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Waveshaping Synthese - Was macht ein Waveshaper?

Waveshaping Synthese - Was macht ein Waveshaper?  ·  Quelle: Moogulator

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Waveshaping Synthese? Es gibt viele Syntheseformen. Oft sprechen wir über subtraktive Synthese, FM oder Wavetables. Aber was ist mit Waveshapern? Was macht Waveshaping genau? Wie lässt es sich gezielt einsetzen und wie funktioniert das grundsätzlich? Es ist erstaunlich einfach. Man muss deutlich weniger „Wissen“ mitbringen, sollte aber durchaus verstehen, was zu tun ist, um gezielt arbeiten zu können.

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Waveshaping – was ist das?

Bei der Waveshaping Synthese wird eine kontinuierliche Welle, meist ein Sinus, anhand einer wählbaren oder festen Shaping-Kennlinie umgeformt. Je komplexer diese Shaping-Kurve aussieht, desto mehr neue Obertöne können entstehen. Die Basiswellenform bildet dabei den Grundsound. Hat der Grundoszillator bereits viele Obertöne, etwa bei Sägezahn oder Rechteck, startet das Shaping auf dieser Basis und kann zusätzliche Obertöne erzeugen.

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So entsteht eine vollkommen neue Wellenform, die durchaus komplex sein kann, wenn der Shaper entsprechend angelegt ist. Klingt kompliziert, ist es aber nicht unbedingt. Mehr als die Auswahl und das „Hindurchfahren“ braucht man zunächst nicht. Die meisten Synthesizer bieten dafür einen Bereich und eine Modulationstiefe, ähnlich wie bei einer Pulsbreitenmodulation. Als Nutzer hat man hier also ein eher leichtes Spiel. Der Waveshaper lässt sich beispielsweise durch eine Hüllkurve oder einen LFO modulieren.

Hier ein paar Shaping-Typen mit verschiedenen Wellenformen.

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Das Shaping selbst lässt sich über mehrere Methoden weiter variieren. Die einfachste Form ist eine Veränderung der Symmetrie der formenden Shaping-Kurve und natürlich der Stärke des Shapings. Nutzt man nur einen Teil einer solchen Modulation, lässt sich recht einfach etwas erzeugen, das beispielsweise an Pulsbreitenmodulation mit unterschiedlichen Wellenformen erinnert.

Ist die Shaping-Kennlinie ein Rechteck, kann sich die Basiswelle entsprechend umkehren, also invertieren. Auch Sättigung und ähnliche Effekte lassen sich über kleinere, weichere Veränderungen der Shaper-Wellenform auf das Zielsignal aufprägen.

Hier zunächst eine einfache Shaping-Fahrt in einem Serge-Modularsystem. Dort arbeitet eine feste Shaping-Kennlinie. Die Form des Shapers selbst bleibt also gleich, während das Ergebnis durch die eingespeiste Grundwellenform variiert. Damit ist das eine der einfachsten Formen von Waveshaping.

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Hier kannst du hören, wie sich selbst aus einem simplen Sinus oder einem Dreieck sehr obertonreiche und interessante Klänge formen lassen.

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Waveshaping vs. Wavefolding

Ein Waveshaper ist kein Wavefolder. Hier kannst du den Unterschied zwischen einer festen Wavefolder-Kennlinie und einer Waveshaping-Fahrt in einem Buchla Music Easel hören und zunächst an einem Sputnik-Modul nachvollziehen. Dort steht zwar „Shaping„, tatsächlich handelt es sich aber um Wavefolding.

Beim Wavefolding wird nicht die Form einer Welle kontinuierlich verändert. Stattdessen werden Teile der Welle nach unten „umgeklappt“. Genau dadurch entstehen neue Obertöne.

Durch diese „gefaltete“ Wellenform entstehen zusätzliche Obertöne, denn die neue „Nase“ nach unten verändert das Obertonspektrum deutlich.

Grundsätzlich gilt: Je stärker eine Wellenform vom Sinus abweicht, desto obertonreicher wird ihr Klang. Kantige und eckige Formen erzeugen dabei meist deutlich hellere und schärfere Ergebnisse.

Wavefolding ist genau genommen eine Spezialform des Waveshapings, also eine Untergruppe. Besonders in West-Coast-Synthesizern wurde diese Technik als Alternative zu FM populär. So sieht das aus und so klingt es:

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Alle Spitzen, die oberhalb eines bestimmten Pegels liegen, werden nach unten „geklappt“ – daher der Name „Folder“. Stell dir eine Sinuswelle vor, deren Wellenberg plötzlich nach unten zeigt. Genau dadurch entstehen neue Obertöne. Würde man den Wellenberg stattdessen einfach abschneiden, entstünden wiederum andere Obertonstrukturen. Hier hörst du das am bereits angekündigten Buchla-System:

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In diesem Video kannst du Wavefolding mit einer Dreieckswelle als Basis beobachten. Dort werden die Spitzen genau wie beschrieben heruntergeklappt. So lässt sich sehr anschaulich erkennen, wie unterschiedlich Sinus und Dreieck auf Wavefolding reagieren. Das Verfahren verdoppelt dabei nahezu die wahrgenommene Frequenz und verändert das Obertonspektrum deutlich.

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Wieso Waveshaping Synthese? Reicht ein Verzerrer?

Ja, natürlich lassen sich auch durch Verzerrung neue Obertöne erzeugen. Dabei wird vereinfacht gesagt alles oberhalb eines bestimmten Pegels abgeschnitten. Mit zunehmender Verzerrung entstehen immer stärker „rechteckige“ Wellenformen. Genau deshalb klingen verschiedene Verzerrer auch unterschiedlich. Betrachtet man das Ergebnis auf einem Oszilloskop, wird dieser Vorgang sofort sichtbar.

