Synthesizers ( essay )

De wereld van Bas > Synthesizers ( essay )

Over de geschiedenis en de werking van het muziekinstrument

Voorwoord 

Toen ik een jaar of 11 was begon ik met keyboardlessen, vooral omdat het stoer klonk. Al snel werd ik gegrepen door het maken van muziek en werd mijn eenvoudige keyboardje vervangen door een geavanceerder exemplaar. Later is het keyboard vervangen door een aantal synthesizers. Naarmate ik verder kwam in de synthesizermuziek begon ik steeds meer naar achtergrondinformatie te zoeken. Nu verwacht ik dat ik voldoende kennis heb om een begrijpelijk essay te schrijven over mijn favoriete muziekinstrument.

 

Veel leesplezier!

Bas van den Brink

Juni 2016 

 

1  Inhoud

 

Inhoud

Voorwoord

1       Inhoud
2       Inleiding
3       Geschiedenis
3.1        Inleiding
3.2        De eerste elektronische muziekinstrumenten
3.3        Pioniers van de elektronische muziek
3.4        Modulaire synthesizers
3.5        Geïntegreerde synthesizers
3.6        Digitale synthesizers
4       De werking van synthesizers
4.1        Inleiding
4.2        Geluid
4.3        Oscillatoren
4.4        Filters
4.5        De amplifier
4.6        De envelope generator
4.7        LFO’s
4.8        Effecten
4.9        Speelhulpen
4.10      Aansluitingen
4.11      Synthesevormen 

2   Inleiding

Een synthesizer is voor veel mensen een nogal raadselachtig muziekinstrument. “Ik speel synthesizer” is dan ook een zin die je niet vaak hoort. Als iemand voor het eerst een synthesizer ziet heeft hij vaak het gevoel dat het apparaat hem uitlacht. Het bedieningspaneel zit vol met knoppen, displays en vreemde afkortingen. Toch is de synthesizer niet meer weg te denken uit de hedendaagse muziek zoals de moderne klassieke muziek, de Jazz, de Pop en de Rock. Daarnaast zijn er veel muziekstijlen die volledig berusten op synthesizergeluiden zoals elektronische muziek, house, hiphop, ambient en trance.

Dit succes is vooral te wijten aan de enorme veelzijdigheid van de synthesizer. Op de menselijke stem na is de synthesizer het instrument dat het grootste aantal verschillende klanken kan voortbrengen van alle bestaande muziekinstrumenten. Dit essay probeert in begrijpelijke taal enig licht te werpen op dit charismatische muziekinstrument. In het eerste deel wordt ingegaan op de geschiedenis van de synthesizer. Er wordt begonnen met een overzicht van de eerste elektronische muziekinstrumenten waarna de belangrijkste synthesizers worden besproken. Meestal zal er bij vertelt worden wie het betreffende instrument bespeelde. In het tweede deel wordt uitgelegd hoe synthesizers werken en wat de mogelijkheden zijn. Hierbij wordt de nadruk gelegd op het vrij programmeerbare analoge type omdat dit model staat voor bijna alle synthesizers. 

3   Geschiedenis

3.1   Inleiding

Het verhaal van de geschiedenis van de synthesizer begint al in 1897 met instrumenten als het Telharmonium en de Singing arc. Daarna zijn er een aantal zeer opmerkelijke elektronische muziekinstrumenten uitgevonden. In de jaren 1950 werden de eerste synthesizers ontwikkeld. Aanvankelijk waren dat nog enorme modulaire apparaten vol knoppen en lampjes. In de jaren 1970 werden de synthesizers kleiner en betaalbaarder. Het toetsenbord werd geïntegreerd en het aantal knoppen werd gereduceerd. In de jaren 1980 werden steeds meer digitale technieken toegepast wat resulteerde in de eerste digitale synthesizer, de Yamaha DX-7. Met behulp van midi werd het mogelijk om verschillende elektronische muziekapparaten aan elkaar te koppelen. In de jaren 1990 kwamen veel betaalbare synthesizers op de markt die vol zaten met een zeer grote hoeveelheid klanken die vaak akoestische muziekinstrumenten nabootsten. In de jaren 2000 werden steeds meer softwarematige simulaties van oude synthesizers gebruikt en deed de computermuzikant zijn intrede.

Het is ondoenlijk om alle verschenen synthesizers te behandelen zodat alleen de meest opmerkelijke hier worden besproken. Meestal zal worden vermeld welke bekende artiesten het instrument hebben bespeeld. 

3.2   De eerste elektronische muziekinstrumenten

Het Telharmonium

Het Telharmonium is algemeen aanvaard als het eerste elektronische muziekinstrument. Het werd in 1897 ontwikkeld door de Amerikaanse uitvinder Thaddeus Cahill. Omdat de radiobuis nog niet was uitgevonden bestonden elektronische circuits destijds uit een enorme verzameling spoelen en mechaniekjes. Dit resulteerde in een gigantisch instrument van 200 ton. De klank werd opgewekt met behulp van toonwielen. Het gevaarte werd aangedreven met twee stofzuigermotoren. Deze maakte zo veel lawaai dat ze in een aparte kamer stonden.

Het Telharmonium was bijzonder lastig te bespelen. Het klavier had geen 12 toetsen per octaaf, zoals een piano, maar 32. Er konden dus ook kwartnoten gespeeld worden. Luidsprekers bestonden destijds nog niet maar de telefoon was al wel uitgevonden. Mensen die naar de concerten wilden luisteren moesten daarom eerst opbellen naar een speciaal telefoonnummer. Daarna moesten ze aan de lijn blijven tot het concert afgelopen was. Er zijn bij elkaar drie telharmoniums gebouwd maar ze zijn allemaal afgebroken. Er zijn alleen nog enkele foto’s van. Niemand weet hoe het instrument geklonken heeft.

De Singing arc

In de tweede helft van de 19de eeuw werden veel straten en gebouwen verlicht met koolstofbooglampen. Deze bestonden ruwweg uit een vacuümbuis met twee koolstofelektroden. De lampen gaven een zwak lichtschijnsel en waren bijzonder onrendabel. Het grootste mankement was echter de irritante fluittoon die de lampen veroorzaakten. De Engelse natuurkundige William du Bois Duddell probeerde in 1899 dit probleem op te lossen. Na enig experimenteerwerk kwam hij met de verklaring van het probleem. Hij wist zelfs de toonhoogte van de fluittoon te variëren door de spanning te veranderen. Vervolgens koppelde hij een pianoklavier aan de lamp om er een muziekinstrument van te maken. Hij noemde het apparaat de Singing Arc. William du Bois Duddell was erg enthousiast over zijn uitvinding en promootte hem door het geven van een aantal concerten. Door het primitieve lichtnet van die tijd gingen tijdens de concerten ook alle lampen van de nabijgelegen gebouwen dezelfde muzikale klanken voortbrengen. Het zal een bijzondere ervaring geweest zijn.

De Theremin

De Theremin is het oudste elektronische muziekinstrument dat tegenwoordig nog altijd wordt geproduceerd en bespeeld. Dit maakt het instrument echter niet minder bijzonder. In 1918 was de Russische fysicus Lev Thermen bezig met de ontwikkeling van een gasdrukmeter. Hiertoe plaatste hij twee metalen platen tegenover elkaar.  Deze platen werden verbonden met enige elektronica die er voor zorgde dat een variatie in gasdruk tussen de platen leidde tot een elektrisch signaal. Met behulp van een wijzerplaat kon een gebruiker dan eenvoudig de gasdruk bepalen. Tot zijn verbazing zag Lev Thermen dat de wijzer ook uitsloeg als zijn hand in de buurt van de platen kwam. Omdat hij een enorme muziekliefhebber was (hij speelde cello) verving hij de wijzerplaat door een koptelefoon. Hij kon daarmee de toonhoogte variëren zonder het apparaat aan te raken. De klank die het apparaat voortbracht was vergelijkbaar met een zingende zaag maar dan elektronisch.

De twee metalen platen werden al snel vervangen door een enkele verticale antenne. Bij de eerste versies werd de dynamiek geregeld met een voetpedaal maar later is dit vervangen door een tweede, horizontale antenne. Hoe verder de linkerhand van deze antenne verwijderd is, hoe harder het geluid. In het begin noemde Lev Thermen zijn vinding de Aeterophone. Hij liet een exemplaar aan de Russische leider Lenin zien die erg enthousiast was. Later verhuisde Thermen naar Amerika. Daar veranderde hij zowel zijn eigen naam als die van zijn uitvinding in Theremin.

