FM-Synthese (2)

Nachdem wir mit nur zwei Sinus-Oszillatoren schon beachtliches erreicht haben, bauen wir die Fähigkeiten des Modulators und des Carriers aus, bevor wir mit dem Gelernten zum großen Finale schreiten.

Um was wird es gehen?

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).

Auch hier gilt: 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.

Vorbereitungen

Bevor wir mit dem Einbau der Erweiterungen beginnen, ist es ratsam, das bisherige Kontrukt in diverse Macros zu verpacken – wir werden sonst recht schnell die Übersicht verlieren. Ich habe mich hier für 4 Macros entschieden. Von links nach Rechts: Modulator, VCA, Carrier und Mixer.

Was wird passieren?

Grundsätzlich wird es dabei bleiben,. dass die beiden Komponenten „Modulator“ und „Carrier“, bis auf die zusätzliche Frequenz-Regelung beim Modulator, identisch bleiben (wir erinnern uns: Die Frequenzregelung des Carriers besteht aus dem Modulator).

• Modulator und Carrier bekommen eine leistungsfähigere Hüllkurve
• Modulator und Carrier werden um weitere Wellenformen ergänzt: Die Sinus-Oszillatoren bekommen Dreieck-, Rechteck- und Sägezahn-Oszillatoren zur Seite gestellt, um komplexere Klänge erzeugen zu können.
• Die Frequenzeinstellung des Modulators wird besser bedienbar und mit einem Hüllkurvengesteuerten LFO versehen.
• Der Verstärker (VCA) wird mit dem selben  Hüllkurvengesteuerten LFO ausgestattet.

Am Ende werden wir einen deutlich komplexeren FM-Synthesizer haben, der aber noch immer auf die reine Klangerzeugung reduziert ist, also weder über Filter noch über Effekte verfügen wird.

Bevor …

… wir in die einzelnen Macros einsteigen, ein Wort zu der erweiterten Hüllkurve:
In der Reaktor-Library (Library > 04 LFO, Envelope > AHDSR) befindet sich eine  prima AHDSR-Hüllkurve, die in der Lage ist, den Attack und den Decay-Teil, anstatt nur linear, auch exponentiell einzustellen. So lassen sich z. B. Klänge erstellen, die erst langsam und dann schnell einblenden, oder eben auch umgekehrt.
Da es im Advanced-Bereich des Reaktor-Projektes ja nicht vornehmlich um das Design geht, an dieser Stelle deshalb nur eine kurze Schilderung, wie aus dem Standard-Design, das Design für dieses Projekt wurde. Zur Erinnerung: Alle Macros, die als Icon eine Kaffeetasse aufweisen, dienen nur der Optik (Bedienelemente, Linien, Displays, Typographie, etc.) und tragen nicht wirklich zur Funktionalität bei. 

Es lohnt sich grundsätzlich, vorhandene (auch Core-)-Objekte durch das Verändern und/oder Austauschen von Werten oder Bauteilen zu erforschen und so neue Ideen zu entwicklen. Ihr könnt am Ende dieses Teil-Tutorials (wie schon in Teil 1) die .ens-Datei herunterladen und mit der Original AHDSR-Hüllkurve der Library vergleichen um sehen, wo ich Veränderungen vorgenommen habe. Wenn ihr euren FM-B-Synthesizer mit Standard-Elementen aufbauen wollt, könnt ihr selbstredend die Hüllkurve unveränderte aus der Library übernehmen – was eine Menge Zeit und Arbeit erspart….

Etwas kniffliger war das Anpassen der Kurvengrafik: Tief im Macro (AHDSR > Display > MsArea+MDispl. > MDispl Elements > m displ) befindet sich ein Core-Macro, das die Daten aufbereitet und zur Anzeige an ein Multi Display Modul weiter reicht. Die Core-Ausgänge 6 – 8 repäsentieren die Anteile von Rot, Grün und Blau (jeweils zwischen 0 und 1), der Ausgang 9 die Opazität der Kurve. Die passenden Farbwerte fanden sich, in dem ich die korrespondierenden Multi Display Eingänge vom Core-Macro trennte, jeweils einen Knopf mit dem passenden Wertebereich anbrachte und mit den Einstellungen spielte. Nachdem diese gefunden waren, ersetze ich die Knöpfe durch Konstanten mit dem gefundenen Werten.
Die Core-Ausgänge 12 und 13 (Multi Display Y0, YR) sorgen für die korrekte vertikale Positionierung der Kurve, leicht unter der sichtbaren Unterkante. Das hat kosmetische Gründe, da die Hüllkurve in diesem Fall eine horizontale Linie zwischen dem Beginn der Attack- und dem Ende der Release-Phase aufweist. Je nach Einstellung der Kurve ist diese Linie zu sehen, was nicht so schön aussieht.

OSC oder Wellenformen

Diese Erweiterung der FM-A-Variante ist recht einfach. Wir ergänzen drei weitere Oszillatoren (Dreieck, Rechteck und Sägezahn – jeweils in der FM(!)-Variante) und führen alle in ein Mixermodul, um die jeweiligen Anteile am Gesamtklang regeln zu können. Die Levelregler durchlaufen vor dem Mixer-Eingang ein Smoother-Modul, um im laufenden Betrieb unschöne Sprünge im Klang weitestgehend zu vermeiden. Am Ausgang des OSC-Macros hängen noch ein Mirror-Modul für eine Art „Wave-Folding“ und ein Saturator, der zu starke Signalpegel begrenzt und dabei eine angenehme Verzerrung erzeugt. Beide (Mirror und Saturator) steuern weitere Obertöne zum Klangspektrum bei.

