Der Synthesizer - Eine Einführung
Beim Synthesizer handelt es sich um ein Musikinstrument, das elektronisch Klänge und Geräusche erzeugen kann. Um zu verstehen was genau ein Synthesizer macht, ist es am sinnvollsten, sich zunächst die einfachste Form eines Synthesizers anzuschauen:
Wie überhaupt Sound entsteht - Der Oszillator
Der Synthesizer beginnt zunächst mit einem Oszillator, der letztlich nichts anderes macht, als periodisch (ständig wiederholend) eine bestimmte Schwingung zu erzeugen. Aber wie kann man sich das genau vorstellen? Jeder von uns kennt Schwingungen, beispielsweise beim Seilspringen: Dort wird ein Seil in eine sich wiederholende Schwingung versetzt, wobei derjenige, der in der Mitte des Seiles steht, zum passenden Zeitpunkt überspringen muss.
Genauso versetzt auch ein Oszillator etwas in Schwingung, jedoch kein Springseil, sondern Strom. Das passiert in einer Art und Weise, dass der Strom dabei zwischen zwei Richtungen wechselt. Einmal fließt er in die eine, das andere Mal in die andere Richtung. Dazu ein kleines Beispiel:
Das hier ist eine ganze Sinuswelle:
Wenn wir die Welle auf der Horizontalen in der Mitte teilen, dann entspricht die so entstandene Linie exakt dem Punkt an dem überhaupt kein Strom mehr fließt. Sobald die Welle über diesem Nullpunkt ist, fließt der Strom in die eine Richtung (+), sobald sie unter diesem Nullpunkt ist, fließt sie in die andere Richtung (-).
Was hilft uns jetzt aber all diese physikalische Information? Es ist nun sehr einfach nachzuvollziehen, wie ein Synthesizer überhaupt Sounds erzeugen kann. Denn wenn wir verstanden haben, dass ein Oszillator nichts anderes macht als eine Stromschwingung zu erzeugen die regelmäßig ihre Fließrichtung ändert, dann ist schnell erklärt, wie daraus etwas Hörbares entsteht:
Vom Oszillator zum hörbaren Ergebnis
Ein Lautsprecher ist nichts anderes als eine Membran an der eine Spule angebracht ist hinter der ein starker Magnet liegt. Fließt Strom durch diese Spule, wird sie magnetisch, und zwar abhängig von der Fließrichtung des Stromes. Je nachdem bewegt sich die Membran dann nach vorne oder nach hinten. Das heißt also, dass ein Lautsprecher durch Strom in Schwingung gebracht wird, solange dieser Strom selbst seine Fließrichtung ändert, also auch in Schwingung gebracht wurde. Ein Oszillator tut, wie wir bereits feststellen konnten, genau das, er erzeugt eine Schwingung, bei der die Fließrichtung eines Stromes regelmäßig geändert wird. Schließen wir nun so einen Oszillator an einen Lautsprecher, dann beginnt die Lautsprechermembran in exakt der Geschwindigkeit der Schwingung des Oszillators an selbst in Schwingung zu geraten. Dann hören wir einen Sound, denn die Lautsprechermembran bringt durch die Schwingung die Luft in Schwingung, und das wiederum können unsere Ohren hören. Die Geschwindigkeit der Schwingung messen wir dabei in Hertz, wobei ein Hertz (1 Hz) einer Schwingung pro Sekunde entspricht.
Genau das kannst Du jetzt hier ausprobieren. Beobachte, wie sich die Geschwindigkeit der Schwingung im Oszilloskop und auch die Geschwindigkeit der Schwingung der Lautsprechermembran verändert. Beachte auch, dass Du zwischen verschiedenen Schwingungstypen auswählen kannst, das sind die sogenannten Wellenformen, doch dazu gleich mehr.
Wellenformen
Man unterscheidet grob bei Synthesizern vier unterschiedliche Wellenformen:
Sinus
Rechteck
Sägezahn
Dreieck
Diese Wellenformen hören sich sehr unterschiedlich an, weil sie auf unterschiedliche Art und Weise die Luft in Schwingung versetzen. Eine besondere Rolle nimmt hier die Sinuswelle ein: Allen Klängen ist es gemein, dass sie nicht nur aus einer Schwingung, sondern aus weiteren Teilschwingungen zusammengesetzt sind - mit der Ausnahme der Sinuswelle. Wenn wir also irgendeinen Klang hören, dann können wir davon ausgehen, dass immer noch andere Schwingungen mitschwingen, außer es handelt sich um eine (ideale) Sinusschwingung, dann hören wir tatsächlich nur eine einzige Schwingung. Das können wir grafisch darstellen, indem wir die entstandenen Klänge wieder in ihre einzelnen Schwingungen zerlegen. Das funktioniert mit einer Technik namens FFT, das steht für Fast-Fourier-Transformation und es erlaubt uns zu sehen, wo überall noch zusätzliche Schwingungen, man spricht auch von Frequenzen, mitschwingen.
Hier kannst Du das Ganze nachvollziehen. Beachte, dass nur bei der Sinuswelle keine weiteren Teilschwingungen vorhanden sind, und dass bei allen anderen Wellen die Teilschwingungen immer leiser werden je höher sie werden:
Wenn die Lautstärke des Synthesizers nach oben gedreht wird, dann wird der Ausschlag der jeweiligen Wellenform (=Amplitude) höher, wenn die Lautstärke hingegen verringert wird, verringert sich auch der Ausschlag der Wellenform. Die Höhe der Frequenz hingegen beeinflusst die Geschwindigkeit der Welle, sodass bei höheren Frequenzen in derselben Zeit mehr Wellen (man spricht bei einer ganzen Welle von einer Periode) erzeugt werden.