Die Wellenform entwickelt sich bei einer Verzerrung – ausgehend von einem Sinus – Schritt für Schritt in Richtung Rechteck. Je nach Verzerrertyp (Röhre, Soft-Clipping oder Hard-Clipping) entstehen dabei unterschiedliche Formen. Manche liefern eher weich gerundete Rechtecke, andere nahezu perfekte Rechteckwellen. Ein hartes Rechteck besitzt deutlich mehr Obertöne und klingt entsprechend aggressiver. Einige Synthesizer arbeiten deshalb bewusst mit leicht entschärften Rechteckformen. Ein Waveshaper geht jedoch deutlich weiter: Er ermöglicht eine gezielte und wesentlich flexiblere Gestaltung des Obertonspektrums.

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Das Ganze lässt sich außerdem asymmetrisch umsetzen. Im letzten Teil dieses Videos kannst du den Unterschied sehr gut hören. Übrigens eignet sich Waveshaping nicht nur für Synthesizer, sondern ebenso zur kreativen Bearbeitung von Audiomaterial, was in diesem Video ebenfalls demonstriert wird.

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Mehr Waveshaping Synthese

Während frühe Korg-Synthesizer wie der Z1 und Prophecy genau zwei Waveshaping-Varianten („Clip“ und „Reso“) anbieten, war bereits der Korg 01/W ein echter Klassiker dieser Waveshaping Synthese. Das „W“ im Namen steht tatsächlich für Waveshaping. Moderne Korg-Synthesizer wie der multipoly bieten heute eine enorme Auswahl an Shaping-Kurven. Alle einzeln vorzustellen würde den Rahmen dieses Artikels sprengen.

Hier werden einige dieser Waveshaping-Varianten vorgestellt und mit unterschiedlichen Einstellungen demonstriert.

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Hier findest du verschiedene Shaper-Varianten, die klanglich an Sync, FM oder sogar Fuzz erinnern können. Um unterschiedliche Wellenformen zu erzeugen, wird übrigens auch in vielen analogen Synthesizern intern Waveshaping eingesetzt. Die Modulationstiefe und den Arbeitsbereich kannst du dabei vollständig selbst bestimmen. Die Möglichkeiten reichen vom leichten Verbiegen einer Wellenform über Buchla-ähnliche Shapes („Berkeley“) bis hin zu PWM-ähnlichen Klängen oder formantähnlichen Vokal-Sounds.

Dabei können die Shaper mehrere schnelle Wellendurchgänge enthalten, um gezielt neue Obertöne zu erzeugen. Moderne Synthesizer bieten teilweise über 100 verschiedene Waveshaping-Kurven. Manche Instrumente erlauben sogar das Zeichnen eigener Shaper oder arbeiten mit Tabellen, die Modulationsverläufe in neue Kennlinien umsetzen. Ein gutes Beispiel dafür ist u-he Zebra.

Die Anderen – Waveshaper-Alternativen

Verwandt, aber technisch anders gelöst, ist das übrigens im Wave Morph-Bereich des Korg modwave oder des Ultrawave. Auch hier kommen Shaper-Kurven zum Einsatz, allerdings werden sie kontinuierlich ineinander überblendet. Das ist mit Waveshaping verwandt, funktioniert technisch jedoch anders.

Wavetables arbeiten wiederum nach einem völlig anderen Prinzip. Statt eine Wellenform in Echtzeit zu verformen, bestehen sie aus einer Sammlung vieler gespeicherter Wellenformen, die nacheinander durchfahren werden. Dadurch entsteht die klangliche Veränderung. Waveshaping Synthese benötigt dagegen nur eine einzige Grundwellenform und eine Shaping-Kennlinie. Die Veränderung entsteht vollständig in Echtzeit durch die Stärke des Shapings und ist deshalb technisch deutlich direkter aufgebaut.

Waveshaping im Korg multipoly mit vier Waveshapern und 100 Shaping-Formen
Waveshaping im Korg multipoly mit vier Waveshapern und rund 100 Shaping-Formen. · Quelle: Moogulator

Sollen aus einer einzigen Shaper-Kurve möglichst viele Variationen entstehen, kann die Wellenform asymmetrisch umgesetzt, gestaucht, verzerrt oder gezielt verbogen werden. Die aktuellen Korg-Synthesizer kombinieren Waveshaping zusätzlich mit zwei Filtern, alternativen Wavetables, doppelter Crossmodulation und Sync. Dadurch wird die Waveshaping Synthese Teil einer sehr umfangreichen Klangerzeugung.

Synthesizer Engine des Korg multipoly
Die Synthesizer-Engine des Korg multipoly kombiniert Waveshaping, Wavetables, Sync und Crossmodulation. · Quelle: Korg

Auch klassische Synthesizer wie der Moog Mavis oder der Moog Messenger setzen auf Waveshaper oder Wavefolder. Deren Aufgabe ist immer dieselbe: zusätzliche Klangfarben zu erzeugen und Alternativen zu FM, Crossmodulation, Sync oder Ringmodulation bereitzustellen.

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Fazit zur Waveshaping Synthese

Die Waveshaping Synthese gehört zu den flexibelsten Methoden der modernen Klangerzeugung. Sie verbindet eine einfache Bedienung mit einer enormen Bandbreite an Klangfarben und findet sich heute sowohl in klassischen Analogsynthesizern als auch in modernen Hybrid- und Digitalsynthesizern wieder. Wer versteht, wie Waveshaping funktioniert, erschließt sich eine der spannendsten Synthesetechniken der letzten Jahrzehnte.

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