Eine Anleitung zu Synth-Filtertypen: Ladders, Steiner

Unabhängig davon, welches Musikgenre Sie hören, das Synthesizer enthält, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass die Funktion der Maschine, die dem Klang Charakter verleiht und ihn ansprechend macht, der Filter ist. Filter sind der wichtigste Bestandteil von Synthesizern und dennoch werden sie oft nicht vollständig verstanden. Seit den 60er Jahren haben Synthesizer-Hersteller unermüdlich daran gearbeitet, ihre eigenen, unverwechselbaren Filter zu entwickeln, deren Sounds sich vom Rest des Marktes abheben.

Angesichts der esoterischen Terminologie wie „Pole“ und „Tracking“ in Kombination mit einer endlosen Vielfalt an Typen und Anordnungen ist es nicht schwer zu verstehen, warum viele Benutzer gelernt haben, durch Drehen an Knöpfen das zu erreichen, was sie wollen, ohne wirklich zu verstehen, was unter der Haube vor sich geht . Die jüngste explosionsartige Beliebtheit modularer Systeme hat die Sache nur noch komplizierter gemacht, da viele Hersteller Filtertypen in Werbematerialien bewerben.

Vor diesem Hintergrund möchten wir Sie durch die Welt der Synthesizerfilter führen und Sie auf den neuesten Stand bringen, damit Sie Ihre Transistoren von Ihren Dioden und Ihre SEMs von Ihren CEM3320s unterscheiden können.

Für Leser, die mit der allgemeinen Funktion von Filtern nicht vertraut sind, scrollen Sie nach unten, um unseren Leitfaden zu den Grundtypen zu finden.

Die große Einführung des Synthesizers in die breite Öffentlichkeit war wohl das auf Synthesizern basierende Album „Switched-On Bach“ von 1968, auf dem Wendy Carlos ein Album mit Bach-Stücken auf einem Moog-Synthesizer produzierte.

Als Auslöser der Synthesizer-Begeisterung brachte Robert Moog 1970 bald seinen Minimoog auf den Markt, einen nicht modularen tragbaren Synthesizer mit einem außergewöhnlichen Filterdesign, der anderen Herstellern einen Schritt voraus ist. Mehrere nahmen dies zur Kenntnis und wollten ähnliche Filter in ihren eigenen Instrumenten verwenden, was nur zu einem Dominoeffekt bei Filterdesigns führte, von denen einige inzwischen Legendenstatus erlangten. Lassen Sie uns nun einige durchgehen.

Ursprünglich Mitte der 60er Jahre für ihre modularen Synthesizer entwickelt, ist der Ladder-Filter – benannt nach der Form der Schaltung – zum Synonym für den Moog-Sound geworden.

Die Moog-Leiter war der erste spannungsgesteuerte Tiefpassfilter seiner Art und entlehnte seine Struktur der Arbeit von George Campbell mit Telefonsystemen bei AT&T. Mit einer Flankensteilheit von 24 dB/Oktave und einer einstellbaren Resonanzspitze am Cutoff-Punkt bot es beim Abschwächen des Signals seine eigenen angenehmen Overdrive-Töne und verlieh mehreren Basslinien und Lead-Sounds einen unverkennbaren „fetten“ Charakter. Moogs Patent für den Filter wurde 1969 kurz nach der Veröffentlichung von Switched-On Bach erteilt, was schützte, dass sein Design für den Versuch jedes neuen Unternehmens, einen Synthesizer zu entwickeln, aufgehoben wurde.

Ein weiteres beliebtes Leiterfilterdesign ist die Diodenleiter, die bekanntermaßen im Roland TB-303 verwendet wird. Wie die Moog-Leiter ist Rolands letzterer Filter ein Tiefpassfilter mit 24 dB/Oktave. Andere Unterschiede in der Art und Weise, wie die Schaltung hergestellt wird – nämlich der Austausch von Moogs Transistor-basiertem Design gegen eine Dioden-basierte Schaltung – machen dies jedoch zu einem völlig anderen Biest, einem perfekten Filter für die Art von rauschenden Basslinien, die so oft auf dem TB-303 gespielt werden .

