Ziel

Nachdem wir in den Tutorials 039 und 040 die Grundlagen von additiver und subtraktiver Synthese anhand von Abletons Operator erklärt haben, wollen wir uns in diesem Tutorial der FM-Synthese widmen. Hierzu wollen wir den wahrscheinlich bekanntesten aller Software-Synths benutzen, der auf dieser Syntheseform basiert: FM8 von Native Instruments.

In Tutorial 042 erklären wir FM-Synthese anhand der symbolischen Programmiersprache Max/MSP und zeigen euch, wie man einen einfachen, digitalen FM-Synthesizer selber bauen kann.

1. Einführung

Frequenzmodulationssynthese, kurz FM-Synthese, ist neben subtraktiver und additiver Synthese, Wavetable-Synthese und Granularsynthese eine weit verbreitete Methode der synthetischen Klangerzeugung. Das Verfahren basiert auf Frequenzmodulation, wobei im einfachsten Fall die Frequenz von einem Oszillator (Träger) durch einen zweiten Oszillator (Modulator) moduliert wird. Man kann sich den Vorgang wie ein sehr schnelles Vibrator vorstellen: Überschreitet die Grundfrequenz des Modulators in etwa 20Hz, so ist kein Vibrato mehr zu hören, sondern der Grundton des Trägers wird durch weitere Obertöne angereichert. Es können auch mehrere Modulatoren einen einzigen Träger modulieren oder verschiedene Träger-Modulator-Paare in Reihe geschaltet werden.

Das Prinzip der Frequenzmodulation wurde ursprünglich für Zwecke der Nachrichtentechnik entwickelt und reicht zurück in die 20er Jahre. Es war jedoch der Amerikaner John Chowning, der Ende der 60er Jahre mit seinen Forschungen den Grundstein für musikalische Zwecke legen sollte. Im Jahre 1974 lizensierte die Firma Yamaha das Patent seiner Forschungen und präsentierte 1982 mit dem GS1 und GS2 die ersten Instrumente, die auf dieser neuen Technik basierten. Der wohl bekannteste FM-Synthesizer ist jedoch der Yamaha DX7, der 1983 erstmals vorgestellt wurde und auch das Vorbild für Native Instruments FM8 war. Ein guter Vergleich des Klanges zwischen dem DX7 und dem FM8 bietet das folgende YouTube-Video: www.youtube.com…

2. Neuer Patch öffnen

Wir öffnen eine Instanz von FM8 und erstellen unter “File” einen neuen Patch. Sofern unser MIDI-Keyboard korrekt angeschlossen und eingeschaltet ist, sollten wir bereits Klänge spielen können.

3. FM-Matrix und Oszillatoren

Über das Fenster “Expert” und “Ops” auf der linken Seite (1) rufen wir die FM-Matrix (2) auf. Dies ist in gewisser Weise das Herzstück von FM8, da hier festgelegt wird, wie die einzelnen Oszillatoren sich gegenseitig beeinflussen.

Im mittleren Bereich (3) können wir die Parameter der Träger- und Modulator-Oszillatoren selbst definieren.

Die Module A bis F repräsentieren die Oszillatoren, von denen jeder einzelne sowohl als Träger als auch als Modulator fungieren kann. X und Z hingegen sind Distortion- und Filter-Kanäle, mit denen der Klang weiter verfremdet werden kann.

4. Vibrato vs. FM

Bisher sollten wir beim Drücken einer Note nur einen einzelnen Sinuston hören, der von Oszillator F ausgegeben wird. Dies hat soweit noch nichts mit FM-Synthese zu tun.

Mit einem Rechtsklick aktivieren wir nun auch Oszillator E (1).

Durch einen Mausklick in das zunächst noch leere Rasterfeld direkt unterhalb von Oszillator E in der FM-Matrix und durch anschließende Mausbewegungen nach oben bzw. unten können wir einen Wert zwischen 0 und 100 festlegen. Dieser Wert gibt die Stärke des Output-Signals des Oszillators an und ist im Fall von Oszilator F (Träger-Oszillator) nichts anderes als die Lautstärke (2). Oszillator E ist in unserem Beispiel jedoch der Modulator-Oszillator, so dass der Output-Wert in diesem Fall dem Grad der Modulation entspricht (3). Wir belassen es bei dem Output-Wert 80 von Oszillator E.

Um den fließenden Übergang zwischen Vibrato und Frequenzmodulation zu demonstrieren, bringen wir den Ratio-Regler von Oszillator E auf 0 (4). Ratio ist nichts anderes als die Grundfrequenz der einzelnen Modulatoren im Verhältnis zum Träger-Oszillator. Wir bringen mit gedrückter Maustaste den Ratio-Wert allmählich nach oben, bis zu etwa 0.0200. Wir sollten jetzt ein relativ schnelles Vibrato hören. Je weiter wir den Regler nach oben ziehen, desto schneller wird das Vibrato. Ab einem gewissen Punkt ist das Vibrato jedoch als solches nicht mehr wahrzunehmen und der Klang fängt an sich zu verfärben; neue Obertöne entstehen.

Die Stärke des Vibratos bzw. der Frequenzmodulation können wir in der FM-Matrix kontrollieren (3).

5. Weitere Oszillatoren

Um weiter vertraut mit der Funktionsweise und Klanglichkeit von FM-Synthese vertraut zu werden, macht es Sinn, eine ganze Reihe verschiedener Träger- und Modulatoreinstellungen auszuprobieren. Komplexere Synthesestrukturen können durch Kombination mehrerer Oszillatoren erzeugt werden. Es können beispielsweise zwei oder drei Modulatoren einen einzelnen Träger modulieren (1) oder das Output-Signal des Trägers kann zurück in den Modulator geführt werden. Oszillator C fungiert im Beispiel sowohl als Träger als auch als Modulator (2).

Neben Sinus – der am häufigsten verwendeten Wellenform in FM-Synthesizern – können in FM8 auch weitere Wellenformen als Basis von Träger oder Modulator dienen (3).

Im Unterschied zu additiver Synthese oder Wavetable-Synthese sind die klanglichen Ergebnisse beim Verstellen einzelner Parameter in FM8 oft nur schwer abzusehen. Schon minimale Änderungen einzelner Parameter können durchaus extreme Veränderungen im Klang hervorrufen. Experimentieren führt insbesondere bei FM-Synthese oft zu den besten Ergebnissen!

Dieses Tutorial deckt nur die Basics vom FM-Synthese. FM-Synthesizer können in Wirklichkeit wesentlich komplexer sein und über eine Vielzahl unterschiedlicher Filterelemente sowie über weitere Module (z.B. Ringmodulatoren, Waveshaper oder Effektgeneratoren) verfügen, mit denen man den Klang noch weiter verformen kann.

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