In eerste instantie wist niemand goed om te gaan met dit nogal vreemde muziekinstrument. Dit duurde totdat de Amerikaanse celliste Clara Rockmore een ongeluk aan haar hand kreeg waardoor ze geen kracht meer kon zetten. De Theremin bood nu de ideale oplossing. Na een intensieve training van vijf jaar beheerste ze het instrument volledig . Bekend van haar is het klassieke stuk De Zwaan van Saint-Saëns (YouTube link ) Haar speelwijze is nu voor de meeste theriminspelers gangbaar. In de jaren vijftig en zestig werden een groot aantal sciencefiction films voorzien van allerlei creepy geluidseffecten uit de Theremin. Tegenwoordig wordt het instrument door een groot aantal muzikanten gebruikt zoals het Franse duo Air, De Britse popgroep Portishead, de Franse componist Jean-Michel Jarre, de Noorse rockgroep Ulver, de Nederlandse Rockgroep the Gathering , de Nederlandse liedjesschrijfster Fay Lovsky en nog veel meer.

De ondes-Martenot

Een vergelijkbaar instrument met de Theremin was de Franse ondes-Martenot. Maurice Martenot was een cellist en radiotechnicus. Hij werkte gedurende de Eerste wereldoorlog voor het Franse leger. Veel radio’s produceerden destijds een doordringende fluittoon, bekend als Mexicaanse hond. Martenot was in staat om deze toon te veranderen en zo kon hij zijn radiotoestel veranderen in een muziekinstrument. Na de oorlog borduurde hij voort op zijn vinding. Het uiteindelijke resultaat was een bijzonder muziekinstrument. Het werd bespeeld door een soort pianoklavier. Aan de linkerkant van het klavier zit een ring. Door deze snel op en neer te bewegen kon de toonhoogte gaan vibreren. Omdat de techniek vergelijkbaar is met die van de Theremin is de klank ongeveer hetzelfde.

De ondes-Martenot is in eerste instantie gebruikt door pioniers van de elektronische muziek zoals Edgar Varese, Artur Honnegger en Maurice Jarre. Het bekendste muziekstuk waar de ondes-Martenot wordt gebruikt is ongetwijfeld Ne me quitte pas van Jacques Brel. Tegenwoordig maakt de Britse Rockband Radiohead veelvuldig gebruik van de ondes-Martenot. In het nummer How to disappear completly worden bijvoorbeeld wel zes exemplaren tegelijk gebruikt.

Het Trautonium

In Berlijn werkte de elektrotechnicus Friedrich Trautwein aan een Duitse versie van de ondes-Martenot. Dit resulteerde in de uitvinding van het Trautonium. Bij dit muziekinstrument moet de muzikant een metalen draad op een geleidend plaatje drukken. Hierdoor wordt de stroomkring gesloten en gaat er een geluid klinken. De lengte van de draad beïnvloedt de weerstand van de draad. Een grotere weerstand levert een lagere toon. Het Trautonium is vooral bekend geworden door het gebruik in de film the Birds van Alfred Hitchcock.

Het Hammondorgel

In 1934 ontwikkelde Laurens Hammond een orgel dat een goedkoop alternatief moest bieden voor kerkorgels. Net als het Telharmonium werd de klank opgewekt door middel van toonwielen maar het was een stuk kleiner. Al snel bleek het Hammondorgel in combinatie met een roterende luidspreker (een zogenaamde Lesliespeaker) een scheurend geluid voort te kunnen brengen dat uitermate geschikt bleek voor toepassingen in de Gospel-, de Jazz-, en de Rockmuziek. In de jaren 50 en 60 werd het Hammondorgel door een groot aantal toetsenisten bespeeld waaronder Ray Charles, Rick Wakeman van de symfonische rockband Yes en Rick Mason van Pink Floyd. Keith Emerson stak tijdens concerten doodleuk ijzeren staven in zijn orgel wat resulteerde in een oorverdovend geschreeuw. 

3.3   Pioniers van de elektronische muziek

In de jaren 50 en 60 vonden met name in Europa veel experimenten plaats op het gebied van elektronische muziek. Vooral in Londen, Parijs, Keulen en Eindhoven gebeurde zeer veel op dit gebied. Er werd veelvuldig geëxperimenteerd met geluidsgeneratoren, bandrecorders, galmkamers, schakelborden en andere elektronica. Dit leverde vaak heel bijzondere composities op die vol zaten met tot dan toe ongehoorde geluiden. In Engeland werd veelvuldig geëxperimenteerd in de BBC radiophonic workshop. Veel mensen dachten dat in die ruimte radioprogramma’s werden gemaakt maar dat was natuurlijk een misverstand. In Parijs ontwikkelden Pierre Henry en Pierre Schaeffer de Musique concrète. Hun gedachte was dat elk mogelijk geluid in feite muziek is. Ze probeerden met behulp van taperecorders nieuwe muzikale wegen in te slaan. Er werden daarom veel klanken van allerlei muziekinstrumenten en geluiden van de straat opgenomen die vervolgens weer elektronisch bewerkt werden. Zeer bekend is de toepassing van het geluid van rijdende treinen in de eerste compositie van Pierre Schaeffers, Tude aux chemins de fer.

In Keulen was Karlheinz Stockhausen een oppermachtige componist van elektronische muziek. Hij leidde zijn studio met een ijzeren vuist maar toch wilden veel jonge muzikanten graag voor hem werken. Het bekendste werk van Stockhausen was het lange experimentele stuk Kontakte ( YouTube link ) . Bij dit schijnbaar volstrekt chaotische meesterwerk werd akoestische percussie samengevoegd met allerlei elektronica zoals roterende speakers waarvan het geluid teruggevoerd werd door middel van vier microfoons.

In Eindhoven werd in het natuurkundig laboratorium (Natlab) van Phillips regelmatig geëxperimenteerd met elektronische muziek onder de bezielende leiding van Roelof Vermeulen. Enkele aanwezige personen in de studio van het Natlab waren Ton Brunel, Dick Raaimaker, Jan Boerman en de Franse componist Edgar Varese. De belangrijkste elektronische compositie van medewerkers van het Natlab was het Poëm elektronique ( YouTube link ) . Dit werk was speciaal gecomponeerd voor het Nederlandse paviljoen van de wereldtentoonstelling in Brussel van 1958 en was een groot succes.

Al dit pionierswerk leidde tot de uitvinding van allerlei nieuwe instrumenten. Een zeer opmerkelijke uitvinding was het Mellotron. Het Mellotron is in 1960 ontwikkeld door de Engelse broers Bradley. Het apparaat bestaat uit een orgelklavier waarbij aan elke toets een stukje tape van ongeveer 8 seconden is bevestigd. Bij het indrukken van de toets wordt het opgenomen geluid van de tape afgespeeld. De muzikant kan van te voren zelf het geluid van de tapes opnemen. Meestal werden hiervoor koren of strijkers gebruikt. Doordat de tapes maar een beperkte lengte hadden was de maximale lengte van de toon beperkt. Hier moest tijdens het spelen wel rekening mee worden gehouden. Daarbij was de kwaliteit van de afneemkoppen niet optimaal en moest de tape telkens versnellen en vertragen. Dit alles gaf een zekere mate van verstoring in het geluid. Een geluk bij een ongeluk was dat de klank hierdoor een interessante schwung kreeg. Het Mellotron zeer bekend geworden door het nummer Nights in white satin ( YouTube link ) van The Moody Blues. Toch had deze band een haat/liefde verhouding met hun mellotron. Door de vele mechanische onderdelen waren Mellotrons namenlijk nogal eens defect. Regelmatig hebben fans een uur moeten wachten totdat het ding eindelijk gerepareerd was en het concert kon beginnen. 

