Synthese — das Erzeugen und Kombinieren von Wellenformen zur Erzeugung komplexer Sounds — kann für frühe Produzenten und neue Sounddesigner wie ein Berg erscheinen.
Unbekannte Begriffe, unbekannte Konzepte und eine Reihe vager Knöpfe, Schalter und Grafiken — wo fangen Sie an?
Diese Gefühle sind völlig normal, aber es muss nicht so überwältigend sein, in sie einzutauchen.
Durch die Aufteilung jedes Konzepts in Schritte können neue Produzenten und Sounddesigner Synthesekonzepte ganzheitlich verstehen und sich Möglichkeiten für weiteres Wachstum eröffnen.
Und genau das werden wir in diesem Artikel tun!
Wir werden uns hauptsächlich auf die Grundlagen der subtraktiven Synthese konzentrieren. Dies ist eine der grundlegendsten Arten der Synthese und beinhaltet das Entfernen von Frequenzen vor dem Kombinieren von Wellenformen. Wir werden die Tools, die wir dafür verwenden, und ihre Anwendung durchgehen.
In unserer Untersuchung der subtraktiven Synthese werden wir auch Ideen diskutieren, die sich auf alle Zweige der Synthese übertragen lassen. Lass uns hineinspringen!

Signalfluss in der Synthese

Das wichtigste Konzept, das bei der Annäherung an die Synthese (und möglicherweise die Produktion im Allgemeinen) zu verstehen ist, ist der Signalfluss.
Dies ist der Weg, den ein Signal (Ton) von seiner Quelle zum Ausgang nimmt. In diesem Zusammenhang wird es viel einfacher sein, den Signalfluss in der subtraktiven Synthese zu verstehen.
Die subtraktive Synthese besteht aus verschiedenen Komponenten, die miteinander interagieren. Wir werden bald zu den Komponenten und ihren Funktionen kommen, aber es ist wichtig, zuerst zu verstehen, wie sich das Signal von einer Komponente zur nächsten bewegt.
Im Rahmen der Synthese erzeugt etwas ein Anfangssignal, das dann von verschiedenen Komponenten im Synthesizer verarbeitet wird. Jede dieser Komponenten hat ihre eigene Aufgabe und kann verwendet werden, um das Signal nach Belieben des Sounddesigners zu ändern.
Beachten Sie, dass diese Komponenten in einem Synthesizer den Plugins ähneln, die Sie auf einem Kanal in Ihrer DAW einfügen. Auf einem Kanal tritt der Ton in die Signalkette ein und bewegt sich auf dem Weg durch Plugins, wobei er inkrementell verarbeitet wird, bis er den Ausgang erreicht.
Ein Signal kann im Allgemeinen auf zwei Arten durch diese Synthesekomponenten fließen, in Reihe oder parallel.
Cymatics-Subtractive Synthesis-Flow Chart 03
Im obigen Diagramm wird das Signal in Block 1 erzeugt (dies könnte ein Oszillator sein), dann an Block 2 gesendet (dies könnte ein Filter sein), dann an Block 3 (dies könnte ein Verstärker sein) und dann an Block 4 (dies könnte der Ausgang sein).

Da das Signal linear von Block 1 zu Block 2 zu Block 3 zu Block 4 verläuft, sagen wir, dass diese Komponenten „in Reihe“ angeordnet sind.
Cymatics-Subtraktive Synthese-Flussdiagramm 02
In diesem Diagramm beginnt das Signal wieder an der Quelle, Block 1. Es teilt sich dann und reist einmal zu Block 2 und noch einmal separat zu Block 3. In diesem Beispiel könnten sowohl Block 2 als auch Block 3 Filter sein. Das Signal verlässt diese Filter und wird am Block 4, dem Ausgang, wieder gemischt.
Beachten Sie, dass, wenn die Blöcke 2 und 3 auf unterschiedliche Parameter eingestellt sind, dies anders klingt als im vorherigen Beispiel.
Wir sagen, dass die Blöcke 2 und 3 „parallel“ angeordnet sind.

Synthesekomponenten

Nachdem wir nun verstanden haben, wie sich ein Signal durch einen Synthesizer bewegen kann, werfen wir einen Blick auf einige Komponenten, die wir implementieren subtraktive Synthese. Wir haben die drei wichtigsten bereits erwähnt: Oszillatoren, Filter und Verstärker.

Oszillatoren

Ein Oszillator fungiert als Quelle und erzeugt und gibt eine sich wiederholende Wellenform aus. Bei den meisten Synthesizern hat dieser Oszillator:

    • Eine einstellbare Frequenz / Tonhöhe (gemessen in Hz / Musiknote))

    • Eine Wellenform (Sinus, Dreieck, Quadrat, Sägezahn, etc.)

