FM-Synthese (1)

Die FM-Synthese ist ein Klassiker der Synthesizer-Technologie, die durch den legendären Yamaha DX7 populär wurde. Wir werden das Grundprinzip nachstellen und dann Stück für Stück erweitern.

Um was wird es gehen?

Frequenzmodulation ist ein Prinzip, das eigentlich in der Nachrichtentechnik zuhause ist und, auf den Ideen von Fourier basiert. Anstatt Wellen zu mischen (unser Basic-Synthesizer) oder zu addieren (additive Synthese), beeinflusst hier eine Welle (Modulator) die Frequenz einer anderen Welle (Träger). Die Kombination aus Trägern und Modulatoren kann hierbei beliebig komplex werden, Mehr zur FM-Synthese (und anderen Klangsynthese-Verfahren habe ich hier geschrieben.

Unser Einstieg in die FM-Synthese wird ganz einfach sein: ein Träger, ein Modulator (beide zunächst Sinus-Oszillatoren) und dazwischen ein Verstärker. Damit kann man schon einiges anstellen …

Was wird hier anders sein?

Da am Ende jeder Teil-Lektion ein fertig spielbarer FM-Synthesizer stehen wird, wird es auch nach jeder Teil-Lektion einen Downloadbereich geben (das war bisher immer erst am Ende aller Teile der Fall).

Und noch etwas ist hier neu: Alles ist schöner! Die verwendeten Design-Elemente stammen von UI MOTHER (hier speziell das soft malachite kit). Wenn ihr schöne GUI-Elemente sucht und nicht die Kapazitäten für die wirklich zeitraubenden Designs habt, dann seid ihr bei UI MOTHER gut aufgehoben. Die Preise sind fair und der Service freundlich und schnell.
meine Wertung deshalb: ★★★★★ 

Sinus …

ist prinzipiell laaaaangweilig. Ein Sinus-Oszillator liefert nur eine Grundschwingung und keinerlei Obertöne. Ihr könnt dazu einen kleinen Versuch machen, in dem ihr eine einfache Schaltung aus Sinus-Oszillator (evtl. mit Hüllkurve) und einem Lowpass-Filter aufbaut. Wenn ihr an der Filterfrequenz dreht, werdet ihr feststellen, dass sich lediglich die Lautstärke des Oszillator ändert. Ihr habt dann also einen recht aufwendigen Lautstärkeregler gebastelt – mehr nicht.

Anders sieht das Aus, wenn man die Frequenz eine Sinus-Oszillators mit einem anderen (Sinus)-Oszillator moduliert. Dann entstehen ganz fix jede Menge interessanter Obertöne. Dazu benötigen wir aber einen Sinus-Oszillator, der einen FM-Eingang hat (Sine FM). Damit bauen wir uns zunächst zwei identische Schaltungen. Eine für den Träger und eine für den Modulator.

Ja, beide Schaltungen sind identisch, auch wenn am F-Eingang des Modulator-Oszillators ein Frequenzregler hängt und am F-Eingang des Carrier-Oszillators keiner. Und zwar deshalb, weil der komplette Modulator als Frequenzregler für den Carrier-Oszillator fungiert! 

Bevor es weiter geht …

fehlt aber noch ein wichtiges Element aus dem Schema (Abb. 1): Der Verstärker. Den zaubern wir aus einem Amp-Mixer und einem Knob mit dem Wertebereich von -60 bis 0.

Auswildern

Um die Töne geregelt nach Draußen zu befördern, benötigen wir am Ende einen Mixer. Und weil es praktisch ist, sollte man den Carrier auch mal unbeeinflusst spielen wollen, einen Switch zwischen Modulator und Carrier.

Neues Design

Prinzipiell ist das die selbe Schaltung wie in Abb. 5. Die hinzugekommenen Macros (die mit den blauen Cafe-Tassen) beinhalten z. T. die Elemente, die dem neuen Design geschuldet sind, das ihr in Abb. 7 bewundern könnt. Das neue Design greift an 4 verschiedenen Stellen:

• Einige Elemente (Drehreglern, Fader) wurden direkt in den entsprechenden Modulen geladen (View-Reiter); haben also nichts mit den Cafe-Tassen Macros zu tun.
• Die mit „NUMBER(S)“ bezeichneten Macros kennt ihr schon aus dem ersten Teil des Krell-Tutorials (Abschnitt [03]). Sie beinhalten einen Upload zum beeinflussen der Darstellung der Parameter von Drehreglern und Fadern von Joey Valizian, die ich um die Darstellung von Nachkommastellen erweitert habe.
• Die Macros mit der Bezeichnung „ASSETS“ (0 und 6) beinhalten die restlichen Elemente wie Texte, Ringe um die Drehknöpfe, Display-Elemente, Fader-Slots und -Skalen). Die Ziffern in Namen der Macros informiert über die Ebene (Layer) auf der die Elemente liegen. Das ist nötig, weil die Layer-Angabe des Macros die Layer-Angaben der beinhalteten Elemente überschreibt.

Einige der Elemente des neuen Designs sind – mangels Alternativen – alte Bekannte aus dem Reaktorbaukasten. Einige andere wurden 1:1 aus dem soft malachite kit übernommen. Und da die Lizenz des Kits das Anpassen der Elemente erlaubt, sind ein paar davon auch modifiziert (z. B. der Hintergrund und die Displays unter den Envelope-Reglern.
Grundsätzlich ist mir das Gestalten von GUI-Elementen geläufig (s. in diesem Blog). Das Gestalten von Drehknöpfen mit 128 Frames ist aber doch nochmal eine andere Klasse, als das Zeichnen statischer Objekte 😉 

Zu den folgenden Demos

Beide Beispiele (E-Piano, Bass und Mallets) wurden ohne weitere Hilfsmittel (Effekte, Equalizer, etc.) eingespielt. Es handelt sich nur um das Ergebnis von zwei Sinus-Oszillatoren mit Hüllkurven, von denen der den anderen moduliert. Ihr ahnt vielleicht, welches Potential in der FM-Synthese steckt.

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