3.4    Modulaire synthesizers

Na het pionierswerk uit Europa was het de beurt aan Amerika. Ongeveer tegelijkertijd integreerden Don Buchla, Bob Moog en Alan R. Pearlman een aantal elektronische onderdelen tot een enkel muziekinstrument. Dit was de geboorte van de Synthesizer . De versie van Buchla had nog geen toetsenboord en werd vooral gebruikt voor studiodoeleinden. De enorme synthesizer van Bob Moog was wel voorzien van een toetsenboord waardoor het voor muzikanten aantrekkelijker was. Omdat Bob Moog Nederlandse voorouders had wordt zijn naam overigens uitgesproken als Moogue. Hij studeerde technische natuurkunde aan de universiteit van NewYork. Om zijn studie te bekostigen bouwde hij Theremins. Na zijn studie begon hij met het modificeren en uitbreiden van deze apparaten . Uiteindelijk leidde dit in 1964 tot een enorme synthesizer met ontelbaar veel mogelijkheden. Elk aspect van het geluid werd geleverd door een aparte module. Deze modules konden aan elkaar worden gekoppeld door middel van elektriciteitskabels. Het resultaat was een gigantische apparaat ter grootte van een flinke boekenkast. Het oppervlak was bezaaid met knoppen en lampjes. Na het kerkorgel en het concertvleugel is de grote Moog synthesizer het grootste muziekinstrument ter wereld. Het geluid dat het bakbeest voortbracht was onovertroffen. Diep, moddervet en krachtig. Toch had het een aantal nadelen. Ten eerste was het monofoon. Dat wil zeggen dat er maar 1 geluid tegelijk kon klinken. Daarnaast had het geen geheugen om de geluiden op te slaan. Wanneer er met veel moeite een geluid was geprogrammeerd kon het niet opgeslagen worden. Als de muzikant een nieuw geluid wilde maken moest hij alle knoppen en kabels weer veranderen. Het is vervolgens bijna onmogelijk om het oorspronkelijke geluid weer te verkrijgen. Daarnaast is de synthesizer zo zwaar en kwetsbaar dat het zeer moeilijk te gebruiken is bij concerten. Desalniettemin werd dit toch regelmatig gedaan. Voor de concertbezoeker is het geknipper van de lampjes en het krachtige geluid een indrukwekkende ervaring. Het plafond van de concertzaal staat te trillen.

De eerste muzikant die serieus gebruikmaakte van de Moog synthesizer was Walter Carlos. Hij maakte op zijn album Switched-on Bach  ( YouTube link ) stukken van Johannes Sebastian Bach op de synthesizer. De productie van het album was een hels karwei omdat elk geluid apart moest worden ingespeeld. Het album sloeg in als een bom en werd al snel één van de meest verkochte klassieke werken aller tijden. Overigens is Walter Carlos later veranderd in Wendy Carlos. In de popmuziek was vooral het nummer Lucky man ( YouTube link ) van Emerson , Lake en Palmer zeer belangrijk. Dit nogal vreemde muziekstuk eindigde met een korte maar zeer heftige synthesizersolo uit de Big Moog. Toen Bob Moog dit hoorde was hij stomverbaasd. Hij had er geen idee van dat zijn creatie zo kon klinken. In de jaren zeventig werd de Moog synthesizer vooral gebruikt door muzikanten uit de Berlijnse school zoals Klaus Schultze, Nuel, Peter Mergener en Tangerine Dream. Deze pioniers maakten veelvuldig gebruikt van sequensers. Een sequense is in de muziek een korte melodie die steeds wordt herhaald. De muzikant kan met een sequencer van te voren een bepaald patroon programmeren door middel van draaiknoppen en druktoetsen. Als er op start wordt gedrukt gaat het in geprogrammeerde patroon eindeloos herhaald afspelen totdat er op de stopknop wordt gedrukt. Dit geeft een hypnotiserend effect.

Tegenwoordig wordt de grote Moog nog altijd gebruikt door bijvoorbeeld Erik Norlander bij het Nederlandse project Ayreon en Mark Shreeve van de Engelse elektronische muziekgroep Redshift.

De elektrotechnicus Alan R. Pearlman ontwikkelde de ARP 2500. In tegenstelling tot Moog gebruikte hij een soort Matrix van pinnetjes om de verschillende modules aan elkaar te koppelen. Het geluid wat uit deze synthesizer kwam was wat helderder en scherper dan dat van de Moog. De ARP 2500 is onder andere gebruikt aan het einde van de beroemde sciencefiction film Close encounters of the third kind ( YouTube link )  van Stephen Spielberg. De Synthesizer wordt tijdens deze scene bespeeld door Pearlman zelf. Later bracht hij de kleinere ARP 2600 uit. Deze was aanzienlijk populairder bij muzikanten. De 2600 is onder andere te horen op Equinoxe5 ( YouTube link ) van Jean Michel Jarre, op Rubycon (YouTube link ) van Tangerine Dream en op het album Big science ( YouTube link ) van de Amerikaanse stemkunstenares Laurie Anderson.

In Engeland werd de meer experimentele EMS VCS 3 ontwikkeld. Dit was een grijze machine met grote draaiknoppen. Deze bijzondere synthesizer had geen toetsenbord (de vergelijkbare synthi A was overigens wel voorzien van een toetsenbord). De toonhoogte werd bij de VCS 3 geregeld met een draaiknop. De synthesizer is vooral gebruikt als effectmachine. Een voorbeeld hiervan is het instrumentale On the run ( YouTube link ) van Pink Floyd. Het album Oxygéne (YouTube link ) van Jean Michel Jarre staat vol met effecten uit de VCS 3. Hij had een hele muur van dergelijke apparaten. Ook Klaus Schultze gebruikte deze synthesizer veelvuldig zoals te horen is op zijn album Picture music (YouTube link ) . 

3.5   Geïntegreerde synthesizers

In 1970 vond een ware revolutie in de synthesizerwereld plaats. Bob Moog nam uit zijn grote modulaire synthesizer de belangrijkste onderdelen en verbond die inwendig aan elkaar. Hij plaatste dit alles samen met een toetsenbord van 41 toetsen in een enkele houten kast. Dit was de geboorte van de legendarische Minimoog. Het apparaat was handzaam, eenvoudig te bedienen en betaalbaar. Omdat het toetsenbord geïntegreerd was, was het voor muzikanten herkenbaar als muziekinstrument. Vanwege zijn krachtige geluid was het uitermate geschikt voor het spelen van diepe bassen en felle leads. Het ontwerp is ronduit geniaal en staat model voor bijna alle latere synthesizers. De Tsjechische muzikant Jan Hammer, bekend van de muziek van de politieserie Miami Vice, wist zijn Minimoog als een gitaar te laten klinken. De toetsenist van de symfonische rockgroep Yes gebruikte wel 8 Minimoogs tegelijk. Hij maakte op elk exemplaar een ander geluid en plakte de knoppen vervolgens vast. Het meesterwerk Autobahn (YouTube link ) van de Duitse elektronicaband Kraftwerk wordt volledig gedragen door ritmes uit de Minimoog. Natuurlijk gebruikten Klaus Schultze en Jean Michel Jarre hem (op het album Chronologie 6 ( YouTube link) ). Ook de Nederlandse elektronicaband Peru gebruikte de Minimoog regelmatig evenals het Franse duo Air. De Minimoog werd echter lang niet alleen in de elektronische muziek gebruikt maar ook moderne jazzpianisten zoals Herbie Hancock en Stevie Wonder gebruikten hem vaak.

Na het succes van de Minimoog konden andere merken niet achterblijven. In de jaren 70 werden dan ook een groot aantal analoge synthesizers gemaakt. Sommigen waren groot en indrukwekkend, andere weer bescheiden van afmetingen en mogelijkheden. Hieronder volgen enkele opmerkelijke exemplaren.

Een bekende monofone synthesizer was de MS 20 van het Japanse merk Korg. Deze had aan de rechterkant van het bedieningspaneel een aantal knoppen en links een hoeveelheid in- en uitgangen. Deze konden met elektriciteitskabels met elkaar verbonden worden waardoor verschillende onderdelen van de synthesizer elkaar konden beïnvloeden. Dit vergrootte het aantal klanken aanzienlijk. De MS 20 is vooral bekend geworden door de fluittoon van het bekende muziekstuk Aurora ( YouTube link ) van Nova maar tegenwoordig wordt hij vooral gebruikt in de hiphop muziek.

Ook Nederland gaf een bescheiden bijdrage bij de ontwikkeling van de synthesizer. Het merk Synton bouwde in 1979 een modulaire synthesizer met de naam Fenix. Deze zeer goede en uitgebreide synth is onder andere gebruikt door Karl Heinz Stockhausen. In 1983 verscheen van hetzelfde merk de Syrinx. Wat betreft design en klankmogelijkheden was het zijn tijd ver vooruit. Veel kenners beschouwen de Syrinx daarom als de beste monofone analoge synthesizer aller tijden. Helaas is hij vrij zeldzaam.