    • Eine Amplitude (gemessen in dB oder in Prozent, wobei 0% stumm und 100% Vollpegel sind)

Oszillatoren in Synthesizern – insbesondere Software-Synthesizern – reagieren im Allgemeinen auf MIDI-Eingaben von einem Keyboard oder MIDI-Controller und passen die Tonhöhe entsprechend an.
Viele „Soft-Synths“ (Software-Synthesizer) ermöglichen auch die Transponierung eines Oszillators in Halbton- und Cent-Schritten.
Zum Beispiel könnte die Tonhöhe eines Oszillators auf +5 Halbtöne eingestellt werden, und die Eingabe eines C auf einem MIDI-Controller würde dazu führen, dass ein F vom Oszillator gespielt wird.
Sie können das in diesem Oszillator hier auf Native Instruments Massive sehen:
Cymatics-Subtraktive Synthese-Massive 01
Oszillatoren in den meisten Synthesizern können verschiedene Wellenformen ausgeben.
Diese Formen wiederholen jeweils eine andere Wellenform und haben jeweils ihr eigenes Timbre und ihren eigenen Frequenzgehalt. Die üblichen Wellenformen, die Sie wahrscheinlich finden werden, sind unten abgebildet, entnommen aus einem Oszillator in Xfers Serum:
Cymatics-Subtraktive Synthese-Serum 01
Viele Soft-Synthesizer enthalten einen Amplituden- oder Pegelparameter für einen Oszillator. Dies ähnelt einem Verstärker, zu dem wir in Kürze kommen werden.
Der Parameter amplitude steuert die Lautstärke des Signals, das den Oszillator-Bereich des Synthesizers verlässt. Beachten Sie, dass sowohl Massive als auch Serum in ihren jeweiligen Oszillatorabschnitten einen Amplituden- oder Pegelparameter haben:

Cymatics-Subtractive Synthesis-Massive 02
 Cymatics-Subtractive Synthesis-Serum 02
Der Oszillator ist die häufigste Komponente zu Beginn eines subtraktiven Synthese-Patches. Wir werden später sehen, wie es in die anderen Komponenten integriert ist.

Filter

Frequenzmäßig bestehen die meisten Tonhöhensignale (die durch eine Musiknote definiert werden könnten) aus zwei Komponenten:

    • Eine Grundfrequenz (befindet sich bei dieser Musiknote)

    • Und eine Reihe von Harmonischen oder begleitenden Obertönen oberhalb der Grundfrequenz

Schall in der Natur wird durch die Bewegung von Luftmolekülen in einer wellenartigen Bewegung verursacht, und die schnelle Reflexion dieser Wellen von den Oberflächen in einem Instrument bewirkt, dass diese zusätzlichen Oberwellen erzeugt werden.
Der harmonische Gehalt des Klangs bestimmt sein charakteristisches Timbre. Das Klavier und Gitarre, zum Beispiel, haben unterschiedliche Sortimente von Obertönen, so klingen unterschiedlich, auch wenn die gleiche Note zu spielen.
Die subtraktive Synthese unterscheidet sich von anderen Synthesemethoden in dem Sinne, dass sich der Sounddesigner darauf konzentriert, harmonische Inhalte aus einem Sound zu entfernen, und dies häufig mit einem Filter geschieht. Diese Filter kommen oft nach Oszillatoren in einer subtraktiven Synthesekette.
Wenn Sie mit der Funktionsweise eines EQ vertraut sind, ist ein Filter nur ein anderer Name für ein Band in einem EQ. Diese Bänder können verwendet werden, um den Pegel bestimmter Frequenzbereiche in einem Ton zu erhöhen oder zu dämpfen (zu verringern).
Verstärken und Schneiden, Filter sind der beste Weg, um den harmonischen Inhalt eines Klangs zu formen.
Die gebräuchlichsten Filterformen sind Hochpass- / Tiefpass- und Tiefpass- / Hochpassfilter (HPF’s / LPF’s), Low-Shelf- und High-Shelf-Filter, Glockenfilter und Kerbfilter.

