~2025-69162-6: Grammatik

2025-09-22T22:59:02Z

Grammatik

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[[Datei:Klanganalyse.png|mini|hochkant=1.5|Klangsynthese aus zwei Frequenzen]]

Die '''Klangsynthese''' ist eine Methode zur Herstellung künstlicher oder Abwandlung natürlicher [[Klang|Klänge]]. Mit der fortschreitenden Entwicklung der [[Elektronik]] und der [[Digitaltechnik]] wurden Verfahren der Klangsynthese zunehmend flexibler und leistungsfähiger.

== Subtraktive Synthese ==
{{Hauptartikel|Subtraktive Synthese}}
Bei der subtraktiven Synthese wird ein obertonreicher Klang durch Filter so bearbeitet, dass bestimmte Frequenzen entfernt werden, um den gewünschten Sound zu formen.

== Additive Klangsynthese ==
{{Hauptartikel|Additive Synthese}}

Bei der additiven Klangsynthese werden komplexe Klänge erzeugt, indem viele einfache Sinustöne mit unterschiedlichen Frequenzen, Amplituden und Phasen addiert werden.

Ein Klang erweist sich auf dem Bildschirm eines Oszillografen als periodische, nicht sinusförmige Kurve (so z. B. rechtes Bild der Abb. A). Wie [[Jean Baptiste Joseph Fourier|Jean Baptiste Fourier]] festgestellt hat, kann jede periodisch verlaufende Schwingung als Überlagerung von sinusförmigen Kurven (verschiedenster Frequenz und Amplitude) aufgefasst werden. Dies ergibt die Möglichkeit, Klänge (periodische Kurven) durch Addition einzelner Töne (schlichte Sinuskurven) zusammenzusetzen (Klangsynthese). Durch Auswahl und Variation z. B. der Amplitude der einzelnen Komponenten ergibt sich eine Vielzahl von verschiedenen Klängen ([[Additive Synthese]]) (vgl. Abb. A).

Da sich jedoch z. B. der Klang einer auf dem Klavier angeschlagenen Saite während seiner Dauer ändert, reicht diese einfache Klangsynthese zur Erzeugung eines echten Klavierklanges nicht aus. Ganz wesentlich hierfür erweist sich u. a. der [[Einschwingvorgang]]. Darüber hinaus trägt ''farbiges [[Geräusch|Rauschen]]'', das aus unzähligen Teilschwingungen mit einem Frequenzmaximum besteht, in besonderem Maße zum Klang bei.

Eine wichtige Charakteristik sind die zeitlichen Differenzen beim Auf- und Abbau von [[Oberton|Obertönen]]; jeder einzelne Oberton besitzt gewissermaßen seine eigene komplexe [[ADSR|Hüllkurve]]. Bei [[Elektronische Orgel#Elektromechanische Tonerzeugung|Zugriegelorgeln]] bleibt die Realisierung des additiven Syntheseprinzips auf das kontrollierte Hinzufügen und Reduzieren einiger in festen [[Intervall (Musik)|Intervallen]] zum [[Grundton]] gestimmten sinusförmigen [[Oberwelle]]n beschränkt (meist weniger als zehn). Daher ist hier nur eine stark eingeschränkte Hüllkurvenbeeinflussung möglich.

Die [[Schnelle Fourier-Transformation]] erreichte hier durch mehrere kleinere Computersysteme eine Reduzierung des Speicherplatzbedarfs. Für eine vollwertige additive Synthese ist die separate Beeinflussung der einzelnen Hüllkurven notwendig. Ob eine gemeinsame Hüllkurve für alle Obertöne, oder die einzelne Programmierung für mehrere Obertöne eines Klanges – die Klangergebnisse unterscheiden sich deutlich in der Qualität. Hüllkurven-Kopierfunktionen können hier Hilfe leisten.