Tim Stinchcombe gibt in seiner fachmännischen Analyse von Diodenleiterfiltern weitere Einblicke: „Der Übergang von Transistoren zu Dioden hat Auswirkungen auf die Funktionsweise der Schaltung, und in gewisser Hinsicht führt dies auch zum Verlust eines gewissen Maßes an ‚Eleganz‘: der Die Widerstandskette, die zum Vorspannen der Transistoren in der Moog-Leiter verwendet wird, bedeutet, dass die Spannungen an jedem Filterabschnitt getrennt sind, was effektiv bedeutet, dass die Abschnitte voneinander gepuffert sind; diese „Isolierung“ ist in der Diodenleiter einfach nicht vorhanden.“

Dieser Isolationsverlust führt zu einer anderen Polplatzierung und führt dazu, dass sich die Pole anders bewegen als bei Moog, wenn Sie die Resonanz der Diodenleiter anpassen. Während einige Kommentatoren (und anscheinend zeitweise sogar Roland) gesagt haben, der Filter des TB-303 sei ein dreipoliger Filter mit 18 dB/Oktave – aufgrund des einzigartigen Frequenzgangs des Filters – sagt Roland nun, dass es sich tatsächlich um einen vierpoligen Filter handelt. 24dB/Oktave-Filter.

Der Steiner-Parker-Filter mit 12 dB/Oktave wurde ursprünglich für den Steiner-Parker Synthacon entwickelt, einen seltenen amerikanischen Monosynthesizer aus den 70er Jahren. Klang und Design unterscheiden sich von den Filtern mit 24 dB/Oktave, die von vielen Moog-inspirierten Bass-Synthesizern bevorzugt werden.

Arturia ging mit seiner äußerst beliebten Bass-Synthesizer-Serie einen anderen Weg und entschied sich für eine Variation seiner Brute-Linie, zu der das Original MiniBrute, MiniBrute 2 und MiniBrute 2S gehören.

Aufgrund der allmählicheren Flankensteilheit von 12 Dezibel dämpft der Filter weniger aggressiv, Sie können jedoch immer noch eine Reihe gefilterter Töne, einschließlich aggressiver, erhalten, was zum Teil auf die integrierte Brute-Factor-Steuerung zurückzuführen ist, die den Ausgang des Filters weiterleitet Synthesizer-Verstärker zurück in den Eingang des Filters. Zwischen diesem Modus und der Fähigkeit des Resonanzfilters zur Eigenresonanz müssen Sie nicht befürchten, dass der Filter zu zahm klingt.

Als Robert Moogs Patent für den Moog Ladder Filter 1969 genehmigt wurde, war Alan R. Pearlman damit beschäftigt, ein innovatives modulares Synthesizer-Design zu entwickeln, das mit oder ohne Patchkabel programmiert werden konnte. Sein Ingenieur Dennis Colin verwendete einen angenehm klingenden 24-dB/Oktave-Ladder-Filter, der verdächtig bekannt war und den Namen 4012 erhielt.

Als der ARP 2600 1970 eingeführt wurde, eroberte er die Welt im Sturm – mit seinem tragbaren und leistungsstarken Design entwickelte er sich schnell zu einem Favoriten von Bildungseinrichtungen und Rockstars gleichermaßen. Als jedoch ein Moog-Mitarbeiter damit beauftragt wurde, den Schaltkreis zu zerlegen, um zu sehen, was sich darin befand, stellte er fest, dass die Ähnlichkeit mit dem zuvor patentierten Schaltkreis zu auffällig war. Nachdem Moog Pearlman einen Besuch abgestattet hatte, beschloss ARP, einen neuen Filter für den 2600 zu entwickeln. Der 4072 wurde im aktualisierten Synthesizer eingeführt, inzwischen komplett mit einer schwarz-orangefarbenen Schnittstelle.

