Synthesizer Definition

Synthesizer allgemein

Ein Synthesizer (abgekürzt auch Synth) ist, ganz allgemein, ein regelbarer künstlicher Klangerzeuger (künstlich erzeugen auf englisch: to synthesize). Heutzutage werden künstliche Klänge fast ausschließlich mittels elektronischer Bauelemente realisiert, so daß man sagen kann:
Ein Synthesizer ist ein regelbarer, elektronischer Klangerzeuger. Einfache Schaltungen, die elektronisch das Meeresrauschen immitieren, werden daher bisweilen Synthesizer genannt, aber Synthesizer im eigentlichen Sinn sind Musikinstrumente, die eine präzise Kontrolle über die Erzeugung musikalischer Klänge ermöglichen.

Hierbei läßt sich jeder Klang durch drei Parameter und deren zeitliche Veränderung charakterisieren. Diese drei Parameter - oder Hauptkennzeichen - eines Klanges sind : Tonhöhe, Klangfarbe und Lautstärke. Der Techniker würde von Frequenz, Kurvenform oder Obertongehalt und Amplitudenverlauf sprechen. Auf der kontrollierten Verfügung über diese drei Hauptkennzeichen eines Klanges beruht der Synthesizer.
Ein Synthesizer kontrolliert diese Parameter mittels elektrischer Steuer-Signale und stellt das, was später als Klang ertönen soll, als Audio-Signal zur Verfügung.
Vor der Beschreibung der Synthesizer-Typen folgt, zum besseren Verständnis, an dieser Stelle die Erklärung der Begriffe Signal, analog und digital.

Signal

Ein Signal ist eine Mitteilung durch Zeichen oder ein Zeichen mit festgelegter Bedeutung , auf jeden Fall eine Form der Information, die verständlich sein muß.
Klickt man z.B. die Mouse-Taste, so produziert ein kleiner Schalter ein elektrisches Signal, das von der Elektronik in der Mouse verstanden wird und an den Computer als digitales Signal gesendet, was dieser wiederum als Mouse-Klick versteht.
Alle Signale, die einen Vorgang steuern heißen Steuer-Signale.
Ein ertönendes Musikinstrument erzeugt Schall-Wellen, die von unserem Gehör aufgenommen werden. Der Schall informiert unser Gehör durch den Klang, welches Instrument wir hören, und ist damit ein akustisches Signal.

Synthesizer erzeugen ihre Klänge nicht als akustische Signale, sondern als elektrische Schwingungen, die erst durch Lautsprecher in Schall gewandelt werden. Da diese elektrische "Vorform" später gehört werden kann, nennt man diese Schwingungen Audio-Signale (audio = ich höre, Lateinisch).
Als Audio-Signale werden wirklich nur diejenigen bezeichnet, die über (Verstärker und) Lautsprecher abgehört werden können! MIDI-Daten oder andere Steuer-Signale sind keine Audio-Signale.

Analoge Signale, analog

Analog kommt aus dem Griechischen und heißt entsprechend, ähnlich, gleichartig . Bei Synthesizern und allgemein in der Audio-Technik sind hier elektrische Signale gemeint, die sich genauso verhalten, wie z.B. eine kontinuierliche Reglerbewegung oder die Bewegung einer Lautsprechermembrane. D.h. wird ein Regler um 2% verstellt, ändert sich das elektrische Analog-Signal auch um 2%, wird eine Lautsprechermembrane um 4,12951% ausgelenkt, entspricht das einer 4,12951%igen Änderung des Analog-Signals. Die mathematische Beschreibung der Änderungen (als Kurvenform) hat die gleiche (analoge) Form. Anders audgedrückt: Bei analogen Signalen könnte zu jedem beliebigen Zeitpunkt jeder beliebige Wert angenommen werden.

Digitale Signale, digital

Digital, aus dem Lateinischen, heißt mit dem Finger (so zählen manche auch heute noch), bzw. ziffernmäßig , und damit meint man ganze Zahlen.
Digital bedeutet also: in ein Zahlen-Raster gebracht, oder mit Ziffern arbeitend . Ein digitales Signal ist dementsprechend eine Folge von Zahlen.

Um analoge Signale als Ziffern zu bearbeiten, müssen diese gewandelt (kodiert) werden, das erledigen die A/D-Wandler (englisch A/D-Converter, "A" steht für analog und "D" folglich für digital). Der umgekehrte Weg führt über die D/A-Wandler.