Met veel kunstgrepen lukte het fabrikanten in de jaren 70 om polyfone (meerstemmige) synthesizers te ontwikkelen. Een aarzelend begin was de MonoPoly van Korg. De gebruiker van deze machine kon kiezen uit een indrukwekkend monofoon geluid of een veel minder goed vierstemmig polyfoon geluid. Deze synthesizer is vooral bekend door het rocknummer The final countdown (YouTube link ) van de Zweedse band Europe. Iets later kwamen echt polyfone synthesizers op de markt. Dit waren in feite een aantal monofone synthesizers in een enkele kast. Dit resulteerde in zeer grote, dure en zware apparaten. Één van de eerste exemplaren was de Prophet 5 van Sequential circuits. Zoals de naam al vermoed was de Prophet 5 vijfstemmig polyfoon. Ook had de Prophet 5 40 geheugenplaatsen en een toetsenbord van 61 toetsen. De mogelijkheden waren vergelijkbaar met die van de Minimoog hoewel het duidelijk een ander instrument was. Het geluid wat de synthesizer voortbracht was warm en karaktervol. Bekende spelers waren onder andere The Pointer Sisters en Abba (op Super Trooper ( YouTube link ) ). Een nog veel grotere polyfone synthesizer was de Yamaha CS 80. Dit loodzware bakbeest was gebouwd als een tank maar berucht om zijn instabiliteit. Dit neemt niet weg dat het geluid onovertroffen was. Het was diep, groots en breed. De CS 80 was zowel goed in het produceren van vreemde klokachtige geluiden als indrukwekkende symfonische klanken. Dit is vooral te horen op de albums van de Griekse componist Vangelis. Op de experimentele LP Beaubourg (YouTube link ) gaat hij helemaal los op de CS 80. Bekender is de wereldberoemde aanhef van zijn Chariots of fire (YouTube link ) . De CS80 is te horen op bijna alle latere albums van Vangelis. Het is echt zijn lievelingssynthesizer. Het symfonische karakter van deze synth komt ook duidelijk naar voren op het grootse werk Dune (YouTube link ) van Klaus Schultze.

Het vlaggenschip van het bekende Japanse merk Roland was de Jupiter 8. Door zijn uitgebreide mogelijkheden, zijn heldere klank en zijn zeer fraaie uiterlijk was dit een zeer populaire synthesizer. Hij is vooral bekend van het wereldberoemde intro van Spiral (YouTube link ) van Vangelis maar de Jupiter 8 is ook te horen op Rio ( YouTube link ) van Duran Duran, op Axel F (YouTube link ) van Harold Faltermeyer en op Thriller (YouTube link ) van Michael Jackson. Later bracht Roland een aantal goedkopere en eenvoudigere versies uit zoals de Alpha Juno 2 en de Juno 106. Het gebrek aan klankkwaliteit werd bij deze budgedmachines verdoezeld met allerlei effecten. Dit is een truc die later veelvuldig is toegepast door fabrikanten.

3.6   Digitale synthesizers

Naarmate de techniek vorderde werden steeds meer digitale technieken toegepast in synthesizers. Hierdoor konden ze kleiner, lichter, stabieler en goedkoper worden gemaakt. Daarnaast werd het mogelijk om geheugens in te bouwen. Een voorbeeld hiervan is de Memorymoog, een in feite een Minimoog met een aantal geheugenplaatsen. De Memorymoog kon zelfs het totaalvolume opslaan. Dit was voorlopig de laatste synthesizer die Bob Moog produceerde. Daarna werd hij uit zijn eigen bedrijf gezet. Hij richtte toen het bedrijf Big Briar op waarmee hij Theremins verkocht.

Samplers

Nu het mogelijk was om geheugens te gebruiken om geluiden op te slaan probeerden fabrikanten instrumenten te ontwikkelen die externe geluiden konden opslaan en bewerken. Een dergelijk apparaat wordt een sampler genoemd. Een sampler kan een extern geluid, zoals een muziekinstrument of een stem, opnemen en digitaal bewerken. Het is mogelijk om de sample in stukjes te hakken, om te draaien of te bewerken met allerlei effecten. De eerste sampler was de Fairlicht CMI. Dit gevaarte was bevestigd aan een platform. Het bestond uit een groot toetsenbord en een beeldscherm. Op dit beeldscherm kon de muzikant met een lichtpen bijvoorbeeld partituren en golfvormen tekenen. De Fairlicht gebruikte een enorme hoeveelheid van de aller modernste techniek. Dat maakte hem daarom peperduur. Met de prijs kon je een klein huis kopen. De Fairlicht werd dan ook slechts door een handjevol professionele muzikanten gebruikt. Enkele namen zijn Jan Hammer en Ed Starink, bekend van de Synthesizer Greatest albums. Het duidelijkst komt de Fairlicht naar voren op het album Zoolook (YouTube link ) van J.M. Jarre. Op dit album worden elektronisch bewerkte stemmen gebruikt van over de hele wereld. Een iets minder grote sampler was de Nieuw-Zeelandse Synclavier. Deze is vooral bekend door het thema van de X-files (YouTube link ) televisieserie. De eerste commerciële sampler was echter de Emulator van het Amerikaanse merk E-mu. Later werden samplers veel kleiner en betaalbaarder. Vooral het Japanse merk Akai maakte zeer veel samplers. Deze vormen tegenwoordig de standaard voor alle latere hardware samplers.

Ook in synthesizers werden in de tweede helft van de jaren 80 steeds meer samples toegepast. De donkerblauwe Wave van het Duitse merk PPG (Palm Products Germany) was voorzien van een tabel van korte stukjes sample. Deze konden zowel digitaal als analoog worden bewerkt. Vanwege de ‘slechte’ kwaliteit van de samples wordt een heel karakteristiek geluid verkregen. Dit is bijvoorbeeld te horen op de hit In the Dutch mountains ( YouTube link ) van the Nits. De eerste synthesizer die volledig gebruik maakte van samples was de Roland D-50 uit 1987. Om geheugenruimte uit te sparen werd bij de D-50 alleen het eerste deel van een klank gebruikt. De rest van het geluid werd elektronisch aangevuld. Vanwege de unieke klank en de relatieve betaalbaarheid werd de D-50 veelvuldig toegepast in de muziek van het einde van de jaren 80. Enkele bekende gebruikers waren Enya, Depeche Mode, Pet Shop Boys, Phil Collins, Michael Jackson, Jean Michel Jarre en nog veel meer. De D-50 was echter niet de eerste digitale synthesizer. Deze eer viel te beurt aan de legendarische Yamaha DX-7. Deze had een totaal andere klankopwekking dan zijn voorgangers. De klank werd verkregen door 6 zogenaamde sinusgolven (Operators genoemd) die elkaars fase konden beïnvloeden. De manier van beïnvloeden werd een algoritme genoemd. Deze techniek was zeer geschikt voor het creëren van klokken ,bellen en elektrische piano’s. De DX-7 had een geheugen voor 32 geluiden. In de praktijk werden deze nauwelijks veranderd door muzikanten omdat het programmeren van de DX-7 bijzonder lastig en onvoorspelbaar was. Dit is erg jammer want het potentieel van deze synthesizer is erg groot. De 32 fabrieksgeluiden zijn onderhand over gebruikt door zeer veel muzikanten zoals bijvoorbeeld Whitney Houston en Vangelis. De DX 1 was een combinatie van twee DX 7s in een enkele houten kast. Hier zijn slechts 140 exemplaren van gemaakt en is peperduur. Er staat al jaren één te koop bij Peter Verspuy in Rotterdam. Er is tot nu toe niemand die 4500 Euro wil betalen voor dit onhandige apparaat. Toch is hij wel degelijk gebruikt door muzikanten. Enkele namen zijn: Aphex Twin, Brian Eno, Depeche Mode en Dire Straits.