Die Verstärkung des Modulatorsignals befindet sich technisch am Ende des Modulator-Macros, siedelt aber im User-Interface aus Gründen der Optik und der Übersichtlichkeit im Panel des Verstärkers.

Am Pitch-Eingang (P) der OSC-Macros hängt jeweils ein Tune-Macro, das die Informationen zur Tonhöhe sammelt: Gedrückte Taste, Pitchbend, Oktavierung, Transponierung, Fine-Tuning. 

Am Amplituden-Eingang (A) der OSC-Macros befindet sich die unter [2] bereits beschriebene, modifizierte AHDSR-Hüllkurve aus der Reaktor-Library. Die mit einem roten X versehenen Eingänge dienen der Modulation der einzelnen Hüllkurvenphasen und haben für dieses Tutorial keine Bedeutung. Ich habe sie deshalb stumm geschaltet.

Bleibt noch das im Modulator am F-Eingang des OSC-Macros befindliche FREQ-Macro. Das werde ich im folgenden Abschnitt behandeln, da es etwas umfangreicher ist. Nochmal zur Erinnerung: der F-Eingang des OSC-Macros im Carrier bezieht seine Daten aus dem Modulator-Signal, nachdem dieses dem Verstärker (VCA) durchlaufen hat. 

Frequenzsteuerung und LFO des Modulators

Dieser Bereich wird nicht zuletzt auch deshalb in einem neuen Abschnitt behandelt, weil ihm in der dritten Ausbaustufe unseres FM-Tutorials eine zentrale Rolle zukommen wird. Aber der Reihe nach: Im vorangegangenen Tutorial befand sich am F-Eingang des Modulators ein simpler Drehknopf mit dem Wertebereich 0 – 5000Hz und einer Schrittweite von 50Hz. Das war für den damaligen Zweck völlig in Ordnung.

In diesem Tutorial-Teil soll sich die Frequenz präziser eingestellen lassen. einen Bereich von 5000Hz mit einer möglichst feinen Unterteilung auf einem Drehknopf unterzubringen, ist aber ein ziemlich sportliches Unterfangen, wenn dieser Knopf denn auch noch die gwünschte Frequenz einigermaßen genau auflösen soll. Dazu braucht es einen komplett anderen Lösungsansatz. Die Idee besteht darin, den Wertebereich in seine Stellenwerte zu zerlegen. Wir hätten dann also …

• die Tausender mit dem Wertebereich 0 – 5
• die Hunderter mit dem Wertebereich 0 – 9
• die Zehner mit dem Wertebereich 0 – 9
• die Einer mit dem Wertebereich 0 – 9

… und weil es Spaß macht und mehr Möglichkeiten zur Verfügung stellt …

• die Zehntel mit dem Wertebereich 0 – 9
• die Hundertstel mit dem Wertebereich 0 – 9

Wir haben auf diese Weise aus einem riesigen Wertebereich mit sehr vielen engen Abstufungen 6 Wertebereiche mit maximal 10 Abstufungen gemacht. Und 10 Abstufungen lassen sich mit einem Drehknopf (oder wie in diesem Fall: Fader) ohne Mühe genau ansteuern. Wir müssen nur die Ergebnisse der einzlenen Fader am Ende wieder korrekt zusammenpuzzlen. Das ist aber einfache Grundschul-Mathematik 😉
Wir multiplizieren die Faderstellung des Tausender-Faders mit (Überraschung) 1000, die des Hunderter-Faders mit 100, usw. Am Ende folgen die Zehntel, die wir mit 0.1 und die Hundertstel, die wir mit 0.01 multiplizieren. Danach müssen wir nur noch die einzelnen Ergebnisse addieren (das Addierer-Modul mit den 6 belegten Eingängen) und der gewünschte Wert steht zur Verfügung.
Mit dem Distributor-Modul hinter dem MOD-Macro, lässt sich der LFO wahlweise auf die Summe oder auf die einzelnen Wertebereiche begrenzen. Ein Switch im Signalverlauf eines jeden Wertebereiches entkoppelt diesen individuell vom LFO. So kann man z. B. den LFO auf die 10tel und 100stel wirken lassen, den Übertrag auf die Einerstellen aber unterbinden, in dem man den Switch für den Einer-Wertebereich deaktiviert.

Der LFO stellt zwei Wellenfformen (Sinus und Random) zur Verfügung und lässt sich entweder mit einer festen oder mit einer tonhöhenabhängigen Frequenz betreiben, deren Empfindlichkeit einstellbar ist.

Verstärker (VCA)

Im Gegensatz zur Frequenzsteuerung des Modulators wird dieser Abschnitt recht übersichtlich ausfallen. Wie im letzten FM-Tutorial, ist der Verstärker im Grunde nichts weiter als ein Amp/Mixer. Der Eingangslevel wird hier durch den in Abschnitt [05] gerdae besprochenen LFO ergänzt. Da der LFO ein Audiosignal liefert, muss dieses mit Hilfe eines A/E-Moduls zu einem Eventsignal konvertiert werden. mehr gibt es hier nicht zu sehen.

Zu den folgenden Demos

Die folgenden Beispiele wurden ohne weitere Hilfsmittel (Effekte, Equalizer, etc.) eingespielt. Es handelt sich nur um das Ergebnis der in diesem Tutorial-Teil besprochenen Schaltungen. Im folgenden Teil werden noch einen entscheidenden Schritt weiter gehen. Laßt euch überraschen!

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