Modulation

Allgemeines zur Modulation

Modulation kommt aus dem Lateinischen und heißt Abwandlung. Bei Synthesizern bezieht sich diese Abwandlung auf Klänge, besser gesagt, auf die Bestandteile, aus denen Klänge synthetisiert werden. Diese Modulation von Klängen ist erforderlich, da wir statische, also unveränderliche, Klänge als äußerst langweilig empfinden würden. Modulation heißt allgemein die Beeinflussung eines Signals durch ein anderes.
Modulation wird immer von einem Modulator, bzw einer Modulationsquelle (englisch: modulation source) hervorgerufen, die auf ein Modulationsziel (englisch: - destination), bzw Signalträger (englisch: carrier) wirkt.

Bei alten Modular-Synthesizer-Systemen konnte fast jeder Ausgang einer Baugruppe als Modulationsquelle dienen und fast alle Parameter, die einen Steuereingang hatten, konnten Modulationsziele sein. (Die technische Voraussetzung dafür war das Konzept der Spannungssteuerung.) Bei digitalen Synthesizern muß man sich mit den vorgegebenen Verschaltungen der Modulationsquellen zu den Zielen zufrieden geben. In neueren Synthesizern wird aber zum Glück meist eine Auswahl von Verschaltungen als sogenannte Modulationsmatrix angeboten. D.h. der Benutzer hat eine Auswahl an Modulationsquellen und -Zielen, und kann jeder Quelle beliebige Ziele (dieser Auswahl) zuordnen..

Modulationsformen

Ungeachtet der Modulationsziele (Baugruppen, Funktionsgruppen bzw. Module) wirkt die Modulation in bestimmter Art und Weise (Form) auf physikalische Aspekte der Signal-Schwingung.

Amplituden-Modulation, AM

Diese Modulation verändert die Amplitude eines Audio-Signals. Beispielsweise wird der Lautstärkeverlauf vom Beginn eines Klanges bis zu dessen Verklingen von einem Hüllkurven-Generator gesteuert, der die Amplitude moduliert. Nimmt man als Modulator der Amplitude eine sehr langsame Schwingung, entsteht ein Tremolo. Das ist eine Technik, die auch Sänger zur Modulation lang angehaltener Noten anwenden. In Synthesizern wird dazu ein LFO als Modulator benutzt.
Moduliert man die Amplitude durch einen Oszillator, der im Hörbereich schwingt (Frequenz von 16Hz-20000 Hz), so entstehen metallische, glockenähnliche Klänge. Amplituden-Modulation in dieser Form wird in einigen Synthesizern auch als grundlegende Synthese-Form zur Klangformung eingesetzt.

Frequenz-Modulation, FM

Bei der Frequenz-Modulation wird (wer hätte das gedacht?) die Frequenz verändert. Um z.B. den für Blasinstrumente typischen Einschwingvorgang zu erzeugen, moduliert man die Frequenz mit der sogenannten Pitch-Hüllkurve.
Bei Blasinstrumenten steigt die Tonhöhe erst "langsam" an, und fällt dann etwas ab, bis die eigentliche Tonhöhe erreicht ist. Dieser Tonhöhenverlauf wird durch eine Pitch-Hüllkurve gesteuert.

Wird die Frequenz durch eine langsame Schwingung (mit einem LFO) moduliert, entsteht ein Vibrato. Das ist bei akustischen Instrumenten das verbreiteteste Verfahren zur Klanggestaltung von lang gehaltenen Noten. Bei Synthesizern ist deshalb standardmäßig das Modulationsrad zur Steuerung des Vibratos voreingestellt.