== Synthese durch Frequenzmodulation ==
{{Hauptartikel|FM-Synthese|Frequenzmodulation}}
Ändert sich die Frequenz f eines Tones periodisch, so bezeichnet man diese Tonhöhenschwankungen als [[Vibrato]]. Man sagt, der Ton sei frequenzmoduliert (vgl. Abb. B). Nähern sich ''Trägerfrequenz'' und ''[[Modulation (Technik)|Modulationsfrequenz]]'' (siehe Abb. C), so ergeben schon wenige Wellenformen, z. B. die beiden in der Abb. C, reiche Resultate. Diese FM-Synthese ist einerseits weniger aufwändig als die additive Klangsynthese und außerdem eine flexiblere Technik, weil Träger- und Modulationsschwingungen jedwede Form (nicht bloß Sinusschwingungen) annehmen dürfen und sich so völlig neue Klänge synthetisieren lassen.

== Synthese durch Amplitudenmodulation ==
{{Hauptartikel|Low Frequency Oscillator|Amplitudenmodulation}}
Beim [[Analogsynthesizer]] ist es möglich, die Stärke der Modulationsspannung sowie deren Frequenz zu verändern. Dazu wird i. d. R. der Modulationsoszillator [[Low Frequency Oscillator|LFO]] verwendet. Die untere Grenze seines Frequenzbereiches beginnt außerhalb der menschlichen Hörfläche (etwa bei 0,01 Hz). Moduliert man die Lautstärke eines Klanges im [[Voltage Controlled Amplifier|VCA]] mit einer LFO-Frequenz, die innerhalb des Bereiches von 0,01 bis 16 Hz ansteigt, so erfährt dieser Klang in Abhängigkeit von Modulationsfrequenz und -stärke zunehmende rhythmische Veränderungen. Der bekannte [[Tremolo|Tremolo-Effekt]] steigert sich bis zu einer eigentümlichen Rauheit des Klanges; man spricht hier von ''subauditiver Steuerung''. Erst durch die Erhöhung der LFO-Frequenz in den menschlichen Hörbereich entsteht ein stationärer Klang.

== Wellenform-Synthese ==
Den Ausgangspunkt der Wellenform-Synthese bildet eine [[Sinuswelle]], deren [[Amplitude]] von einem Hüllkurvengenerator kontrolliert wird. Diese Welle passiert eine [[Baugruppe]], die als nichtlinearer Prozessor (englisch ''waveshaper'') bezeichnet wird. Der Prozessor formt dabei die obertonlose Sinuswelle in ein Klangsignal mit wechselndem Obertonanteil um.

== Phase-Distortion-Synthese ==

{{Hauptartikel|Phase-Distortion-Synthese}}

Bei der Phase-Distortion-Synthese wird der Verlauf einer [[Wellenform]] durch eine kontrollierte Verzerrung ihrer Phasenlage verändert, um neue Klangspektren zu erzeugen. Das Verfahren wurde Anfang der 1980er Jahre vom Unternehmen [[Casio]] entwickelt und ist eine Variante der Wellenform-Klangsynthese.

