

Während Hardware-Synths nach wie vor beliebt sind, nutzen Artists heutzutage oft virtualisierte Synthesizer. Dazu gehören Software-Synths – digitale Versionen der ursprünglichen Hardware – und VST Plugins, die Sounddesign ermöglichen und oft "traditionelle" Synth-Sounds in Form von Samples enthalten.

Dank Synthesizern können Artists eine breite Palette von Klängen, einschließlich Rausch (Noise) und Texturen, erzeugen und manipulieren. Sie sind in der Regel an ein (eingebautes) Keyboard angeschlossen und verfügen über mehrere Bedienelemente, welche die Audiosynthese ermöglichen.

Das Herzstück der meisten Synthesizer ist der Oszillator, eine Komponente, die rohen Klang in Form von Schallwellen (Sägezahn, Rechteck, Sinus, Dreieck) und Rauschen erzeugen kann. Synthesizer enthalten in der Regel mehrere Oszillatoren, mit denen Klänge kombiniert und überlagert werden können, sowie einen LFO (niederfrequenter Oszillator). Ein LFO kann den Klang auf verschiedene Weise weiter manipulieren, beispielsweise indem er einen Sound rhythmisiert.

Einige Synthesizer verwenden Soundsamples als Ausgangsmaterial, das dann weiter bearbeitet und manipuliert werden kann. Die Tonhöhe des Klangs wird durch die Spannung verändert, wobei höhere Werte einer höheren Tonhöhe entsprechen. Die Dauer und Lautstärke eines Klangs werden durch einen Verstärker gesteuert, der mit einer Hüllkurve verbunden ist.

Envelopes enthalten vier Funktionen, die den Attack (Anschlag), Decay (Abfall), Sustain (Halten) und Release (Abklang) bestimmen. Der Attack-Wert legt fest, wie lange es dauert, bis ein Ton seine maximale Lautstärke erreicht. Die Sustain-Einstellung bestimmt die Lautstärke während der Zeit, in der eine Taste gedrückt gehalten wird. Die Decay-Funktion legt fest, wie lange der Klang braucht, um die durch den Sustain eingestellte Lautstärke zu erreichen. Der Release-Parameter bestimmt die Abklingdauer, die von lang und weich bis kurz und scharf reichen kann. So können Produzierende die Entwicklung eines Sounds präzise steuern.

Sounds können zusätzlich durch Filter manipuliert werden, die es ermöglichen, bestimmte Frequenzen zu entfernen, um beispielsweise einen Klang unter Wasser zu simulieren. Arpeggiatoren erzeugen wiederholende Abfolgen einzelner Noten und schaffen einzigartige melodische Muster. Produzierende können unter anderem die Dauer, Geschwindigkeit, den Oktavbereich und die Reihenfolge der Noten bestimmen.

Viele virtuelle Synthesizer, darunter der renommierte VST-Synthesizer Omnisphere von Spectrasonics, ermöglichen zusätzliche Manipulationen durch integrierte Effekte wie Distortion, Reverb und Delay. Darüber hinaus verfügen sie über zahlreiche weitere Funktionen, die grenzenloses Experimentieren ermöglichen

Bei der additiven Synthese beginnt der Prozess mit der Erzeugung von Klängen mit Oszillatoren, die dann kombiniert, überlappt und durch Envelopes und Filter weiter moduliert werden. Einige Synthesizer ermöglichen eine präzise Modulation, indem sie Kontrolle über jede einzelne Welle bieten. Andere hingegen sind eher für die Manipulation von Gruppen von Klangwellen geeignet.

Subtraktive Synthese konzentriert sich auf das Filtern von Sound und Frequenzen. Dazu werden verschiedene Werkzeuge und Parameter, darunter Envelopes und LFOs, genutzt. Auf diese Weise können Klänge nach persönlichen Vorlieben geformt werden. Subtraktive Synthese ist aufgrund ihres charakteristischen, oft wärmeren Klangs und ihres geringen Ressourcenverbrauchs beliebt.

Wie der Name sagt, bezieht sich die Sample-basierte Synthese auf die Verwendung und Modulation bereits vorhandener Sounds. Diese Syntheseform ermöglicht es, jeden beliebigen Klang zu verwenden und zu manipulieren, und ist daher besonders spannend. Sie ist ein zentraler Bestandteil vieler VST-Plugins.

FM steht für Frequenzmodulation, eine komplexe Form der Synthese, bei der Klangerzeugung durch sogenannte Operatoren erfolgt. Sounddesigner*innen erzeugen zunächst ein Basissignal und modulieren es dann mit weiteren Sounds, die von anderen Operatoren erzeugt werden. Die resultierenden Klänge können durch Filter und Envelopes weiter modifiziert werden, wodurch komplexe, mehrdimensionale Klänge und Klanglandschaften entstehen.

Die Granularsynthese ermöglicht es, Sounds in winzige Partikel zu zerlegen. Sie ähnelt der Sample-basierten Synthese und verwendet bereits vorhandene Klänge, um Texturen, Klanglandschaften oder sich kontinuierlich entwickelnde Sounds zu erzeugen. Die Partikel können dann übereinander geschichtet werden. In der Regel werden sie durch Time-Stretching- und Pitch-Shifting-Tools moduliert.