Während seiner Tätigkeit als ARP-Händler kam Tom Oberheim auf die Idee für einen digitalen Sequenzer für Synthesizer: Zu diesem Zeitpunkt bestand das Problem darin, dass die meisten Synthesizerspieler ihre Sequenzer nicht gleichzeitig spielen und bedienen konnten. Dies brachte ihn auf die Idee für ein eigenständiges Synthesizer-Add-on, das zusätzliche Funktionen bietet und dem Sequenzer die Möglichkeit bietet, eine Rolle zu spielen, während der Hauptsynthesizer für den Benutzer frei spielbar ist.

Dies ist der Ursprung des Synthesizer Expander Module, bekannt unter dem Akronym SEM. Zusätzlich zu seiner Neuheit als Zusatzgerät und seiner Bedeutung als Teil eines der ersten voll artikulierten polyphonen Synthesizer wurde der SEM aufgrund seines einzigartigen Klangs zu einer Ikone, dank eines einzigartigen 12/dB-pro-Oktave-Filters für seine Zeit.

Der SEM-Filter wurde von niemand anderem als Dennis Colin von ARP entworfen, aber im Gegensatz zu den Moog-ähnlichen Filtern, die er zuvor übernommen hatte, hatte der 12/dB-Multimode-Filter des SEM einen anderen und wünschenswerten Charakter, der ihn zur idealen Ergänzung machte zu den Synthesizern sollte es erweitert werden. Obwohl es nicht in der Lage war, sich selbst zu resonieren, hatte es einen weichen Klang und war multi-mode – das heißt Tiefpass, Hochpass, Bandpass und sogar einen Notch-Modus, der alle Frequenzen außer einem sehr kleinen Band (bzw Kerbe), um zu passieren.

Zuletzt wurde der SEM-Filter in Arturias MicroFreak verwendet und seine musikalische Reaktion hat eine wunderbare beruhigende Wirkung auf die oft rauen digitalen Klänge, zu denen die Maschine fähig ist.

Ein weiterer berühmter Filter, der übrigens bekanntermaßen aggressiv ist, ist der Korg MS-20, der sowohl einen resonanten Hochpassfilter mit 6 dB/Oktave als auch einen Tiefpassfilter mit resonanten 12 dB/Oktave in Reihe geschaltet hat, was die Erzeugung eines Bandes ermöglicht Passfilterung bei gleichzeitiger Verwendung. Beide Filter waren spannungssteuerbar und verfügten über eine Resonanzfunktion, die ein rauschendes, rohes, ausdrucksstarkes und nahezu unzähmbares Potenzial für Sounddesign-Möglichkeiten lieferte.

Der ursprüngliche MS-20 hatte tatsächlich zwei verschiedene Filterabschnittsdesigns. Der erste war ein kompakter Chip-basierter Filter, den Korg selbst herstellte und der den Namen Korg 35 trug. Basierend auf einem klassischen Sallen-Key-Filterdesign trug der Korg 35-Chip in der Mitte des Filterkerns in Kombination mit anderen Komponenten um ihn herum zur Definition bei Was Spieler am MS-20 liebten.

Spätere Modelle des Synthesizers tauschten jedoch den Korg 35 gegen OTA-Chips (Operational Transconductance Amplifiers) aus. Während OTA-Chips in den Filtern des Roland Jupiter-8, Jupiter-4 und anderer Synthesizer der damaligen Zeit zu finden und geschätzt sind, bevorzugen die Leute im Allgemeinen die Filter auf Korg 35-Basis in den älteren Geräten. (Eine umfassende Aufschlüsselung der Roland-Filtertypen finden Sie hier). In den letzten Jahren hat Korg im MS-20 Mini und im noch kleineren Monotron erneut Korg 35-Filter verwendet.

OTAs tauchen auch im berühmten, von Doug Curtis entworfenen span class="weight-bold">CEM3320 auf, einem Multimode-Filterchip mit 24 dB/Oktave, der im OB-8 und OB-Xa, den Sequential Circuits Prophet-5, verwendet wurde Rev 3 und Prophet-10, das Fairlight CMI, LinnDrum und weitere Synthesizer und Drum Machines der 80er Jahre.