Een ander Japans merk dat betaalbare digitale synthesizers op de markt bracht was Korg. De naam Korg is afkomstig van Korgan, een combinatie van de oprichter van het bedrijf, Tsutomu Katoh, en het woord organ. Het probleem van het woord Korgan is dat het testikel betekent in het Japans. Vandaar dat de naam afgekort werd tot Korg. De Korg M1 uit 1988 was een workstation wat betekent dat hij voorzien was van een eigen sequencer. Hiermee kon een muzikant met een enkele synthesizer een compleet muziekstuk produceren. Vanwege deze functie is de M1 zeer populair geworden. Hij is gebruikt door onder andere Jean Michel Jarre (die gebruikte alles), Quincy Jones, Madonna, Robert Miles (Children ( YouTube link ) ), Mike Oldfield, O.M.D., Vangelis (uiteraard) en Queen (op Innuendo (YouTube link ) ). De opvolgers van de M1 waren de Trinity, de zeer uitgebreide Triton en de Karma. Deze laatste had een functie die het mogelijk maakte om met een eenvoudig akkoord zeer complexe patronen te creëren.

Virtueel analoge synthesizers

De eerste helft van de jaren 90 werden volledig gedomineerd door de Japanse merken Roland, Yamaha en Korg. Zij brachten een grote hoeveelheid relatief goedkope synthesizers en modules op de markt. Vaak werd een enkele geluidschip ontwikkeld die in verschillende behuizingen werd geplaatst. Hierdoor ontstond een eenheidsworst aan geluiden. De meeste synthesizers waren apparaten met honderden geluiden die slechts met grote moeite te programmeren waren. De basissamples waren vaak van slechte kwaliteit om geheugenruimte uit te sparen. Dit gebrek werd kunstmatig verhuld door het gebruik van allerlei effecten. Dit alles veranderde door de komst van de Housemuziek. De House ontstond in de discotheek the Warehouse in Chicago . De dj Frankie Knuckles gebruikte voor zijn muziek een onooglijk plastic apparaatje, de Roland TB 303. Dit was een zeer eenvoudig synthesizertje met een sequencer functie. Het was oorspronkelijk bedoeld als bassynthesizer waarbij een zanger of gitarist een eigen baspatroon kon programmeren. Dit mislukte echter faliekant omdat de TB-303 helemaal niet klonk als een basgitaar. Het geluid was eerder knorrig en schreeuwerig. Er zijn dan ook slechts 20 000 exemplaren van gemaakt. In combinatie met de Roland TR-909 drumcomputer (ook zo’n ”mislukking”) ontstond eind jaren 80 een heel nieuw muziekgenre. Tegenwoordig is de TB-303 bijzonder gewild onder houseproducers en heeft nu al een waarde van 3500 Euro.

In het midden van de jaren 90 ontdekten veel houseproducers dat de karakteristieke klank en de programmeerbaarheid van analoge synthesizers bijzonder goed in hun muziekstijl paste. De oude apparaten werden weer van zolder gehaald en de prijzen stegen naar ongekende hoogte.

Deze oude analoge synthesizers hadden wel een aantal belangrijke nadelen. Ze waren vaak erg zeldzaam en duur. Daarnaast waren ze vaak nogal instabiel, onderhoudsgevoelig en waren oude elektronische componenten vaak niet meer te verkrijgen. Ten slotte zijn ze meestal niet voorzien van midi of geheugens. De oplossing voor al deze problemen werd opgelost door het onbekende Zweedse merk Clavia. Zij lanceerden de Nord Lead, de eerste virtueel analoge synthesizer. Dit knalrode apparaat zag er vanwege zijn draaiknoppen uit als een gewone analoge synthesizer maar hij was volledig digitaal. In zijn chips bevond zich een emulatie van de sequential circuits uit de Prophet 5, hoewel de klank iets anders was. De Nord Lead werd een groot succes en algemeen beschouwd als een revolutie in de synthesizerwereld. In navolging van dit succes gingen ook andere merken virtueel analoge (va)synths ontwikkelen. Het Duitse merk Acces kwam met de uiterst krachtige Virus. Vanwege zijn heldere geluid is hij erg populair bij Trance producenten zoals Armin van Buuren en DJ Tiësto. Een ander Duits merk dat va synths maakt is Waldorf, een voortzetting van PPG. Zij brachten de microwave module uit, gebaseerd op de PPG Wave uit de jaren 80. Daarnaast kwamen ze met een volledig analoge module met de naam Pulse. Deze synthesizer is gebaseerd op de Minimoog, wat duidelijk te horen is. De Pulse is onder andere gebruikt door het Nederlandse project Atlantic Ocean op het succesvolle stuk Waterfall (YouTube link ) .

Naast al deze Europese va synthesizers kwamen ook Japanse merken met enkele opmerkelijke exemplaren. Korg introduceerde de MS 2000, een digitale en uitgebreide versie van de MS 20. Yamaha betrad de arena van de virtueel analoge synthesizers met de AN1x. Dit was een synthesizer die met behulp van softwarematige modellen allerlei akoestische geluiden kon nabootsen. Vanzelfsprekend is de AN1x gebruikt door Jean Michel Jarre maar ook de Nederlandse toetsenist Gert Emmers speelt er regelmatig op. Een meer succesvolle virtueel analoge synthesizer was de Roland JP 8000, een digitale opvolger van de Jupiter 8. Vanwege de zogenaamde Supersaw oscillator kon de JP 8000 zeer vette geluiden produceren. Daarom is het een populair instrument geworden bij veel artiesten. Voorbeelden zijn Faithless (op God is a DJ (YouTube link) ), Tangerine Dream (op Mars Polaris (YouTube link ) ). Natuurlijk speelden ook Jean Michel Jarre en Depeche Mode erop.

Door het succes van de va synthesizers begonnen enkele fabrikanten ook weer echte analoge apparaten te ontwikkelen. Naast de bovengenoemde Waldorf Pulse was het meest frappante voorbeeld de Voyager van het heropgerichte bedrijf Moog Music Inc. Deze Voyager was een uitgebreide opvolger van de Minimoog. Naast midi en een groter aantal knoppen was het voorzien van een toutchpad om realtime het geluid te kunnen bewerken. De klank is vergelijkbaar met de oorspronkelijke apparaten van Moog, maar hier en daar zijn toch kleine verschillen waar te nemen. Vanzelfsprekend bespeelde Jean Michel Jarre hem (op Teo and Tea (YouTube link ) ). Naast synthesizers bouwde Moog ook diverse analoge effectapparaten met de naam Moogerfoogers en ook Theremins worden nog steeds verkocht door Moog Music Inc. Op 12 augustus 2005 overleed Bob Moog aan een hersentumor.

Door de populariteit van analoge synths werden ook modulaire synthesizers weer af en toe gebruikt. Daarom begonnen bedrijven als Serge en Doepfer weer modulaire apparaten te bouwen. De eerste ontwikkelde synthesizers die sterk leken op de grote Moogs. Deze worden handmatig in elkaar gezet en zijn zeer exclusief. Het A300 systeem van Doepfer is een modulaire synthesizer bestaande uit kleine witte kastjes die verbonden kunnen worden met kleine kabeltjes. Dit maakt het systeem een stuk goedkoper dan de Serge. Één van de meest aantrekkelijke aspecten van het A300 systeem is dat het veel bijzondere modules kan herbergen. Dit vergroot de klankmogelijkheden aanzienlijk. Daarnaast kan het systeem uitgerust worden met midi. De Britse toetsenist en sound designer Ian Boddy is één van de bekendste gebruikers van het systeem.

Het nadeel van deze modulaire hardware apparaten is dat ze nogal prijzig zijn en vrij onhandelbaar bij live optredens. Natuurlijk was het Clavia die een oplossing bedacht. Zij kwamen met de Nord Modular. Dit is in feite een gewone virtueel analoge synthesizer met een aantal draaiknoppen en een klein toetsenbord. Dit eenvoudige kastje komt tot leven als hij (via midi of een usb-kabel) op een computer wordt aangesloten. De bijgeleverde software zit er uit als een uiterst complexe modulaire synthesizer. Er kan gekozen worden uit een enorme hoeveelheid modules die op allerlei manieren verbonden kunnen worden met virtuele kabels. Het geluid wordt echter niet voortgebracht door de computer maar door de hardware synthesizer. Een muzikant kan nu in de studio op zijn gemak een geluid opbouwen met behulp van de software en het dan in het geheugen van de hardware synthesizer plaatsen. Tijdens een optreden kan hij het geluid met een enkele druk op de knop oproepen. De Nord Modular is onder andere bespeeld door de Engelse ambient muzikant Pete Namlook op het album Silence III (YouTube link ) .