A/D-Wandlung mit dem A/D-Wandler

Die Wandlung eines Analog-Signals in ein digitales erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird das am A/D-Wandler anliegende Analog-Signal in immer gleichen Zeitabschnitten abgetastet. Die Abtast-Geschwindigkeit wird Sampling-Frequenz genannt. Eine Sampling-Frequenz von 44100Hz (üblich auch bei Audio-CDs) bedeutet, daß das Analog-Signal 44100 Mal pro Sekunde abgetastet wird; es werden also 44100 Proben (englisch: samples) entnommen. Jedes Sample gibt über die zum Entnahmezeitpunkt anliegende Amplitude des Analog-Signals Auskunft. Man bezeichnet diesen Vorgang als Puls-Amplituden-Modulation (PAM).
Nun haben wir schon ein Zeit-digitales, aber Amplituden-analoges, also ein halbdigitales Signal. Im zweiten Schritt werden die Samples noch in ein Werte-Raster "gepresst", d.h. es wird geprüft welcher Wert aus dem Vorgegebenen Raster dem Sample am nächsten kommt. Dieser zweite Schritt der Digitalisierung oder Quantisierung, wie man die A/D-Wandlung auch nennt, heißt Pulse Code Modulation (PCM). Die Anzahl der Raster-Werte nennt man auch Auflösungsgenauigkeit oder kurz Auflösung. Die Auflösung wird meist als Anzahl von Bits angegeben, 8 Bit Auflösung bedeutet ein Raster mit 256 Stufen, 16 Bit unterteilen in 65536 mögliche Werte. Hier gilt: Je größer die verwendete Auflösung bei der Digitalisierung, desto genauer ist die digitale Entsprechung des Analog-Signals.

Die Syntesizer-Typen

Synthesizer als Oberbegriff

Der Begriff Synthesizer fungiert auch als pars pro toto , d.h. der Oberbegriff Synthesizer wird heute für alle Geräte benutzt, die eine Synthesizer -Baugruppe enthalten. Hierzu gehören Workstations, (Portable-)Keyboards, Expander und eben Synthesizer.

Eigentlich könnten auch Sampler neuerer Bauart dazugezählt werden, doch im Sprachgebrauch fallen Sampler nicht unter den Oberbegriff Synthesizer.

Analog-Synthesizer

Analog-Synthesizer heißen alle Geräte, deren Klangerzeugung mit analogen Audio-Signalen arbeitet. Ältere Geräte werden auch durch analoge Steuer-Signale (CV/Gate) kontrolliert, moderne Analog-Synthesizer werden digital gesteuert (MIDI).

Digital-Synthesizer

Als Digital-Synthesizer werden alle Synthesizer bezeichnet, deren Klangerzeugung digital arbeitet. Digital-Synthesizer sind im Prinzip auf Errechnung von digitalen Audio-Signalen spezialisierte Computer. Mittlerweile gibt es sogar Computer-Programme, die auf einem handesüblichen Computer (PC, Apple) einen Synthesizer nachbilden (nachbilden, emulieren; englisch: to emulate). Da Computerprogramme unter dem Begriff Software gehandelt werden, heißen Synthesizer-Emulationen auch Software-Synthesizer .

Funktionseinheiten & Baugruppen etc.

Früher wurde jede kleine Funktion durch eine Verschaltung von einzelnen elektronischen Bauteilen verwirklicht. Mehrere Funktionen wurden in Gruppen (Funktionsgruppen) zusammengefaßt und auf einer Trägerplatte (Platine) aufgebaut (Baugruppe). Da manche Funktionsgruppen mehr als einmal in einem Synthesizer benötigt wurden (z.B. Oszillatoren), spendierte man diesen ein eigenes Gehäuse, das nennt man ein Modul. Ein Syntesizer, der nur aus Modulen zusammen gesetzt ist, heißt modularer Synthesizer oder Modular-Synthesizer-System. Die Verbindung der Module erfolgt dabei über sogenannte Patch-Kabel (englisch: patch-cords). Daher rührt auch der Name Patch den einige Hersteller für Klangprogramm verwenden. Heutige Synthesizer sind in der Regel in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und die Zuordnung der einzelnen Bauteile zu Funktionsgruppen ist nicht mehr gegeben. Man spricht der besseren Übersicht halber trotzdem noch von Baugruppen, selbst Teile der Rechenvorschriften digitaler Synthesizer werden Module genannt.

Man kann die Baugruppen der Synthesizer in zwei Kategorien (Funktionseinheiten) einteilen. Alle Module, die Audio-Signale erzeugen oder verändern, gehören zur Klangerzeugung, manchmal Audio-Abteilung genannt. Die anderen dienen der Steuerung und sind Bestandteil der Steuereinheit. Die Unterscheidung der Geräte-Typen ergibt sich hauptsächlich durch unterschiedliche Ausstattung der Steuereinheit.