Während alle hier erwähnten Filter in der subtraktiven Ostküsten-Synthese verwendet werden, ist das ursprünglich von Buchla entworfene Low-Pass-Gate (LPG) – manchmal auch Low-Pass-Gate-Verstärker genannt – ein entsprechend einzigartiger und musikalischer Filter aus dem Pioniere der Westküsten-Synthese. Seine Amplitude steigt und fällt in Abstimmung mit seinem Frequenzgang, und zusammen mit einer allmählichen Steigung von 6 dB/Oktave kann dies zu natürlich klingenden Filter-Sweeps führen. LPGs sind in Buchlas Music Easel und Korgs Volca Modular zu finden und werden in den Eurorack-Modulangeboten vieler Unternehmen immer häufiger eingesetzt.

Abschließend möchten wir noch den Wasp-Filter erwähnen. Der Electronic Dream Plant Wasp war in den späten 1970er Jahren ein erschwinglicher und äußerst beliebter Synthesizer in England, und sein 12-dB/Oktave-Multimode-Design ist dank seiner Einbindung in die Novation Bass Station und Bass Station 2 sowie den Eurorack Doepfer-Klon A bis heute beliebt -124 VCF5.

Sie fragen sich immer noch, was Filter eigentlich bewirken? Kehren wir zu den Grundlagen zurück.

Als elektronische Instrumente auf den Markt kamen, wurde das, was später als Synthese bekannt wurde, durch einen komplexen und teuren Prozess erreicht, bei dem bestimmte Harmonische mit bestimmten Amplituden gemischt wurden – mit anderen Worten, durch das Stapeln von Sinuswellen unterschiedlicher Tonhöhe und Lautstärke, um Stück für Stück Klänge zu erzeugen -Stück. Dies wird heute als additive Synthese bezeichnet.

Die Ingenieure von AT&T entwickelten den elektronischen Audiofilter, als sie nach effizienten Möglichkeiten suchten, mehrere Telefongespräche drahtgebunden zu führen. Sie entdeckten bald, dass der Filter in der Lage war, Frequenzen in einem Audiosignal zu verstärken oder zu dämpfen. Als die Oszillatoren so weit entwickelt waren, dass sie harmonische Wellenformen wie die Sägezahnwelle erzeugen konnten, stellten sie fest, dass Filter den harmonischen Inhalt dieser Wellen in eine Vielzahl von Klangfarben formen konnten. Der Prozess der Eliminierung oder Entfernung, auf den sie stießen, wird heute als subtraktive Synthese bezeichnet.

Was ist also ein Filter? Im Kontext der subtraktiven Synthese können Sie sich einen Filter allgemein als einen allgemeinen Equalizer vorstellen, der in der Lage ist, bestimmte vom Benutzer eingestellte Frequenzen aus dem Oszillator eines Synthesizers zu entfernen – oder besser gesagt, herauszufiltern. Der Filter fügt dem Rohklang Farbe und Form hinzu, bevor er eine Hüllkurve durchläuft, um der Amplitude eine gewisse Form zu geben.

Der gebräuchlichste Filtertyp ist der Tiefpassfilter, der Frequenzen unterhalb eines bestimmten Punktes passieren lässt. Der Punkt, an dem der Filter zu arbeiten beginnt, ist der Cutoff-Punkt, der durch Drehen des Cutoff-Reglers Ihres Synthesizers eingestellt werden kann. Das Gegenstück zum Tiefpass ist der Hochpass, der tiefe Frequenzen herausfiltert und hohe Frequenzen durchlässt. Weniger verbreitet ist der Bandpassfilter, der sowohl niedrige als auch hohe Frequenzen dämpft und so einen Bereich von Frequenzen um den Grenzpunkt herum passieren lässt. Es gibt auch andere Arten von Filtern, aber diese sind die häufigsten, die Sie sehen werden.

Was ist mit dem Knopf, der sich normalerweise rechts vom Abschaltknopf befindet? Dadurch wird das Ausmaß der Resonanz festgelegt – manchmal auch als Emphasis (bei Moogs) oder Q bezeichnet – und es ist verantwortlich für den schmatzenden Biss, den wir mit Synthesizern assoziieren.