Software synthesizers

Een computer kan met behulp van een geluidskaart geluid voortbrengen. Het is daarom een logische stap om een computerprogramma te schrijven dat zich gedraagt als een synthesizer. Een dergelijk programma wordt een software synthesizer genoemd. Een bekend merk dat dergelijke programma’s ontwikkelt is Native Instruments. Zij maken softwarematige simulaties van klassieke analoge synthesizers zoals de Minimoog, de Prophet 5, de DX7 en de TB 303. Native Instruments probeert zo veel mogelijk het oorspronkelijke geluid te benaderen, iets waar ze heel redelijk in geslaagd zijn. Er gaat echter niets boven het origineel. De Nederlandse musicus en sound designer Rob Papen (bekend van Peru en Nova) ontwikkelt zeer geavanceerde en originele software synthesizers zoals de Predator. De functionaliteit van deze programma’s lijken totaal niet op die van andere synthesizers maar hij gebruikt een heel andere manieren van synthese. Door de lage prijs en functionaliteit van software synthesizers raken de hardware apparaten op hun retour. Veel muzikanten gebruiken tegenwoordig alleen nog maar een laptop en een klein keyboardje tijdens concerten. Of dit een positieve ontwikkeling is hangt af van de smaak van de concertbezoeker.

4   De werking van synthesizers

4.1   Inleiding

In dit hoofdstuk wordt ingegaan op de werking van analoge en virtueel analoge synthesizers. Hun opbouw staat model voor veruit de meeste synthesizers. Er wordt begonnen met een korte uitleg over de eigenschappen van geluid waarna stap voor stap alle componenten van een synthesizer worden behandeld.

4.2   Geluid

Voor een goed begrip van de werking van een synthesizer is enige kennis van geluid vereist. Daarom zal begonnen worden met een korte beschrijving van dit natuurkundige fenomeen. Geluid is in feite een golf die zich voortplant door een medium. Zo’n medium is meestal lucht maar het kan ook een vaste stof zijn. Deze golf laat het trommelvlies in het oor trillen. Via de gehoorbeentjes en het slakkenhuis worden deze trillingen omgezet in zenuwsignalen die naar de hersenen worden getransporteerd waar ze geïnterpreteerd kunnen worden.

Een geluidsgolf heeft een aantal belangrijke eigenschappen zoals:

  • De amplitude (de maximale uitwijking). Deze eigenschap zorgt voor de geluidsterkte;
  • De golflengte. Deze eigenschap zorgt voor de toonhoogte;
  • De golfvorm. Deze eigenschap zorgt voor het timbre;
  • De modulatie. Dit is het verloop van het geluid in de tijd.

Deze vier eigenschappen worden elk gerepresenteerd door een apart onderdeel van de synthesizer. Tijdens het programmeren van een geluid zal in het algemeen worden begonnen met het timbre en de geluidsterkte. Daarna zal het verloop in de tijd worden geregeld. Ten slotte kunnen er effecten aan het verkregen geluid worden toegevoegd. Al deze onderdelen worden hieronder apart behandeld.

4.3   Oscillatoren

Om een golf te kunnen creëren is een trilling nodig met een bepaalde frequentie. Een dergelijke trilling kan verkregen worden door een snaar, een stemband, de conus van een luidspreker, een motor enzovoort. Een ander woord voor trilling is oscillatie. Voor de geluidsopwekking van een synthesizer wordt daarom gebruik gemaakt van oscillatoren. Dit zijn elektronische schakelingen die een aantal verschillende golfvormen genereren. Op het bedieningspaneel worden oscillatoren meestal aangegeven met Osc, Vco of soms Dco. Vco staat voor voltage controlled oscilator. Dit betekent dat de oscillatoren aangedreven worden met een stuurspanning, meestal tussen 0 en 5 volt. Hoe hoger deze stuurspanning hoe hoger de frequentie van de betreffende oscillator. Een stuurspanning wordt bijvoorbeeld gegenereerd door het toetsenbord. Een toets aan de linkerkant geeft dus een lagere stuurspanning dan een toets aan de rechterkant van het klavier. Dco staat voor digital controlled oscilator. Dco’s worden niet aangedreven met een analoge stuurspanning maar met een digitaal signaal. Dit maakt ze stabieler en goedkoper. Dco’s missen echter wel het “vintagegevoel”. De meeste analoge en virtueel analoge synthesizers kunnen de golfvormen driehoek, zaagtand, blok, puls, sinus en ruis voortbrengen.

  • Een driehoek lijkt qua geluid op een piccolofluitje. Omdat hij weinig harmonische inhoud heeft klinkt een driehoek wat kaal.
  • Een zaagtandgeluid heeft veel weg van een trompet maar het kan ook gebruikt worden voor strijkers. De zaagtand is waarschijnlijk de meest gebruikte golfvorm vanwege zijn veelzijdigheid.
  • Een blokgeluid heeft veel weg van een blokfluit. Hij klinkt wat warmer dan de scherpe zaagtand.
  • Een puls vorm is in feite een blok alleen kan de breedte van het blok gevarieerd worden. Hij wordt daardoor steeds scherper en minder goed hoorbaar. De puls breedte kan worden gevarieerd met een draaiknop maar ook worden geautomatiseerd.
  • Sinus. De naam sinus is afkomstig uit de wiskunde. Het gaat te ver om dat hier uit te leggen. Een sinusgolf ziet er uit als een watergolf. Het is de meest eenvoudige golf die mogelijk is. De klank is vergelijkbaar met die van een driehoek maar dan kunstmatiger.
  • Ruis. Ruis wordt vaak gebruikt om wind-, zee- en percussiegeluiden voort te brengen.
  • Interne input. Sommige synthesizers zijn voorzien van een audio ingang. Hiermee kunnen externe geluiden dienstdoen als oscillator.

Bij digitale synthesizers kunnen ook samples worden gebruikt als golfvorm. Het arsenaal aan mogelijke klanken wordt dan enorm uitgebreid. Het probleem van digitale synthesizers is dat real-time ingrijpen in de klank bijna onmogelijk is. Vaak is dat geen probleem omdat ze over het algemeen voorzien zijn van een groot aantal goede fabrieksgeluiden (hoewel er meestal ook een heel aantal onbruikbare geluiden bij zitten).

De meeste synthesizers bevatten twee of drie oscillatoren. Dit breidt het aantal mogelijkheden enorm uit. Ten eerste kunnen dan verschillende golfvormen door elkaar gemixt worden, zoals de combinatie van een zaagtand en een blok. Het is ook mogelijk om de tweede oscillator met een iets lagere frequentie te laten lopen dan de eerste. Hierdoor wordt het geluid veel breder en gaat zweven. De tweede oscillator kan ook één of meer octaven lager worden gezet zodat het geluid meer body krijgt. Als twee oscillatoren op een verschillende frequentie worden gezet kan de sync functie gebruikt worden. Bij deze functie dwingt oscillator 1 oscillator 2 om synchroon te lopen. Door het frequentieverschil ontstaat op die manier een zeer vreemde golfvorm die veel doet denken aan een klok of een bel. De sterkte van het effect kan worden geregeld door middel van een draaiknop. Een vergelijkbaar effect is de zogenaamde ringmodulator. Als deze functie wordt ingeschakeld wordt de som en het verschil van de frequenties van beide oscillatoren genomen. Vervolgens worden beide frequenties weer samengevoegd. Dit kan de uiteindelijke golfvorm enorm veranderen. De naam ringmodulator slaat op het feit dat hij oorspronkelijk bestond uit een ring van diodes (een diode bestaat uit twee soorten halfgeleidermateriaal die bijeengebracht zijn).

Een klein aantal synthesizers biedt ook de mogelijkheid tot frequentiemodulatie (fm). Hierbij wordt de frequentie van de tweede oscillator beïnvloed door het signaal van de eerste. Fm werkt alleen goed met sinusgolven. Complexere golfvormen leveren vaak onbruikbaar gekraak op. De klankopwekking van de synthesizers uit de DX-serie van Yamaha berusten volledig op fm-synthese. Bij deze synthesizers kunnen 6 digitale sinus oscillatoren elkaars frequentie op een aantal manieren beïnvloeden. Een dergelijke manier wordt een algoritme genoemd. 

4.4   Filters

Een geluid dat direct uit de oscillatoren komt klinkt vaak nogal scherp en kunstmatig. Daarom zijn de meeste synthesizers voorzien van één of meer filters. Op het bedieningspaneel wordt de filtersectie aangeduid met filter of met vcf (voltage controlled filter). Dit betekent dat filters ook beïnvloed worden door een stuurspanning.