High-Pass / Low-Cut

Cymatics-Subtraktive Synthese-Fabfilter 01
Ein High-Pass / Low-Cut-Filter wird verwendet, um Oberschwingungen unterhalb einer bestimmten Frequenz zu dämpfen und auszuschalten. Diese Frequenz wird als Grenzfrequenz bezeichnet und ist normalerweise in den Filtern von Synthesizern einstellbar. Wir verwenden Fabfilters Pro Q 2 für eine Demonstration.
Diese Filter neigen auch dazu, einen Q- oder Resonanzparameter zu haben. Wenn Sie dies erhöhen, wird das Signal bei und unmittelbar um die Grenzfrequenz verstärkt.
Schließlich neigen HPF dazu, eine Polzahl zu haben. Dieser Parameter bestimmt, wie steil das Filter links von der Grenzfrequenz abfällt.
Gemeinsame Polzahlen sind 1-4 und messen, wie viele Inkremente von 6 dB ein Filter das Signal pro Oktave dämpft. Vereinfacht ausgedrückt dämpft ein 1-poliges Filter das Signal im Verlauf einer Oktave um 6 dB, ein 2-poliges Filter dämpft 12 dB, ein 3-poliges 18 dB und ein 4-poliges 24 dB.

Es ist wichtig zu beachten, dass „High Pass“ und „Low Cut“ zwei Namen für dasselbe sind. Der Filter lässt hohe Frequenzen „passieren“ oder schneidet die niedrigeren Frequenzen aus. Es ist nur eine Frage der Perspektive.

Low-Pass / High-Cut

Cymatics-Subtraktive Synthese-Fabfilter 02
Low-Pass / High-Cut Filter sind sehr ähnlich, treten aber auf der gegenüberliegenden Seite des Frequenzspektrums auf. Sie können den Oberschwingungsgehalt oberhalb einer eingestellten Grenzfrequenz dämpfen und ausschneiden. Q / Resonanz- und Polzahlen funktionieren für diese Filter genauso wie für HPFS.

Low-Shelf & High-Shelf-Filter

Cymatics-Subtraktive Synthese-Fabfilter 03
Shelf-Filter ähneln Pass / Cut-Filtern, unterscheiden sich jedoch in einigen Punkten. Sie haben einen ähnlichen Parameter wie eine Grenzfrequenz, die als Umsatzfrequenz bezeichnet wird und mehr oder weniger gleich funktioniert. Q und Polzahl beeinflussen Regalfilter ähnlich wie Pass / Cut-Filter.
Regalfilter haben jedoch auch einen einstellbaren Verstärkungsparameter. Somit können sie verwendet werden, um entweder zu erhöhen oder Frequenzen zu dämpfen, eine S-Form zu schaffen, in dem die Filterplateaus (im Gegensatz zu einem Pass / Cut-Filter). Die Verwendung von Shelf-Filtern zur Dämpfung von Frequenzen ist daher etwas weicher als bei Full-Out-HPFS oder LPFS.

Glockenfilter

Cymatics-Subtraktive Synthese-Fabfilter 04
Dies sind die gebräuchlichsten Filtertypen, die einen festgelegten Frequenzbereich in einem Signal verstärken oder dämpfen können. Ähnlich wie Cutoff- und Turnover-Frequenzen haben Bell-Filter eine Mittenfrequenz in der Mitte des Bereichs.
Dieser Bereich kann mit dem Q- oder Resonanzparameter eingestellt werden, wobei niedrigere Werte einen breiteren Frequenzbereich und höhere Werte einen engeren Bereich umfassen. Der Bereich wird mit einem Gain-Parameter entweder verstärkt oder gedämpft.
Glockenfilter können technisch auch Polnummern haben, aber nicht alle Filter bieten diese Flexibilität. FabFilter Pro Q 2 Equalizer ermöglicht Polzahl auf alle Filter eingestellt werden, Ableton native EQ erlaubt nur 2 Polzahl Einstellungen auf LPF und HPF (1- und 4-polig). Auch hier funktionieren Polnummern auf Glockenfiltern genauso wie bei den vorherigen Beispielen.

Notchfilter

Cymatics-Subtraktive Synthese-Fabfilter 05
Die letzte Grundfilterform ist ein Notchfilter. Diese Filter können eine Reihe von Frequenzen überall im Frequenzspektrum ausschneiden. Auch hier verwenden Kerbfilter eine Mittenfrequenz. Q und Polzahl haben wieder die gleichen Funktionen. Beachten Sie, dass ein Glockenfilter mit einem höheren Q-Wert und einer sehr niedrigen Verstärkung ähnlich wie ein Kerbfilter wirkt.