== Samplebasierte Synthese ==
[[Sampling (Musik)|Sampling]] ist ein digitales Verfahren zur Speicherung von Klängen. In der Praxis ist Sound-Sampling als Kombination mit digital und analog vorgenommenen Klangmanipulationen bereits eine eigenständige Klangsynthesetechnik geworden, obwohl es sich vom Prinzip her um die Wiedergabe bereits vorhandener Klänge handelt. Mit zunehmender Speicherkapazität von Rechnern konnten Wellenformen mechanischer Instrumente mit enormem Speicher und deren Ein- und Ausgangsvorgänge in einer Wavetable im Computer gespeichert werden. Durch Manipulation (Filter, Modulatoren u. a.) dieser Werte lassen sich Klänge verändern sowie Effekte (z. B. Hall) hinzufügen. Da einerseits das Hören als analoger Vorgang angesehen werden kann, der Computer auf der anderen Seite eine digitale Maschine ist, müssen bei der Ausgabe die diskreten Zahlen des Computers in glatte (elektrische Spannungs-)Kurven umgewandelt werden, um letztlich per Lautsprecher hörbar gemacht zu werden. Dies geschieht über [[Digital-Analog-Wandler]]. Umgekehrt gelangen analoge Schallereignisse in den Computer, wenn [[Analog-Digital-Wandler]] eingesetzt werden. In diesem Fall können momentane Amplituden (Hochwerte) einer Schallkurve – ein reiner Ton, über ein Mikrofon aufgenommen und auf dem Bildschirm eines [[Oszillograph]]en (= Schwingungsschreiber) sichtbar gemacht, ergibt eine Sinuskurve – in kleinen Zeitschritten abgetastet werden, wobei aus der (glatten) Schallkurve eine Treppenkurve entsteht, die umso besser sich dem Original nähert, je mehr Abtastungen in der Zeitspanne stattfinden, je höher also die [[Abtastrate]] ist. Setzt sich die Schallkurve aus mehreren Sinuskurven zusammen, wird also ein Klang aufgenommen, so muss nach dem [[Nyquist-Shannon-Abtasttheorem|Abtasttheorem]] von [[Harry Nyquist|Nyquist]] und [[Claude Elwood Shannon|Shannon]] (1948) die Abtastrate doppelt so hoch angesetzt werden wie die höchste der in der Summe vorkommenden Frequenz (Schwingungszahl f, gemessen in Hertz (Hz)), soll der gespeicherte Klang in all seinen Feinheiten vollkommen aufgezeichnet oder wiedergegeben werden. Wenn z. B. auf einer [[Compact Disc]] die Abtastrate (Samplingfrequenz) 44,1 Kilo-Hertz beträgt, dann liegt die höchste (theoretisch) vorkommende Frequenz f bei 22,05 Kilo-Hertz.

== Wavetable-Synthese ==

{{Hauptartikel|Wavetable-Synthese}}

Bei der Wavetable-Synthese wird ein Klang durch das Abspielen und dynamische Überblenden zwischen digital gespeicherten [[Waveform|Wellenformen]] (Wavetables) erzeugt.

== Physical Modelling ==
{{Hauptartikel|Physikalische Modellierung (Klangerzeugung)}}
Wenn ein Instrumentalklang mathematisch analysiert wird, können durch mathematische Vorgaben Klänge entstehen. Wegen sehr hohen Rechenanforderungen hat man nach Ersatzmodellen (Julius O. Smith) gesucht, indem z. B. elektrische [[Wellenleiter]] anstelle von [[Longitudinalwelle]]n in einem Rohr, wie sie in einer schwingenden [[Pfeife (Tonerzeuger)|Pfeife]] vorkommen, untersucht werden.

== Granularsynthese ==
{{Hauptartikel|Granularsynthese}}

Bei der Granularsynthese wird ein Klang aus vielen sehr kurzen [[Audiosample|Samples]] („Grains“) zusammengesetzt, die in hoher Dichte abgespielt und in Parametern wie Dauer, Tonhöhe und Position variiert werden. Formen der Granularsynthese sind ''Glisson-Synthese'', ''[[Pulsar-Synthese]]'' u. a. ([[Curtis Roads]]).

== Siehe auch ==
* [[Synthesizer]]
* [[Schallerzeugung]]
* [[Computermusik]]

== Literatur ==
* E. Gehrer, Synthesizer Workstation Pro, Franzis Verlag München, ISBN 978-3-645-70094-8

== Weblinks ==
* [http://www.brothers-in-music.de/klangsynthese Klangsynthese]
* [https://sites.google.com/site/musiklaborsynth/home Synthesizer Workstation] – Software für Klangsyntheseverfahren
* [http://recording.de/Themenwelten/synthesizer-workshop/index.html Recording.de – Onlinekurs für Klangsynthese]

[[Kategorie:Klangsynthese| ]]

Klangsynthese - Versionsgeschichte

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