Liegt die Frequenz des Modulators im hörbaren Bereich (16-20000Hz), so entstehen komplexe Schwingungen, deren Klang, je nach Frequenzverhältnis zwischen Modulator und Signalträger, von natürlich bis völlig chaotisch zu beschreiben ist. Der legendäre Synthesizer DX7 von Yamaha benutzt alleine dieses Verfahren zur Klangsynthese, aber auch bei anderen Synthesizern ist die Frequenz-Modulation zur Erzeugung von "etwas dreckigeren" oder "metallischen" Klängen vorgesehen.

andere Formen der Klang-Modulation

Neben der AM und FM gibt es weitere Formen der Modulation, die sich nicht so eindeutig auf Frequenz oder Amplitude festlegen lassen. Beispielsweise kann die Arbeitsfrequenz eines Filters durch einen LFO moduliert werden, was den sogenannten Wah-Wah-Effekt hervorruft. Nimmt man als Modulationsquelle einen Hüllkurven-Generator, so wird der zeitliche Verlauf des Klanges moduliert. Strenggenommen könnte man dies als Amplitudenmodulation der einzelnen Obertöne auffassen, ich beschreibe es der Einfachheit halber als Klang-Modulation.

Bei der Cross-Modulation (Kreuz-Modulation) werden zwei Oszillatoren so verschaltet, daß jeder den anderen moduliert. Dieser Begriff legt nicht fest, ob Amplitude und/oder Frequenz moduliert wird. Cross-Modulation erzeugt "strahlende" bis "metallische" Klänge oder auch Krach (disharmonische Geräusche).
Die Phasen-Modulation verschiebt die zeitliche Position der einzelnen Schwingungswerte gegeneinander. Grob gesagt wird die Schwingungsform gedehnt und gestaucht, was eine völlig neue Schwingungsform ergeben kann. Die Pulsweiten -Modulation kann man als Phasen-Modulation einer Rechteck- Schwingung auffassen.

Modulationsparameter

Modulations-Stärke oder -Intensität (englisch: amount, depth)
Die Modulations-Intensität gibt an, wie stark das Signal der Modulationsquelle auf das Modulationsziel wirken soll.
Source (Quelle) und Destination (Ziel)
Diese Parameter dienen zur Verknüpfung von Modulationsquellen mit Modulationszielen, wenn das Gerät über eine Modulationsmatrix verfügt.

Modulationsquellen

Die wichtigsten Modulationsquellen sind die Tastatur, Hüllkurven-Generatoren, LFOs und Spielhilfen (Controller).
Die Tastatur moduliert z.B. den Pegel (Lautstärke) der Oszillatoren und/oder die eines Filter-Arbeitsfrequenz. Diese Modulation heißt Level-Scaling und wird z.B. eingesetzt, um höhere Klänge leiser als tiefe anzusteuern, da wir höhere Töne trotz gleicher Lautstärke als lauter empfinden. Außerdem würden bei höheren Klängen zu viele Obertöne vom Filter bedämpft, wenn die Arbeitsfrequenz für alle Noten gleich bliebe.
Mit den Spielhilfen können bestimmte Parameter direkt manuell moduliert werden und Hüllkurven-Generatoren steuern die Veränderung eines Parameters während einer gespielten Note.

LFO

LFO heißt Low Frequency Oscillator, auf deutsch: langsam schwingender Oszillator. LFOs sind für leichte periodische Modulationen, wie Tremolo, Vibrato usw. zuständig. Im Gegensatz zu den anderen Oszillatoren, die zur Erzeugung von Schwingungen im hörbaren Bereich (16-20000Hz) dienen, schwingen LFOs im Bereich von 0,1Hz bis ca.20-30Hz, manchmal auch bis weit in den unteren Hörbereich.

LFO-Parameter

Schwingungsform (ungenau auch Wellenform, englisch: waveform)
LFOs erzeugen, wie alle Oszillatoren Schwingungen mit einer Kurvenform. Hier sind Sinus, Dreieck, Sägezahn, Rechteck und eine zufallsgesteuerte Schwingungsform üblich.
Geschwindigkeit (englisch: speed) oder Rate
Regelt die Frequenz des LFOs.
Delay (deutsch: Verzögerung)
Manchmal ist es wünschenswert, daß die Modulation etwas später einsetzt, dazu kann eine Verzögerung eingestellt werden.