Verstärker

Während Sie vielleicht an die Idee gewöhnt sind, dass ein Verstärker etwas lauter macht (wie ein Gitarren- / Mikrofonverstärker), bestimmt ein Verstärker in diesem Zusammenhang einfach den Pegel des Signals.
Es kann oft einfach als Verstärkungsparameter fungieren und kann auch verwendet werden, um die Dauer eines Klangs mithilfe von Modulation zu formen…

Modulation

In der Welt des Sounddesigns ist Langweilig das schlechteste Ergebnis. Je mehr ein Klang im Laufe der Zeit in Klangfarbe, Amplitude, Tonhöhe usw. variieren kann. je mehr Aufmerksamkeit es ziehen wird.
Nicht jeder Sound erfordert eine Menge zeitbasierter Variationen, aber zumindest einige können dazu beitragen, einen Sound organischer und lebendiger zu machen.
Modulation ist die gebräuchlichste Art, diese Variationsarten anzuwenden. Wir sind in der Lage, die Bewegung eines Parameters in einem Synthesizer mit ein paar verschiedenen „Steuersignalen“ zu automatisieren, von denen die häufigsten LFOs und Hüllkurvengeneratoren sind.
Diese Steuersignale können auf einen Parameter angewendet werden und diesen Parameter durch einen Bereich von Positionen bewegen (der Bereich kann eingestellt werden). Der Parameter folgt der Form des LFO oder Hüllkurvengenerators.

Low Frequency Oscillators (LFO’s)

LFO’s sind genau das, wonach sie klingen: Oszillatoren, die sehr niederfrequente Wellen erzeugen.
Oft fallen diese Wellen unter 20 Hz – die untere Grenze des menschlichen Gehörs – und gelangen in den Unterschallbereich. LFOs können so eingestellt werden, dass sie eine Vielzahl von sich wiederholenden Wellenformen erzeugen, ähnlich wie die normalen Oszillatoren, die in vielen Synthesizern verfügbar sind.
Diese LFOs können verwendet werden, um andere Parameter in einem Synthesizer zu modulieren. Sie haben im Allgemeinen einstellbare Wellenform- und Raten- (Frequenz-) Parameter. Serums LFO, unten abgebildet, hat eine vollständig anpassbare Form. Wie die meisten LFOs bietet es auch Raten, die mit einem rhythmischen Wert synchronisiert werden, der mit dem Tempo verknüpft ist.
Dieser LFO ist mit einer Viertelnote synchronisiert, so dass der LFO-Ausgangswerte durch Wellenform von links nach rechts über die Dauer einer Viertelnote.
Cymatics-Subtractive Synthesis-LFO
Ein LFO kann beispielsweise auf eine Basissinuswelle als Wellenform und eine Rate von 2 Hz eingestellt werden. Dies könnte auf den Verstärker angewendet werden, wodurch die Amplitude des Signals mit der Bewegung der langsamen Sinuswelle ansteigt und abfällt.
Die Amplitude nimmt zu, wenn die Sinuswelle ansteigt, nimmt ab, wenn sie abfällt, und kehrt in die Ausgangsposition zurück. Da der LFO auf eine Rate von 2 Hz eingestellt ist, tritt dieser Anstieg und Abfall zweimal pro Sekunde auf.

Ein LFO könnte auch auf die Tonhöhe eines Oszillators angewendet werden, um Vibrato zu erzeugen. In diesem Szenario würde der LFO die Tonhöhe nur geringfügig modulieren (weniger als ein Halbton über und unter der gespielten Tonhöhe) und irgendwo zwischen 4 und 7 Hz oszillieren.
Da LFOs ein wiederholtes Signal erzeugen, das einen Parameter moduliert, werden sie am besten verwendet, um ein sich wiederholendes Modulationsmuster zu erzeugen. Denken Sie an die wackelnden Akkordsynthesizer, die Future Bass gemeinsam haben. Diese werden mit einem LFO erzeugt, der den Verstärker moduliert, und vielleicht auch mit einer Filtergrenzfrequenz.

Hüllkurvengeneratoren

Aber manchmal ist ein sich wiederholendes Modulationssignal nicht das, was benötigt wird. Manchmal wollen wir nur eine einmalige Bewegung eines bestimmten Parameters. Dies ist mit einem Hüllkurvengenerator möglich.
Diese erzeugen eine sogenannte Hüllkurve, ein One-Shot-Signal, mit dem ein anderer Parameter moduliert werden kann.
Eine Hüllkurve besteht im Laufe der Zeit aus mehreren Abschnitten, von denen jeder normalerweise angepasst werden kann. Diese Abschnitte werden mit dem Akronym „ADSR“ dargestellt, das für Attack Time, Decay Time, Sustain Level und Release Time steht.
Cymatics-Subtractive Synthesis-Envelope

Attack time

In der eingestellten Attack Time geht das Signal von der Stille zur vollen Amplitude über, üblicherweise gemessen in Millisekunden (ms).
Niedrigere Attack Time-Werte führen dazu, dass die Hüllkurve schnell ihre volle Amplitude erreicht, während höhere Werte eine allmähliche Rampe von niedriger zu hoher Amplitude verursachen.