Resonanz erzeugt eine Rückkopplung am Grenzpunkt und betont die Frequenzen auf eine für das Ohr angenehme Weise. Man kann sagen, dass ein Filter selbstoszilliert, wenn er in der Lage ist, einen klingelnden Klang zu erzeugen, wenn er weit genug gedrückt wird. Dieses Klingeln kann oft so gespielt werden, als wäre es ein Sinusoszillator, daher der Name. Nicht jeder Filter eines Synthesizers ist resonant; Viele der analogen Synthesizer von Roland verfügen über einen resonanten Tiefpassfilter und einen nicht resonanten (oder festen) Hochpassfilter. Dies ist nützlich für die allgemeine Klangformung, z. B. zum Entfernen unnötiger Bässe aus einem Pad- oder Lead-Sound.

Wenn ein Synthesizer über mehr als einen Filter verfügt, beispielsweise einen Hochpass und einen Tiefpass, sind diese häufig in Reihe geschaltet. Das heißt, der Schall durchläuft erst das eine und dann das andere. Einige High-End-Synthesizer bieten paralleles Routing, was bedeutet, dass das Signal aufgeteilt und unabhängig durch jeden Filter geleitet werden kann. Ein weiterer gängiger Synthesizer-Stil ist der sogenannte Multimode-Filter mit einem Schalter zur Auswahl zwischen einigen verschiedenen Filtertypen, normalerweise Tief-, Hoch- und Bandpasstypen.

So weit so gut, oder? Wenn Sie den Cutoff anpassen, werden Frequenzen unterhalb, oberhalb oder um einen bestimmten Punkt herum abgeschwächt, und die Resonanz betont diesen Punkt – aber was ist mit Flanken und Polen? Worum geht es ihnen?

Wenn Sie sich die Abbildungen der Tiefpass- und Hochpassfilter oben noch einmal ansehen, werden Sie feststellen, dass es eine allmähliche Kurve um die Grenzfrequenz herum gibt. Entlang dieser Kurve gibt es auf der einen Seite einen Bereich ohne jegliches Signal und auf der anderen Seite einen Bereich, in dem das Signal am stärksten ist. Diese Kurve gibt die Steigung des Filters an oder gibt an, wie steil oder scharf er die Frequenzen jenseits des Grenzpunkts dämpft.

Die meisten in Synthesizern verwendeten Filter sind entweder ein 12-Dezibel-pro-Oktave-Filter oder ein 24-Dezibel-pro-Oktave-Filter. Als Beispiel dafür, was das in der Praxis bedeutet: Angenommen, Sie haben einen Tiefpassfilter mit 12 dB/Oktave und Sie haben die Grenzfrequenz auf etwa das Äquivalent einer A-Note eingestellt. Zwischen diesem A und dem nächsten A eine Oktave darüber hat der Filter die Verstärkung um 12 Dezibel reduziert.

Dank dieser relativ sanften Kurve haben 12-dB/Oktav-Filter im Allgemeinen einen runderen und sanfteren Klang. Abhängig von der Gesamtlautstärke und dem harmonischen Reichtum der Passage oder des Akkords, den Sie spielen, hören Sie möglicherweise immer noch Frequenzen weit über Ihrer Grenzfrequenz, da die Noten zwar mit einer Rate von 12 Dezibel pro Oktave gedämpft werden, aber nicht ausreichend gedämpft wurden still sein.

Ein 24-dB/Oktave-Filter hat einen steileren Grenzpunkt. Nehmen wir das gleiche Beispiel für die Einstellung eines Cutoffs um eine A-Note in einem Tiefpassfilter: Der Filter hat die Verstärkung um 24 Dezibel zwischen diesem A und dem nächsten A eine Oktave höher reduziert. Dieser steilere Anstieg oder Abfall erzeugt einen aggressiveren Klang und bedeutet, dass eine größere Menge harmonischer Inhalte, die nicht „durchgelassen“ werden dürfen, vollständig herausgefiltert wird.