Een filter berust op het feit dat elke golf kan worden gezien als een stapeling van sinusgolven. Dit feit werd ontdekt door de Franse wiskundige Joseph Foerier (1768 – 1830). In zijn fouriertransformatie stelde hij dat elke willekeurige golf bestaat uit een grondtoon die de toonhoogte aangeeft met daarop een reeks sinussen met verschillende amplitudes (maximale uitwijking). Deze sinussen worden boventonen of harmonischen genoemd. Elke golfvorm heeft een eigen patroon van sinussen. Bij een zuivere toon zoals een zaagtand of een blok zitten de sinussen allemaal op een regelmatige “afstand” van elkaar. Bij klokken of bellen zijn er op willekeurige plekken harmonischen toegevoegd. Dit zorgt er bijvoorbeeld voor dat akkoorden met klokken erg slecht en atonaal klinken. Een zuivere sinus bestaat natuurlijk alleen uit de grondtoon.

Het filter van een synthesizer filtert deze boventonen om de ingekomen golf te veranderen. Dit kan op 4 verschillende manieren gebeuren:

  • De lage boventonen worden doorgelaten en de hoge worden weggefilterd. Dit wordt een Low pass filter genoemd. Het low pass filter wordt veruit het meest toegepast. Veel synthesizers hebben zelfs alleen een dergelijk filter. Het low pass filter zorgt ervoor dat het geluid warmer en soms doffer wordt . Het haalt letterlijk de scherpe randjes van het geluid af;
  • De hoge boventonen worden doorgelaten en de lage worden weggefilterd. Dit wordt een High pass filter genoemd. Het high pass filter maakt het geluid scherper omdat het de lage harmonischen weg filtert. Hoe hoger de afsnijfrequentie hoe scherper het geluid;
  • Er wordt een deel van de lage en een deel van de hoge boventonen weggefilterd. Dit wordt een Band pass filter genoemd. Het band pass filter maakt het geluid dunner;
  • Er worden een beperkt aantal boventonen uit een klein gebied weggefilterd. Dit wordt een Band reject filter genoemd. Een band reject filter is niet erg duidelijk. Het kan nogal onvoorspelbare effecten geven.

De cutoff frequentie

De frequentie waar de filtering plaatsvindt wordt de cutoff frequentie genoemd. Deze waarde kan worden gevarieerd met een draai- of schuifknop en ook worden geautomatiseerd. Vlak na de cutoff frequentie is het beginpunt van de filtering. Na deze frequentie maakt het geluid een helling van 12 of 24 dB/octaaf. Een steilere hellingshoek zorgt voor een vetter geluid en de resonantie reageert heftiger.

Resonantie

Een belangrijk onderdeel van het filter is de mogelijkheid tot resonantie. Dit komt er op neer dat het geluid rondom de cutoff frequentie wordt versterkt en de overige harmonischen worden verzwakt. Als de resonantieknop helemaal wordt opengedraaid zijn alle frequenties uitgedoofd en blijft er dus alleen nog maar een sinusgolf over waarvan de toonhoogte afhangt van de cutoff frequentie.

4.5   De amplifier

Het gefilterde geluid moet worden versterkt om hoorbaar te kunnen zijn. Dit gebeurt in de amplifiersectie. Ook de waarde van de versterking kan worden geregeld door middel van een draaiknop en een stuurspanning. De amplifier wordt daarom meestal afgekort met vca. In deze sectie bevind zich ook een knop waarmee het stereobeeld (de panning) kan worden geregeld. 

4.6   De envelope generator

Het geluid van een muziekinstrument heeft altijd een bepaalt verloop in de tijd. Als bijvoorbeeld een snaar van een gitaar wordt getokkeld kinkt het geluid eerst hard waarna het snel afsterft. Het aanstrijken van een vioolsnaar heeft daarentegen weer een trager verloop in de tijd. Een dergelijk niet-periodiek verloop van de tijd wordt de omhullende genoemd. De Engelse term hiervoor is Envelope. Daarom zijn alle synthesizers voorzien van één of meer envelope generators (EG’s). Veruit de meeste EG’s zijn van het ADSR-type. Dit staat voor Attack, Decay, Sustain en Release. Deze waarden zullen hieronder alle vier apart besproken worden.

  • De Attack begint als het geluid wordt getriggerd en eindigt op het hoogste geluidsniveau. De Attack is dus de lengte van de aanloop van het geluid;
  • De Decay is de tijd vanaf het einde van de Attack tot dat het Sustain niveau is bereikt. De Decay is een tussentijd;
  • De Sustain is de waarde van het uiteindelijke geluidniveau. De Sustain duurt voort totdat de toets wordt losgelaten;
  • De Release begint als de toets wordt losgelaten en eindigt als het geluid is uitgestorven. Met de release kan het geluid netjes afgerond worden.

De EG’s genereren een stuurspanning die voor veel doelen kan worden gebruikt. Meestal is dat de geluidsterkte en de cutoff frequentie maar vaak is het ook mogelijk om andere doelen te beïnvloeden, afhankelijk van de opbouw en de complexiteit van de synthesizer. 

4.7   LFO’s

Het verloop van de tijd kan ook een periodiek verloop hebben. Denk bijvoorbeeld aan vibrato dat violisten of zangers kunnen voortbrengen maar ook het geluid van branding is een periodiek geluid. Alle synthesizers zijn daarom uitgerust met een voorziening die periodieke signalen kan produceren om allerlei functies van de synthesizer te kunnen beïnvloeden. Een dergelijke voorziening wordt een lfo genoemd. Lfo staat voor low frequence oscillator. Zoals de naam al zegt is een lfo een oscillator die een zeer lage frequentie genereerd, meestal tussen 0 en 20 Hz. Net als een gewone oscillator kan een lfo verschillende golfvormen voortbrengen zoals sinus, zaagtand en blok. Het signaal dat een lfo voortbrengt kan een zeer groot aantal synthesizer functies beïnvloeden. Voorbeelden zijn de cutoff frequentie, de panning, de puls breedte, de frequentie van oscillator 2, de toonhoogte, de geluidsterkte enzovoort. 

4.8  Effecten

Veel synthesizers zijn voorzien van enkele effecten om het geluid verder te verbeteren. Dit kunnen effecten zijn die het geluid veranderen, andere hebben weer invloed op de tijd . Hieronder volgen enkele voorbeelden.

  • Flanger. Bij dit effect wordt aan het geluid een korte echo toegevoegd. De lengte van deze echo wordt vervolgens gemoduleerd door een lfo. Het resultaat is een periodiek piepend geluid;
  • Chorus. Een chorus werkt vrijwel identiek aan een flanger. Het verschil is dat de frequentie van de lfo veel hoger is en dat het chorussignaal samengevoegd wordt met het oorspronkelijke geluid. Het resultaat is een bredere klank waarbij zweving optreed. In feite bestaat een chorus uit twee identieke signalen die iets verstemd zijn ten opzichte van elkaar;
  • Phaser. Bij een phaser wordt de helft van het signaal door een compleet doorlaatfilter gebracht. Hierdoor ontstaat een faseverschuiving van 180°. Dit betekent dat het signaal als het ware wordt omgekeerd. Alle dalen worden pieken en alle pieken worden dalen. Dit gefilterde signaal wordt met behulp van een mixer weer samengevoegd met het oorspronkelijke signaal. Met behulp van een lfo wordt de fase van het gefilterde signaal gemoduleerd. Het resultaat is een diep en zwevend geluid;
  • Distortion. Het distortion effect vindt zijn oorsprong in het oversturen van een gitaarversterker. Het resultaat is een rauw en schreeuwerig effect;
  • Portamento. Dit effect zorgt ervoor dat het geluid vloeiend van de ene naar de andere toets beweegt. De tijdsduur kan worden geregeld met een draaiknop;
  • Sample and hold. Bij dit effect wordt het geluid korte tijd vastgehouden en even later weer losgelaten. De mate waarin dit gebeurd wordt over het algemeen geregeld door een ruisgenerator. Het resultaat is een willekeurig patroon van klanken;
  • Bitcrusher. Dit effect is alleen mogelijk bij digitale synthesizers. De meeste synthesizers werken op een bitrate van 16 bits (cd-kwaliteit). Met een bitcrusher is het mogelijk om het aantal bits te reduceren. Bij een bitrate van 8 bit gaat de synthesizer klinken als een oude spelcomputer uit de jaren 80. Bij een nog lager aantal bits blijft er van het geluid niet meer over dan wat gerommel;
  • Decay. Dit effect voegt een aantal echo’s toe aan het geluid. Het aantal echo’s en de tijd ertussen kan worden gevarieerd;
  • Reverb. Reverb is het Engelse word voor galm. In feite bestaat een galm uit een grote hoeveelheid echo’s die samen één geheel worden.