Abklingzeit

Sobald eine Hüllkurve die maximale Amplitude erreicht hat, kann sie über einen bestimmten Zeitraum auf einen niedrigeren Pegel abklingen. Der Abklingzeitparameter einer Hüllkurve bestimmt, wie lange (in ms) das Signal benötigt, um auf diesen niedrigeren Pegel abzufallen.

Sustain

Der Parameter Sustain Level bestimmt den unteren Pegel und wird normalerweise in negativen dB-Werten gemessen.
Bei einem Sustain-Wert von beispielsweise -4 dB steigt die Hüllkurve entsprechend der Attack-Zeit aus dem Nichts auf die volle Amplitude an und fällt dann entsprechend der Decay-Zeit um 4 dB ab.
Beachten Sie, dass ein Sustain-Wert von 0 dB (keine Änderung der maximalen Amplitude der Hüllkurve) effektiv zu keiner Abklingstufe führt.

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Release-Zeit

Irgendwann wird die Hüllkurve auf „Release“ getriggert und das Signal fällt vom Sustain-Pegel wieder auf nichts ab. Die Zeit, die dies in Anspruch nimmt (wiederum in ms), wird durch die Release-Zeit bestimmt.
Die gebräuchlichste Verwendung von Hüllkurvengeneratoren besteht darin, die Amplitude eines Klangs über die Zeit zu bestimmen, und würde daher auf einen Verstärker angewendet.
Wenn eine Note gespielt wird, wird die Hüllkurve ausgelöst und die Amplitude entsprechend der Attack-Zeit auf ein Maximum angehoben.
Nach Erreichen der vollen Stärke zerfällt es entsprechend der Abklingzeit auf den Sustain-Pegel.
Sobald die Note freigegeben wird, reduziert sich das Signal entsprechend der Freigabezeit auf null.
Beachten Sie, dass die von Ihnen gewählten Werte einen großen Einfluss auf den Charakter eines Sounds haben. Kurze Attack-Werte, kurze Decay-Werte und ein Sustain-Pegel von -inf dB führen zu kurzen, mutigen Sounds.
Lange Attacken und höhere Sustain-Werte führen zu anschwellenden Pad-artigen Sounds. Nähern Sie sich Ihren ADSR-Werten mit Absicht und wählen Sie diesen Sound in Ihrem Kopf ein!

Üblichster Aufbau in der subtraktiven Synthese

Der grundlegendste Aufbau der subtraktiven Synthese würde aus einem Oszillator bestehen, der in ein Filter und dann in einen Verstärker läuft, alles in Reihe. Zwei oder mehr Instanzen dieser Kette könnten parallel laufen und dann nach den Filtern oder Verstärkern gemischt werden.
Modulatoren können dann verwendet werden, um alles von der Tonhöhe des Oszillators über die Grenzfrequenz des Filters bis zur Verstärkung des Verstärkers zu bewegen.
Cymatics-Subtractive Synthesis-Chart 04
Das obige Diagramm zeigt zwei Oszillatoren, die in ihre eigenen Filter laufen. Die Ausgänge dieser Filter werden am Verstärker gemischt. LFOs oder Hüllkurvengeneratoren können auf Parameter an den Oszillatoren (z. B. Tonhöhe) oder Filtern (z. B. Grenzfrequenz) angewendet werden.
Ein Hüllkurvengenerator wird auf den Pegel des Verstärkers angewendet, um die Form des Klangs über die Zeit zu steuern.

Fazit

Offensichtlich gibt es kompliziertere Möglichkeiten, die subtraktive Synthese zu verwenden. Es gibt auch andere Synthesemethoden wie Additivsynthese, FM-Synthese, Granularsynthese und mehr, die unterschiedliche Ergebnisse liefern.
Eine große Mehrheit der Synthese beruht jedoch auf Frequenzgehalt, Amplitude und Modulation, die alle mit diesen einfachen subtraktiven Methoden angegangen werden können. Diese Konzepte gut in den Griff zu bekommen und die Fähigkeit zu entwickeln, sie gezielt einzusetzen, ist ein großer Schritt zur Verbesserung Ihrer Fähigkeiten als Sounddesigner.
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