Subtraktive Synthese

Die subtraktive Synthese ist eine Methode der synthetischen Klangerzeugung und wird z.B. in Synthesizern eingesetzt.

Funktionsprinzip

Bei der subtraktiven Synthese erzeugt ein Oszillator (z.B. VCO) ein klangliches Rohmaterial, welches dann durch klangverändernde Module (Filter, Hüllkurven-Generatoren, Verstärker-Module usw.) nachbearbeitet wird. Der gewünschte Klang wird erzielt, indem aus dem meist obertonreichen Spektrum des Oszillators die unerwünschten Frequenzanteile herausgefiltert oder abgesenkt werden (=Subtraktion).

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Oszillatoren

Als Rohmaterial stellen die meisten Oszillatoren die folgenden Wellenformen zur Verfügung:

Sägezahn, brillanter Klang, der alle natürlich vorkommenden Obertöne enthält. Eignet sich gut zum Imitieren von Streichinstrumenten (Sawtooth.ogg)
Rechteck, klarinettenartiger bis nasaler Klang, der nur die ungeradzahligen Obertöne enthält. Eignet sich gut, um flötennähnliche Klänge zu imitieren (Square.ogg)
Dreieck, hohler Klang, der fast nur die ersten fünf Obertöne enthält. Eignet sich gut, um flächige Klänge anzudicken (Triangle.ogg)
Sinus, dumpfer Klang, der nur aus einem Grundton besteht. Sinustöne kommen in der Natur nicht vor, jedoch kommen der Klang einer Stimmgabel und das Freizeichen einer Telefonanlage dem Sinus recht nahe. Da ein reiner Sinus keine Obertöne enthält, kann durch Filtern das Klangbild nicht verändert werden (Sine.ogg)

Das vom Oszillator erzeugte Frequenzspektrum kann durch weitere Parameter beeinflusst werden. Verbreitet sind hierbei die Pulsweitenmodulation von Rechteckwellenformen, die Ringmodulation mehrerer Oszillatoren, die Frequenzmodulation zweier Oszillatoren und die Synchronisation zweier Oszillatoren, meist kurz mit Sync bezeichnet.

Filter

Beim Filter kommt als vielseitigst verwendbare Variante dem Tiefpassfilter (Sawtooth-Lowpassfilter.ogg) eine besondere Bedeutung zu. Viele Synthesizer besitzen ausschließlich einen Tiefpassfilter. Weitere Formen sind Hochpassfilter (Sawtooth-Highpassfilter.ogg), Bandpassfilter (eine Kombination aus Hochpass und Tiefpass, Sawtooth-Bandpassfilter.ogg), Kerbfilter (Sawtooth-Bandstopfilter.ogg) und Kammfilter.

Der wichtigste Filterparameter ist die Eckfrequenz (engl. Cutoff). Dies ist die Frequenz, ab der das Filter die Obertöne filtert. Dabei werden die Frequenzen ab der Eckfrequenz nicht sofort abgeschnitten, sondern die Amplituden benachbarten Frequenzen immer weiter abgesenkt, bis mit zunehmenden Abstand von der Eckfrequenz die Obertöne immer leiser werden und schließlich nicht mehr hörbar sind. Wie schnell die Obertöne leiser werden, hängt von der sog. Flankensteilheit des Filters ab, die in Dezibel pro Oktave (dB/Oktave) angegeben wird. Eine hohe Flankensteilheit führt zu brachialeren Klangverläufen, eine geringe zu weicheren Klangverläufen. Die meisten Synthesizer besitzen Tiefpassfilter mit einer Flankensteilheit zwischen 12 und 24 dB/Oktave.

Die Eckfrequenz des Filters und damit die Klangformung lässt sich bei den meisten Synthesizern sowohl manuell über Bedienelemente als auch automatisiert über Modulatoren wie Filterhüllkurve oder LFOs steuern. Filter verfügen zudem meist über eine sogenannte Resonanz (engl. Emphasis oder Contour), die ebenfalls manuell oder automatisiert regelbar ist. Die Resonanz hebt Amplituden der Frequenzen im Bereich der Eckfrequenz an, wodurch der Klang dünner und näselnder wird (Sawtooth-Lowpassfilter-Resonance.ogg).

Am besten hörbar wird die subtraktive Klangformung bei flächigen Klängen, bei denen während gehaltener Töne die Filtereckfrequenz durch das Klangspektrum wandert (FilterSweep.ogg).

Sonstige Vorkommen

Die menschliche Stimme produziert ihre Klänge auch mittels einer Art subtraktiver Synthese. Der Kehlkopf produziert dabei einen obertonreichen Klang, der dann über den Mund gefiltert wird. Eine niedrigere Eckfrequenz hat man beim "U". Hier werden fast alle Obertöne abgeschnitten, so dass fast nur noch der reine Sinus-Grundton übrigbleibt. Ein obertonreicher Klang, der nur gering gefiltert ist, ist das "A".

Siehe auch

Weblinks

Technik | Tontechnik