4.9  Speelhulpen

Synthesizers bevatten ook een aantal onderdelen die het bespelen ervan makkelijk maken. Hieronder volgen enkele van de meest belangrijke.

  • De arpeggiator. Dit is een voorziening waarbij eenvoudig arpeggio’s kunnen worden gespeeld. Als bijvoorbeeld de toetsen A, C en E tegelijk worden ingedrukt genereert de synthesizer het patroon A-C-E-C-A … Het is mogelijk om het patroon te variëren (op, neer, op en neer en willekeurig). Daarnaast kan de snelheid ingesteld worden. Het is ook mogelijk om de arpeggio over meerdere octaven uit te spreiden. Mits creatief toegepast kan een arpeggiator een zeer krachtige tool zijn;
  • Pitch bend wiel. Het pitch bend wiel is een wiel dat geplaatst is aan de linkerkant van het toetsenbord. Als het wiel naar onderen wordt gebogen gaat de toonhoogte naar beneden. Als het wiel naar voren wordt gebracht gaat de toonhoogte omhoog. Het pitch bend wiel wordt veel gebruikt om een elektrische gitaar of een saxofoon na te doen;
  • Modulatiewiel. Ook dit wiel bevindt zich aan de linkerkant van het toetsenbord. Als dit wiel naar voren wordt geduwd treedt er een vibrato effect op. In feite wordt de amplitude van de lfo gevarieerd. Bij veel Rolandproducten worden beide wielen vervangen door een hendel. Dit heeft voor- en nadelen
  • Velocity. Dit is de aanslaggevoeligheid van het toetsenbord. Hoe sneller de toets wordt ingedrukt hoe harder het geluid. Niet elke synthesizer is echter aanslaggevoelig;
  • Aftertouch. Sommige toetsenborden zijn niet alleen aanslaggevoelig maar ook drukgevoelig. Als een toets wordt doorgedrukt wordt er een stuursignaal uitgezonden dat kan worden gebruikt om onderdelen van de synthesizer te moduleren.

4.10  Aansluitingen

Aan de achterkant van een synthesizer zitten altijd een aantal aansluitingen die het contact naar de buitenwereld voor hun rekening nemen. Enkele voorbeelden zijn:

  • Audio out. Door deze aansluiting komt het uiteindelijke signaal naar buiten om naar een versterker te worden getransporteerd die op zijn beurt het versterkte signaal naar de boxen stuurt;
  • Audio in. Hiermee kan een externe geluidbron door de synthesizer functies worden bewerkt;
  • Cv/gate. Deze aansluitingen komen alleen voor bij analoge synthesizers. Cv staat voor control voltage. Hiermee kan dus de stuurspanning van een andere synthesizer of een sequencer gebruikt worden om synthesizer functies aan te sturen. De gate is het signaal dat de envelope triggert. Als de gate geen signaal geeft is er geen geluid te horen totdat de gate wel een signaal geeft;

Midi

Midi staat voor musical instruments digital interface. De meeste synthesizers bevatten drie midiaansluitingen: in, out en thru. Bij de In poort worden midi commando’s in de synthesizer gebracht vanuit een extern apparaat. De Out poort zend midi commando’s uit vanuit de synthesizer naar een extern apparaat. De Thru poort zend de midi commando’s die binnengekomen zijn vanuit de In poort direct door. Hiermee kunnen een aantal synthesizers in serie aan elkaar worden gekoppeld. Een midi commando geeft een bepaalde boodschap aan een gekoppeld apparaat. Een voorbeeld is de toonhoogte, het beginpunt van de toon, het geluid, de geluidsterkte, het stereobeeld, de mate van vibrato en de hoeveelheid effect. Een midi signaal genereert dus geen geluid maar alleen instructies die door de synthesizer kunnen worden geïnterpreteerd. Het voordeel van midi is dat een muzikant slechts een enkel toetsenbord nodig heeft om een heel arsenaal aan kleine en betaalbare synthesizermodules te kunnen bespelen (een synthesizermodule is een synthesizer zonder toetsenbord). Midi werd in de jaren 80 veel gebruikt in combinatie met een midi sequencer. Dit zijn vierkante doosjes die voorzien zijn van een midi aansluiting. Een muzikant kan nu via zijn synthesizer een muziekstuk opnemen en in het geheugen van de sequencer plaatsen. Daarna kan hij het opgenomen muziekstuk naar believen bewerken.

Het nadeel van dergelijke apparaten was dat ze ontstellend moeilijk te bedienen waren. Ze hadden een heel klein display waarin allerlei onbegrijpelijke afkortingen stonden. Deze problemen waren opgelost door de komst van de computer. In eerste instantie werd de Commodore homecomputer veel gebruikt, maar later werd zijn plaats ingenomen door de Atari 1040 ST computers. Deze hadden als enorm voordeel dat ze standaard uitgerust waren met een midi aansluiting. Er is dan ook heel wat software voor geschreven. Later zijn de Atari computers verdrongen door Microsoft en Apple. Tegenwoordig is muzieksoftware vaak een complete muziekstudio met alles erop en eraan. Voorbeelden van populaire programma’s zijn Cubase van Steinberg, Logic van Apple, Reason van Propellorhead en Live van Ableton. 

4.11  Synthesevormen

In de loop van de geschiedenis van de synthesizer zijn er een aantal verschillende manieren ontwikkeld om klanken te produceren. Al deze synthesemethoden geven een ander geluid en een andere bediening. Sommige moderne synthesizers herbergen meerdere synthese manieren. Het hangt af van de voorkeur van de muzikant welke vorm geschikt is. Hieronder volgen enkele voorbeelden met de belangrijkste synthesizers met een dergelijke synthesemethode.

  • Analoge subtractieve synthese. Dit is de synthesevorm die het meest wordt toegepast bij analoge synthesizers. Subtractief betekent dat er met behulp van een filter boventonen worden verwijderd. Ook de meeste digitale synthesizers zijn gebaseerd op dit principe. Voorbeelden zijn: de Minimoog, de Yamaha CS-80, de Korg Mono/poly, de SC Prophet 5, de Roland Jupiter 8 en de Waldorf Pulse;
  • Virtueel analoog. Een virtueel analoge synthesizer is een softwarematige simulatie van een analoge subtractieve synthesizer. Hij ziet er net zo uit en klinkt ongeveer hetzelfde maar is volledig digitaal. Voorbeelden zijn: de Clavia Nord Lead, de Accass Virus, de Roland JP 8000 en de Korg MS 2000;
  • Sampling. Hierbij worden externe geluiden opgeslagen en bewerkt met effecten en synthesizer functies. Voorbeelden zijn: de Fairlight CML, de Akay S1000 en de Roland S 750;
  • Sample player. Een sample player is een synthesizer die samples gebruikt als bron voor de synthese. Om geheugenruimte te besparen wordt meestal alleen de attack van het gesampelde geluid gebruikt. Voorbeelden zijn: De Roland D-50, de Yamaha D 70 de Roland XV 2050 en de Korg X5d;
  • Additieve synthese. Hierbij worden een groot aantal boventonen bijeengevoegd om zo dicht mogelijk bij een akoestisch geluid te komen. Voorbeeld: de Kawai K5;
  • Physical modelling. Hierbij wordt door middel van een softwarematig model geprobeerd om zo dicht mogelijk bij een bestaand instrument te komen. Voorbeeld: De Yamaha AN1x;
  • Frequentiemodulatie. Bij frequentiemodulatie kunnen 6 sinusgolven elkaars frequentie beïnvloeden. Voorbeelden zijn: de Yamaha DX7 en de Yamaha DX1;
  • Wavetable. Wavetable synthesizers zijn voorzien van een tabel van korte 12 bit samples. Deze kunnen zowel digitaal als analoog worden bewerkt. Voorbeelden zijn: de PPG Wave en de Waldorf Microwave.