Pole beziehen sich auf das Ausmaß der Dämpfung, wobei jeder Pol für sechs Dezibel Schnitt verantwortlich ist, und als Begriff kann „Pole“ als Ersatz für „Steigung“ verwendet werden und wird oft auch verwendet. Ein 12-dB/Oktave-Filter ist ein zweipoliger Filter, da er 12 Dezibel pro Oktave schneidet, und ein 24-dB/Oktave-Filter ist ein vierpoliger Filter, da er 24 Dezibel pro Oktave schneidet.

Wie Gordon Reid jedoch in einem Sound On Sound-Artikel aus dem Jahr 1999 erklärt (zusammen mit der Arbeit vieler anderer Filterköpfe), ändern sich die genaue Position und das Verhalten der Pole aus einer Reihe von Gründen. Dies führt zu einzigartigen Frequenzgängen, Roll-Offs und anderen Eigenschaften zwischen verschiedenen Filtern. Während unsere Abbildungen oben saubere, regelmäßige Kurven zeigen, sind die Pole eines Filters in Wirklichkeit unregelmäßig, was bedeutet, dass einige Teile der Kurve unterschiedlich stark gedämpft werden als die anderen.

Wenn man jedoch davon ausgeht, dass ein Filter zweipolig, 12 dB/Oktave oder vierpolig, 24 dB/Oktave ist, erhalten Sie eine grundlegende Vorstellung davon, was Sie von dem Filter erwarten können. Und während die meisten Synthesizer über Filter verfügen, die in eine dieser beiden Kategorien passen, können Sie bei einigen, wie dem Korg Minilogue, zwischen zwei- und vierpoligen Einstellungen wählen. Einige Synthesizer verwenden sogar drei- oder sogar sechspolige Filter, obwohl diese eher selten sind.

Zu einer Filtersektion gehört mehr als nur Cutoff und Resonanz, wie jeder weiß, der schon einmal an Knöpfen herumgedreht hat. Wie bei der allgemeinen Amplitude kann die Form des Filters mit der Hüllkurvenstärke gesteuert werden. Der Hüllkurvenstärke-Regler (bei vielen Korg-Synthesizern „EG Int“ genannt) steuert, wie viel der Hüllkurve auf den Filter angewendet wird. Ein Synthesizer kann über einen eigenen Hüllkurvenbereich für den Filter verfügen oder auch nicht.

Die Tastaturverfolgung (manchmal auch „Tastaturfolge“ genannt) steuert, wie viel Filter auf die über die Tastatur verteilten Noten angewendet wird. Dies ist hilfreich für Situationen, in denen Sie nicht möchten, dass Ihr Filter beispielsweise einen tiefen Akkord formt höhere Melodielinie auf die gleiche Weise. Durch Keyboard-Tracking kann die Resonanz auch im Einklang mit der gespielten Taste gehalten werden. Wenn Ihr Filter in Eigenresonanz gerät, können Sie möglicherweise die Tastaturverfolgung verwenden, um die Resonanz effektiv zu spielen, wie bei einem Roland Juno-106.

Modulation (bei Korg-Synthesizern manchmal „MG“ genannt) kann dem Filterbereich Bewegung verleihen, normalerweise mit einem LFO (Niederfrequenzoszillator). Wenn Sie den LFO als nicht hörbares Steuersignal verwenden, können Sie ihn so einstellen, dass er die Grenzfrequenz des Filters mit einer bestimmten Rate anhebt und absenkt, wodurch die Art und Weise, wie der Filter Ihr hörbares Signal begrenzt oder öffnet, variiert wird.

Unterschätzen Sie schließlich nicht den Effekt, den Drive auf einen Klang haben kann, wenn dieser eine Filterschaltung durchläuft. Drive bezieht sich darauf, dass ein Klang zu stark angehoben wird, was zu angenehmen Verzerrungen und Übersteuerungen führt. Besonders bekannt dafür ist das Moog Minimoog Model-D.

Während Sie beim Erkunden der weiten Welt der Synthese auf viele weitere Filtertypen stoßen, sollte Ihnen dies eine gute Grundlage für das Verständnis der vielen Unterschiede und Verwendungsmöglichkeiten verschiedener Arten bieten. Haben Sie einen Favoriten, den Sie hier nicht sehen? Lass es uns in den Kommentaren wissen.